Drahtlose Energieübertragung - was läuft falsch

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Hallo Leute,

ich würd gerne Energie auf eine rotierende Welle übertragen (ein 
Schleifring kommt leider nicht infrage :( ). Ich hab nach den Beispielen 
die ich hier im Forum gefunden habe einen Royerconverter nachgebaut. 
Leider komm ich nicht mal ansatzweise in die nähe von den geforderten 5W 
(Schaltplan sowie Fotos hab ich angehängt). Derzeit erreiche ich 7mW. 
Ich bin ziemlich ratlos woran es liegen könnte bzw. was ich ändern muss.

Hier mal eine List der Teile die ich verwendet habe:
2x Mosfets: IRF530N
2x Zener Dioden 12V 500MW
6x Schittky Dioden 1A 30V (für den Gleichrichter sind die sehr 
ungeeignet hab ich festgestellt. Es fällt extrem viel Spannung ab, könnt 
ihr mir hier was empfehlen?)

Spule Primärseite 2x10 Wicklungen, jede Spule hat eine Induktivität von 
8µH (D = 80mm)
Spule Sekundärseite 1x7 Wicklungen mit 5µH (D= 60mm)

Spule zum Entkoppeln der Stromkreise 300µH

Kondensator 47nF

Im Primarschwinkreis komme ich auf eine Frequenz von 150kHz und ca. 20V
meine Ausgangsspannung beträgt 24V.

Falls ich was vergessen habe oder noch was messen soll bescheid geben!

Viele Grüße Tobi

[Manfred G. (magroma)]

Wenn die Schaltung läuft verstehe ich das Problem nicht. Warum sollen 
Shottkydioden als Gleichrichter nicht gehen? Im Gegenteil. Bei der hohen 
Frequenz sind sie dringend notwendig. Wo hast du die Ausgangsspannung 
gemessen? Ich würde C1 auf 100n vergrößern um die Schaltfrequenz zu 
verkleinern.
manni

[Harald W. (wilhelms)]

Tobi T. schrieb:

> 6x Schittky Dioden 1A 30V (für den Gleichrichter sind die sehr
> ungeeignet hab ich festgestellt.

Vielleicht versuchst Du ja mal Schottky statt Schittky-Dioden. :-)
Die eignen sich nämlich sehr gut.

Der "Royer" ist nicht ganz so einfach, da es dabei neben der
Schaltung auch auf die Auswahl der richtigen Bauelemente und
auf den räumlichen Aufbau ankommt. Vielleicht baust Du als
erstes die Schaltung aus dem µC-Tutorial genau nach, um
überhaupt ein Gefühl dafür zu bekommen. Dann kannst Du Stück
für Stück Modifikationen dieser Schaltung vornehmen, um an die
von Dir gewünschten Daten zu kommen.
Gruss
Harald

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

> Schittky
> Shottkydioden
> Vielleicht versuchst Du ja mal Schottky statt Schittky-Dioden. :-)
Besser ist das, denn der Bursche hieß Walter Schottky.

Tobi T. schrieb:
> 6x Schittky Dioden 1A 30V (für den Gleichrichter sind die sehr
> ungeeignet hab ich festgestellt. Es fällt extrem viel Spannung ab
Viel ist wieviel?

Welche Stromaufnahme hast du eigentlich auf der Versorgungsseite 
(Leerlaufstrom ohne Last)?

[To _. (ajax20)]

Lothar Miller schrieb:
> Welche Stromaufnahme hast du eigentlich auf der Versorgungsseite
> (Leerlaufstrom ohne Last)?

40mA bei 24 V

Harald Wilhelms schrieb:
> Vielleicht baust Du als
> erstes die Schaltung aus dem µC-Tutorial genau nach

hab ich als erstes gemacht. Hab nicht ganz die gleichen Teile aber doch 
sehr ähnliche über rs bestellt. Eine meine gewickelten Spulen haben eine 
etwas andere Induktivität komme aber auch mit dem Steuerspulen Aufbau 
nur auf wenige mW.

Manfred G. schrieb:
> Warum sollen
> Shottkydioden als Gleichrichter nicht gehen? Im Gegenteil. Bei der hohen
> Frequenz sind sie dringend notwendig. Wo hast du die Ausgangsspannung
> gemessen?

auf der Sekundärseite vor und nach den Dioden. Als ich den Aufbau mit 
der Steuerspule getestet habe hatte ich vor den Dioden eine Spannung von 
10V hinter den Dioden eine Spannung von 3V (ohne Last). Mit Last bricht 
die Spannung sofort ein.

Ps: bin begeister wie schnell man in diesem Forum antworten erhält :)

[Manfred G. (magroma)]

Tobi T. schrieb:
> Manfred G. schrieb:
>> Warum sollen
>> Shottkydioden als Gleichrichter nicht gehen? Im Gegenteil. Bei der hohen
>> Frequenz sind sie dringend notwendig. Wo hast du die Ausgangsspannung
>> gemessen?
>
> auf der Sekundärseite vor und nach den Dioden. Als ich den Aufbau mit
> der Steuerspule getestet habe hatte ich vor den Dioden eine Spannung von
> 10V hinter den Dioden eine Spannung von 3V (ohne Last). Mit Last bricht
> die Spannung sofort ein.
>
> Ps: bin begeister wie schnell man in diesem Forum antworten erhält :)

Mit welchem Instrument hast du gemessen bei dieser hohen Frequenz? Wie 
groß ist der Abstand zwischen Primär und Sekundärwicklung.

manni

[Harald W. (wilhelms)]

Tobi T. schrieb:

> hab ich als erstes gemacht. Hab nicht ganz die gleichen Teile aber doch
> sehr ähnliche über rs bestellt. Eine meine gewickelten Spulen haben eine
> etwas andere Induktivität komme aber auch mit dem Steuerspulen Aufbau
> nur auf wenige mW.

Dann stimmen entweder die Bauelemente oder der Aufbau nicht. Die
Schaltung ist grundsätzlich i.O.
Gruss
Harald

[To _. (ajax20)]

Manfred G. schrieb:
> Mit welchem Instrument hast du gemessen bei dieser hohen Frequenz? Wie
> groß ist der Abstand zwischen Primär und Sekundärwicklung.

die beiden Spulen liegen ineinander d=80mm und d=60mm.

gemessen hab ich das mit einem Tektronix TDS 1002 (der kann bis 60MHz).

Ich hab die Spulen mit Krokoklemmen mit der Schaltung am Board 
verbunden. Ich gehe mal davon aus, dass das egal ist... aber zu viele 
Infos schaden in der Regel nie.

[Geert (Gast)]

Was für Dioden benutzt Du zum Gleichrichten der Spannung auf der 
Sekundärseite? Welche Frequenz vertragen die?

[Manfred G. (magroma)]

Wie groß ist eigentlich dein Ladekondensator nach den Dioden?
In der Zeichnung steht da eine 100. Etwa nur 100pF. Setze da mal 1000uF
ein und messe dann unter Last.

manni

[To _. (ajax20)]

Geert schrieb:
> Was für Dioden benutzt Du zum Gleichrichten der Spannung auf der
> Sekundärseite? Welche Frequenz vertragen die?

http://www.farnell.com/datasheets/1662528.pdf

ich glaub auch nicht das es nur an den Dioden liegt. Ich mess das gleich 
noch mal ohne den Gleichrichter durch

[To _. (ajax20)]

Manfred G. schrieb:
> Wie groß ist eigentlich dein Ladekondensator nach den Dioden?
> In der Zeichnung steht da eine 100. Etwa nur 100pF.

100µF

[Manfred G. (magroma)]

Die Eingangsleistung ist im Leerlauf etwa 1W. Welchen Strom hast du am 
Eingang bei Belastung des Ausgangs?

manni

[To _. (ajax20)]

Manfred G. schrieb:
> Die Eingangsleistung ist im Leerlauf etwa 1W. Welchen Strom hast du am
> Eingang bei Belastung des Ausgangs?

sie steig ganz leicht von 40mA auf 45-50mA. Ich glaub der Fehler muss 
irgendwo im Primärkreislauf stecken. Mit einem 100nF Kondensator liegt 
die Spannung gerade mal bei 12V (im Primärschwinkreis) bei 90kHz. 
Simulier ich das mit ltspice komme ich auf über 70V

[Manfred G. (magroma)]

Gerade habe ich gesehen, das in deinem Schaltbild die Steuerwicklung 
fehlt. So ist es gar kein Royer.
Und mehr Leistung als hineinfließt kannst du auch nicht entnehmen.

Prüf deine Schaltung (siehe Royerconverter)

manni

[To _. (ajax20)]

Manfred G. schrieb:
> Gerade habe ich gesehen, das in deinem Schaltbild die Steuerwicklung
> fehlt. So ist es gar kein Royer.
> Und mehr Leistung als hineinfließt kannst du auch nicht entnehmen.
>
> Prüf deine Schaltung (siehe Royerconverter)

diese Art der Schaltung benötigt keine Steuerwicklung. Die Mosfets 
werden über Kreuz durch die Drainspanung gesteuert.

[Sascha W. (arno_nyhm)]

Natürlich ist das ein typischer Royer-Oszillator/Konverter - was soll es 
denn sonst sein, Obstkompott?!

Schau mal wie die Spannungen direkt an den Gates ausschaut; deren 
1k-Pullups könntent noch zu hochohmig sein.
Schwing die Schaltung denn richtig an? Anonsten könnte es an der 
Versorgung liegen, zum zuverlässigen Anschwingen müssen die Gate-Pullups 
einen schnellen Spannunganstieg sehen, es ist also evtl. nötige diese 
Vertögert an die Versorgungsspannung zu schalten, nachdem sich etwaige 
Pufferkondensatoren vollkommen aufgeladen haben.

Kleiner Nachtrag: Auch im Aufbau auf dem Steckbrett könnte das Problem 
liegen - im Schwingkreis fließen schon einige Ampere, die 
Übergangswiderstände des Steckbrett-Kontakte machen da natürlich 
probleme.

[Viktor N. (Gast)]

Was fuer ein signal misst man denn am den Gates der Modfets ? Mir 
scheinen die 1k Pullup etwas gross. Die muessen den Strom bringen...

[To _. (ajax20)]

Sascha W. schrieb:
> Schwing die Schaltung denn richtig an?

ja, das Schwingt schön mit 90khz

Sascha W. schrieb:
> Kleiner Nachtrag: Auch im Aufbau auf dem Steckbrett könnte das Problem
> liegen - im Schwingkreis fließen schon einige Ampere, die
> Übergangswiderstände des Steckbrett-Kontakte machen da natürlich
> probleme.

das verstehe ich nicht wirklich. Selbst unter Last liefert das Netzteil 
das ich angeschlossen habe 0,04-0,05A bei 24V also nur unmerklich mehr 
als unter leerlauf. Die Spannung im Schwinkreis liegt gerade mal bei 20V 
somit dürfte da nicht mehr als 0,05A fließen. Somit müsste der Fehler 
doch eigentlich bei der Kopplung liegen, oder lieg ich da total falsch?

Ich hab noch mal zwei bilder angehängt. Bei dem oszilloskop bild ist die 
Spannung zwischen Gate und GND abgebildet.
(den spulendraht verwende ich 
http://de.rs-online.com/web/p/einzeladerleitungen/3377044/)

[Davis (Gast)]

Steckbrett -> LOL & MegaLOL.

Nimm deine Teile und löte sie anständig auf einer Lochrasterplatinen 
zusammen.

[To _. (ajax20)]

Davis schrieb:
> Nimm deine Teile und löte sie anständig auf einer Lochrasterplatinen
> zusammen.

Jawohl SIR! ;) das Probier ich heute (bzw morgen) nachmittag mal aus. 
Ich hoffe das es wirklich nur daran liegt.

[Gerd E. (robberknight)]

Ich bin zwar kein Experte für Royer Converter, aber:

Tobi T. schrieb:
>> Was für Dioden benutzt Du zum Gleichrichten der Spannung auf der
>> Sekundärseite? Welche Frequenz vertragen die?
>
> http://www.farnell.com/datasheets/1662528.pdf

die sind garantiert nicht für Schaltregler jeglicher Art geeignet. Das 
siehst Du daran, daß die ganzen Werte für 60 Hz spezifiziert sind und 
daß Du keinen Wert für die Reverse Recovery Time (trr) im Datenblatt 
angegeben findest.

Die Diode braucht also "Ewigkeiten" bis sie von leitend auf nicht 
leitend umstellt. Hört sie dann mal auf zu leiten, geht Dein Wechselfeld 
wenn Du Pech hast schon wieder in die andere Richtung.

Die trr muss also um Größenordnungen unter Deiner Schwingfrequenz 
liegen.

[Thomas K. (rlyeh_drifter)]

Gerd E. schrieb:
>> http://www.farnell.com/datasheets/1662528.pdf
>
> die sind garantiert nicht für Schaltregler jeglicher Art geeignet. Das
> siehst Du daran, daß die ganzen Werte für 60 Hz spezifiziert sind und
> daß Du keinen Wert für die Reverse Recovery Time (trr) im Datenblatt
> angegeben findest.

Lol, das sind eh Schottky-Dioden, die sollen nicht schnell genug sein? 
Bitte zeige uns ein Datenblatt einer Schottky-Diode mit trr drinnen.

[.... (Gast)]

Sagmal.. deine 1mH-Spule (L3).... ist die nicht bischen jämmerlich 
klein?
1mH ist ne ganze menge, und die Bauform doch recht winzig dafür... Viel 
Strom kommt da garantiert nicht durch, ohne dass dir entweder der ESR 
oder der Sättigungsstrom einen Strich durch die Rechnung macht...

Und wechsel mal die dioden^^ die sind eher schlecht als recht.
Vielleicht hast du noch irgendwo ein Schaltnetzteil das du ausschlachten 
kannst... da müssen ja sekundärgleichruichter drin sein.. (und nimm jahh 
nicht die Primären dioden :-D )

lg

[M.A. S. (mse2)]

Gerd E. schrieb:
> die sind garantiert nicht für Schaltregler jeglicher Art geeignet. Das
> siehst Du daran, daß die ganzen Werte für 60 Hz spezifiziert sind und
> daß Du keinen Wert für die Reverse Recovery Time (trr) im Datenblatt
> angegeben findest.
>
> Die Diode braucht also "Ewigkeiten" bis sie von leitend auf nicht
> leitend umstellt. Hört sie dann mal auf zu leiten, geht Dein Wechselfeld
> wenn Du Pech hast schon wieder in die andere Richtung.
>
> Die trr muss also um Größenordnungen unter Deiner Schwingfrequenz
> liegen.

Thomas Klima schrieb:

> Lol, das sind eh Schottky-Dioden, die sollen nicht schnell genug sein?
> Bitte zeige uns ein Datenblatt einer Schottky-Diode mit trr drinnen.

Das sollte sich doch herausfinden lassen, ob es daran liegt oder nicht:
Einfach 'mal auf der sekundärseite hinter der Gleichrichterbrücke den 
Ladekondensator C2 herausnehmen, stattdessen einen Widerstand 
hinsetzten, parallel zu diesem das Oszi anschließen und schauen, ob da 
nun pulsierender Gleich- oder doch eher Wechselstrom fließt.
;)

[Stefan (Gast)]

Es kommt mir eher so vor, dass die Koppelung zwischen Primär und 
Sekundär Seite zu schwach ist. Überprüfe das mal so:

Schließe die Sekundär-Spule kurz und bringe sie dann ion das Feld der 
Primär-Spule. Die Stromaufnahme des "Senders" müsste dann sehr stark 
ansteigen.

Wenn sie es nicht tut, ist die Koppelung schlecht oder der Sender sendet 
nicht richtig. Ich würde auch mal die Spannungen an den beiden 
sende-Spulen (gegenüber GND) messen. Da müssten ja die vollen 24 Volt 
ankommen - auch unter Last, wenn der Sender richtig aufgebaut ist.

[To _. (ajax20)]

.... schrieb:
> Sagmal.. deine 1mH-Spule (L3).... ist die nicht bischen jämmerlich
> klein?

ups das ist ein Fehler im Ltspice Blatte. Die Spule ist wie in den 
andern Bildern besser zu erkennen deutlich größer (300µH).

Michael S. schrieb:
> Das sollte sich doch herausfinden lassen, ob es daran liegt oder nicht:
> Einfach 'mal auf der sekundärseite hinter der Gleichrichterbrücke den
> Ladekondensator C2 herausnehmen, stattdessen einen Widerstand
> hinsetzten, parallel zu diesem das Oszi anschließen und schauen, ob da
> nun pulsierender Gleich- oder doch eher Wechselstrom fließt.
> ;)

probier ich morgen aus.

[Gerhard O. (gerhard_)]

In dem unterstehenden Link gibt es noch ein paar gute grundsätzliche 
Info zum Thema:
ab Seite 22:
http://www3.nd.edu/~stjoseph/newscas/CAS_Sept00.pdf
ab Seite 3:
http://www3.nd.edu/~stjoseph/newscas/CAS_Dec00.pdf
(Ein Wirkungsgrad von 95% sind erreichbar.)

http://alexandria.tue.nl/openaccess/Metis219028.pdf
http://www.pes.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/Steiner_Contactless_Energy_Transmission_IECON09.pdf
http://www.waset.org/journals/waset/v46/v46-73.pdf

mfg

[To _. (ajax20)]

so alles auf eine Lochrasterplatine aufgelötet. Bei 12V alles okay.

Stefan schrieb:
> Schließe die Sekundär-Spule kurz und bringe sie dann ion das Feld der
> Primär-Spule. Die Stromaufnahme des "Senders" müsste dann sehr stark
> ansteigen.

die Stromstärke steigt um fast das doppelte an von 10mA auf 18mA

bevor ich jedoch noch mehr messen konnte sind bei 24 V sind meine Dioden 
draufgegangen 
(http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/vishay/85664.pdf)und haben 
auch gleich noch einen Mosfet mitgenommen. Ich verstehe nicht so ganz 
wie das passieren konnte obwohl doch die z-dioden die Spannung auf 12V 
begrenzen.