Hallo zusammen Ich will bzw. muss ein Schaltnetzteil selbst bauen. Es handelt sich um folgende Daten: Ueingang 230VAC (Netzspannung), Ua 24V, Ia 2A, galvanisch getrennt zudem wäre es nicht schlecht wenn die spannung Ua regelbar wäre, also z.b.:24V-5V. Da es galv. getrennt sein muss, würde ich einen Sperrwandler(Flyback) wählen, oder? Jetzt ist die frage wie ich genau vorgehen soll??? Ich verstehe das Prinzip eines Sperrwandlers schon, aber z.b soll ich CCM oder DCM Mode wählen? Und kann ich die regelung mit einem Atmega übernehmen, oder ist der ADC eines Atmegas zu langsam ? Danke für eure Hilfe! Gruß maxe
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Hier noch das Layout, hatte sofort funktioniert. Der Snubber verbrät aber ein bisschen Leistung
Danke für die schnellen Antworten. Aber mit dem VIPer kann ich doch die Ausgangsspannung nicht Regeln oder? Ich kann doch bloß über das Trafo Windungsverhältnis steuern oder?
max hallig schrieb: > Ich verstehe das Prinzip eines Sperrwandlers schon, aber z.b soll ich > CCM oder DCM Mode wählen? Weder, noch, du musst ein Flyback SNT bauen. > Und kann ich die regelung mit einem Atmega übernehmen, oder ist der ADC > eines Atmegas zu langsam ? Vergiss diesen Schmarrn. Bei 230V trickst man nicht mit einem uC rum. Das muss Hardware regeln. Also einfach so, wie alle Anderen es machen. > Jetzt ist die frage wie ich genau vorgehen soll??? Du hast Glück, denn du bist nicht der Erste, der sowas machen muss. Es ist daher ganz einfach: beschaff dir Bücher, lies Appnotes der Hersteller und versuch zu verstehen, was da passiert und warum. Das wird locker eine Woche dauern. max hallig schrieb: > Aber mit dem VIPer kann ich doch die Ausgangsspannung nicht Regeln oder? > Ich kann doch bloß über das Trafo Windungsverhältnis steuern oder? Lies die Appnote: bei einem SNT wird so gut wie nichts über das Windungsverhältnis erledigt. Es geht nur darum 1. Energie in ein Magnetfeld zu speichern und 2. diese Energie wieder herauszuholen...
> wie ich genau vorgehen soll Lösungen sind ja reichlich bekannt, du musst diejenige nehmen, die in Summe Entwicklungskosten + Stückkosten * Profduktionszahl am niedrigsten liegt. Das kann ein Fertigteil sein z.B. von Meanwell, oder ein nachgebautes Fertigkeit entweder mit dem UC3842 oder einem höher integrierten Teil. Es sei denn, es gibt bestimmte Anforderungen, wie eine besonders niedrige Standby-Stromaufnahme, aber davon hast du nichts geschrieben. EIne Justierung der Spannung um +/-20% ist bei allen einfach möglich, bei besonders niedrigen Anforderungen kann man auf ein Feedback auch verzichten, und bei extrem hohem Kostendruck kann man es auch mit 2 Transistoren aufbauen, so wie derzeit wohl die meisten Schaltnetzteile von Bürodruckern.
max hallig schrieb: > Aber mit dem VIPer kann ich doch die Ausgangsspannung nicht Regeln oder? Wir reden hier von einem Sperrwandler! Der arbeitet anders. Vereinfacht, wenn auch Physikalisch nicht ganz korrekt, aber hinreichen genau bezüglich der Zusammenhänge, kann man bei einem Sperrwandler Verwandschaften erkennen zum Step-Up-Regler. Lassen wir die galvanische Trennung mal weg und betrachten den "Trafo" als einfache Spule. Diese wird aufgeladen. Dann wird der Stromfluß vor die Wand gesetzt indem die Transe sperrt. Der Strom will aber weiterfließen. Daher steigt die Spannung an der Transe immer weiter, theoretisch bis ins unendliche bei idealisierten Bauteilen die unendlich schnell schalten und keine parasitäre Kapazität haben und und und... Beim Stepup wird diese Überspannung dann beim überschreiten der Ausgangsspannung über eine Diode in den Ausgang abgeleitet. Diese Spannung kann theoretisch beliebig hoch sein, nur nicht niedriger als die Eingangsspannung, weil die Diode von eingang nach Ausgang nicht sperren kann, sondern nur in der entgegengesetzten Richtung. Beim Sperrwandler sorgt die Zweite Spule nicht nur für die Galvanische Trennung. Richtig ist: Das Windungsverhältnis hat eine Bedeutung bezüglich der Spannung. Aber Das Windungsverhältnis übersetzt nicht von Eingangs zu Ausgangsspannung, sodern übersetzt das Verhältnis von der Induktionsspannung während der Sperrphase zur Ausgangsspannung! Da die Induktionsspannung wie beim Stepup-Wandler fast beliebig hochlaufen kann, hat diese Verhältnis keinen direkten Einfluß auf die Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung vor der Diode läuft gleichermaßen, wenn auch im Wickelverhältnis, proportional zur Induktionsspannung hoch, bis sie die Diode überwinden kann. Somit sind theoretisch beliebige Ausgangsspannungen ohne Anpassung der Windungszahl ralisierbar. An dieser Stelle setzt aber nun die Realität ein. Der Transistor muß beispielsweise die eingangsspannng zuzüglich der Induktionsspannung abblocken können. Haben wir also Eingangsspannung zu Ausgangsspannung 100 Volt zu 10 Volt und ein Wicklungsverhältnis von 10 zu 1, so liegen in der Sperrphase einmal die 100 Volt Eingangsspannung am Transistor an zuzüglich der 1 zu 10 fachen Tranformierten Ausgangsspannung. In der Summe liegen nun also 200 Volt dort an. Haben wir ein Wicklungsverhältnis von 20 zu 1, so haben wir bei wieder 10 Volt Ausgangsspannung eine Induktionsspannung von 200 Volt, also 300 Volt am Transistor. Bei einem Wicklungsverhältnis von 5 zu 1 haben wir 50 Volt Induktionsspannung und somit am Transistor 150 Volt. Das sind aber die Spannungen vor der Diode. Wie weit diese Spannung hochläuft hängt aber davon ab wie hoch wir die Spannung hinter der Diode regeln. Der Spannungsabfall an der Diode lastet zusätzlich im Wicklungsverhältnis auf dem Transistor. Nehmen wir 1 Volt bei einem Wicklungsverhältnis von 20 zu 1 an, so kommen beim Beispiel oben noch eimal 20 Volt hinzu und der Transistor muß nun 320 Volt verkraften. Dann kommen noch weitere Effekte wie Streuinduktivität hinzu. Kopplung ist auch ein wichtiges Stichwort. Und, und, und... Man kann also beim Sperrwandler die Ausgangsspannung in gewissen Grenzen verändern ohne das Wicklugsverhältnis immer anpassen zu müssen. Das ist auch notwendig. Wäre das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung identisch mit dem Wicklungsverhältnis, so wäre ein Sperrwandler-Schaltnetzteil zum Einen in der Spannung nicht regelbar und zum Anderen würde sich durch eine starre Übertragung im Wicklungsverhältnis der Ripple der Eingangselkos hinter dem Gleichrichter voll propotional übersetzt im Ausgang wiederfinden. Man aber beim anpassen immer im Blick haben daß man den Schalttransistor auf der Primärseite nicht überlastet. Ein Sperrwandler am Stromnetz der Eingansseitig ohne PFC so um die 325 Volt sieht, und welcher ausgangsseitig auf 12 Volt ausgelegt ist und in dem gleichen Verhältnis gewickelt ist, muß in der Sperrphase also 650 Volt zuzüglich der kleineren Baustellen wie transformierte Diodenspannung am Transistor verkraften. Wenn ich dieses Netzteil um nur 12 Volt auf 24 Volt hochregele, so verdoppele ich die Induktionsspannung und dr Schalttransistor wird mit mehr als 1000 Volt belastet!
Ohne ins Detail zu gehen: Kann es sein, dass Du einen Gleichrichter vergessen hast?! Schöne Absicherung und Siebung und so - aber dann kommt eben gleich ein 150µF/400V-Elko (C2), der direkt über der nicht gleichgerichteten Netzspannung hängt...
Hi Zu Carsten R., ich verstehe das Prinzip und die Funktionsweise eines Sperrwandlers, trotzdem danke für den Beitrag. Es ist doch so, dass ich meine Ausgangsspannung abhängig von der Eingangsspannung mit dem Überstezungsverhältnis einstelle. Dabei wird ü z.b so gewählt dass ich bei Nennleistung 50% Dutycycle habe, sodass dann je nach ausgangslast die Spannung über den Dutycycle geregelt werden kann. Aber jetzt verstehe ich nicht win welchem Modus man arbeitet CCM oder DCM. Man nehme an Ue=100V, Ua=10V Ia =1A => Rlast= 10Ohm ; Dutycycle[D]= 50%; f=20kHz; Berechnung: 50us* Ia = 25us*Isekmax/2(Dreieck) => Isekmax=4 A Ua= Lsek*dia/dt => Lsek = 10V/(4A/25us); Lsek = 62.5uH Dutycycle 50% und Trafo (Spannungsfläche muss null sein)=> Ü=100V/10V =10 => Iprim = Isek/Ü =0,1A => Lprim = 5,8 mH so weit so gut hoffe das passt. Wenn ich jetzt die Spannung Ua nur über den Dutycycle auf 20V erhöhen will bei gleicher last also Ua=20V; Ia=2A , dann mache ich z.b. D = 75% dann muss doch die Spannung Ua so weit ansteigen, dass die Fläche unter den Stromdreiecken wieder gleich ist. Wenn das passt wie erreiche ich dann z.B. den CCM modus. Also ich verstehe nich ganz wann ich im ccm modus bin und wann in DCM ? Gruß max
im Schaltplan fehlt auch noch ein Feedback von sekundär nach Primär zum Schaltregler über optokoppler, um die Ausgangsspannung regeln zu können.
> Es ist doch so, dass ich meine Ausgangsspannung abhängig von der > Eingangsspannung mit dem Überstezungsverhältnis einstelle Nein. Lies noch mal, wie Flyback-Sperrwandler funktionieren.
Es ist doch so, dass ich meine Ausgangsspannung abhängig von der Eingangsspannung mit dem Überstezungsverhältnis einstelle. Dabei wird ü z.b so gewählt dass ich bei Nennleistung 50% Dutycycle habe. Na klar kann ich auch über den Dutycycle die Ausgangsspannung einstellen, aber wenn man eine große Spannungsdifferenz zwischen Ue und Ua hat nutze ich doch das Übersetzungsverhältnis wenn ich schon einen Speichertrafo habe. Wenn ich das Übersetzungsverhältnis verkleinere bei gleichem Ua, Ue, f, Ia , dann arbeite ich immer mehr im CCM modus.
Also bleibt die frage in welchem bereich man einen Sperrwandler betreibt bzw. betreiben soll? Wenn man die seite von Schmid Walter (http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/spw_smps.html) als grundlage nimmt, legt er den Sperrwandler so aus, dass man immer im DCM ( Discontinous Mode = Lückbetrieb) arbeitet wenn man für Ia den maximalen Ausgangsstrom eingibt oder?
Sascha W. schrieb: > Kann es sein, dass Du einen Gleichrichter vergessen hast?! Bei meiner damaligen Anforderung nicht benötigt, da aus DC gespeist. Hätte den Plan vor dem Posten noch mal genauer anschauen sollen. Axel
@maxe Ein Sperrwandler funktioniert folgendermassen : Auf der Primärseite ist ein Kondensator, aus dem die Primärwicklung aufgeladen wird. Die Diode auf der Sekundärseite sperrt in diesem Modus,der Wickelsinn beider Wicklungen (p/s) muss dazu richtig laufen.(!Sperrwandler !)Dann schaltet der Regler den Strom schlagartig ab und die Primärspule entläd sich. Die Energie wird bei einem perfekten Trafo zu 100% auf die Sekundärspule übertragen und läd über die Diode den Sekundär-Elko. Da das Entladen schneller geht als das Aufladen ist das maximale Tastverhältnis meisst 6(Primär laden):1(Primär entladen)(Lade-/Entladekurve von einer Spule im Tabellenbuch nachschlagen). Da das schlagartige Entladen Spannungspitzen erzeugt begrenzt der Snubber (Stoß-Puffer) die Peakspannung unter Verlust von Wirkungsgrad. Das Spiel wiederholt sich so lange wie der Sekundärelko noch nicht auf die Ausgangsspannung aufgeladen ist. Ist die Ausgangsspannung erreicht, wird über ein Optokoppler dem Schaltregler gesagt, das er mit dem Laden und Entladen der Primärspule aufhören kann. So bald die Spannung im Sekundärelko einen gewissen Wert unterschreitet, fängt der Schaltregler wieder an zu pulsen. Das Wickelverhältnis des Trafos ist dabei unerheblich, da der Energiepuls beim Entladen der Primärspule eine sehr hohe Spannung erzeugt. Da aber die Spannung am Sekundärkondensator nicht von der angelegten Spannung, sondern von der aufgenommenen Energie abhängt, funktioniert das ganze. Es sind noch eine Menge anderer Bauteile in der Schaltung, die zur Versorgung des reglers und Stabilisierung der Ausgangsspannung dienen, da hilft nur lesen ... Gruß, dasrotemopped.
Ja ich verstehe alles was du sagst, aber wenn ich Bücher und sonstiges lese, dann wird nie die frage erklärt welcher betriebsmodus des Flyback besser ist DCM oder CCM?
> Es ist doch so, dass ich meine Ausgangsspannung abhängig von der > Eingangsspannung mit dem Überstezungsverhältnis einstelle. Dabei wird > ü z.b so gewählt dass ich bei Nennleistung 50% Dutycycle habe. NEIN. > dann wird nie die frage > erklärt welcher betriebsmodus des Flyback besser ist DCM oder CCM? CCM ist besser weil effektiver, stellt aber höhere Anforderungen an die Stabilität der Regelschleife, also die Ausgefuchstheit der PWM-Steuerung.
max hallig schrieb: > Zu Carsten R., ich verstehe das Prinzip und die Funktionsweise eines > Sperrwandlers, trotzdem danke für den Beitrag. Anscheinend nicht so ganz, daher der Beitrag. Das Prizip ist verstanden, aber die Details und die Regelug ergeben eine Dynamik die über die Zusammenhänge Deines folgenden Beitrages entscheiden. max hallig schrieb: > Es ist doch so, dass ich meine Ausgangsspannung abhängig von der > Eingangsspannung mit dem Überstezungsverhältnis einstelle. Dabei wird > ü z.b so gewählt dass ich bei Nennleistung 50% Dutycycle habe, sodass > dann je nach ausgangslast die Spannung über den Dutycycle geregelt > werden kann. 50% richtig, 50% nicht richtig. Der Dutycycle hat nur indirekt was mit Leistung zu tun. Vieles ergibt sich aus der Situation, der Auslegung und Art der Regelung. Sperrwandler können sehr unterschiedlich sein, auch wenn der grobe Aufbau ähnelt. Diese Unterschiede haben massiven Einfluß auf den "Modus". Der Trafo wird mit einer bestimmten Spannung geladen und mit der von mir so ausführlich geschilderten tranformierten Spannung entladen. Paßt nun der Dutycycle zu diesem Spannungsverhältnis, so bleibt der mittlere Strom pro Zyklus stabil. Ist der Dutycycle größer oder kleiner, so nimmt der Strom von Zyklus zu Zyklus zu bzw ab. Man regelt also mit dem Dutycyle weder die Leistung, noch die Spannung noch den Strom direkt, sondern man regelt mit dem Dutycycle in Ahängigkeit von den oben genannten Spannungsverhältnissen die Stromänderung! Der Regler hat die Aufgabe dies so zu tun daß daraus irgendwie die gewünschte Spannung am Ende rauskommt. Der Zusammenhang ist also weniger direkt und genau darum gibt es unterschiedliche Regler die diese Aufgabe unterschiedlich gut meistern. Ob es nun CCM oder DCM wird, hängt nicht vom Wicklungsverhältnis an sich ab. Es geht darum, ob der aktuelle Strom innerhalb der OFF-Zeit auf Null fallen kann. Bei geringer Tellast wird irgendwann diese Situation kommen, auch wenn der Wandler eigentlich auf CCM ausgelegt ist. Es gibt einige Regler die sich daran orientieren und gezielt auf den Nulldurchgang warten und damit sowohl die OFF-Zeit als auch die Frequenz variieren. Bei klassischen PWM-Reglern sieht das anders aus da ihre Frequenz fix ist. Hier entscheidet die absolute Windugszahl und nicht das Windungsverhältnis wie "schnell" der Kern entladen wird. Je mehr Windungen da sind, um so höher ist die Induktivität und um so "langsamer" ist der Kern. Der selbe Kern, einmal mit 100 zu 10 Windungen und einmal mit 200 zu 20 Windungen ergibt zwar das gleiche Windungsverhältnis, ist aber in dem einen Fall mit der vierfachen Induktivität viermal flacher/langsamer beim Laden und Entladen. Folglich geht er erst bei einem viertel des Stromes erst in den Lückbetrieb. Man kann einen PWM-geregelten Sperrwandler nicht per Definition auf CCM auslegen, da er wie gesagt bei Teillast irgendwann in den Zustand CCM wechselt. Man kann ihn nur für einen spezifizierten Leistungsbereich auf CCM auslegen. Oft wird die Grenze ab der Größenordnung von ca 20% Teillast angesetzt, ab der die Induktivität für CCM reicht. Diese Grenze läßt sich durch Änderung der Wicklungszahlen oder der Frequenz verändern. Das kann sinnvoll sein wenn man die Belastung vorhersagen kann, zum Beispiel wenn man weiß daß die Last immer zwischen 50% und 100% liegt. Allerdings hat das auch Einfluß Auf die Strombelastbarkeit des Trafos. Gegebenenfalls ist dann ein größerer Kern erforderlich wenn man die Windungszahlen erhöht.
max hallig schrieb: > dann wird nie die frage > erklärt welcher betriebsmodus des Flyback besser ist DCM oder CCM? DCM ist wie MaWin sagt einfacher zu handhaben in der Regelung. Da der Strom immer auf Null geht ist der Ausgangspunkt definiert und der mittlere Strom ist proportional zum Dutycycle sofern die Eingansspannung stabil ist. Bei DCM "schwimmt" der Stromfluß, weil man, wie ich im vorherigen Beitrag beschrieb, nicht direkt den Strom einstellt sondern mit der Dutycykleabweichung die Stromänderung. DCM, also der Lückbetrieb, klingelt. Es kommt zu hochfrequenten Störungen wenn der Strom auf Null geht. Dies ergibt sich durch unerwünschte parasitäre Kapazitäten die einen Schwingkreis mit der Spule bilden etc. Dies muß man entsprechend berücksichtigen und eventuell Maßnahmen zur Bedämpfung und Filterung ergreifen. DCM ist sehr beliebt, weil man mit wenigen Standardbauteilen einen selbstschwingenden Sperrwandler ohne Regler-IC bauen kann, indem man den Nulldurchgang zum Erzeugen eines Schaltimpuls verwendet. CCM ist zwar schwieriger zu Regeln, hat aber dafür einen geringeren Stromripple, somit also einen kleineren Wechselspannungsanteil (Stickwort Störungen) ferner sind dadurch die Stromspitzen geringer, die Komponenten werden weniger stark belastet und es können gegebenenfalls günstigere Bauteile eingesetzt werden. Da Verluste Überproportional mit dem Strom steigen und ein kleinerer Ripple kleinere Maxima bedeutet, sind die Verluste im CCM-Betrieb geringer. Wie sehr diese Argumente jeweils ins Gewicht fallen hängt von der jeweiligen Situation ab. Beispielsweise ist der Übergang von CCM nach DCM im unteren Teillastbereich nicht so tragisch bezüglich der Verluste und der Belastung, da die Ströme unter Teillast ohnehin niedriger sind. Dagegen ist dies bei Vollast durchaus eher bedeutsam. Weiterhin sind dies nur Beispiele ohne Anspruch auf Vollständigkeit. PS: Ich empfehle die Lektüre des Netzteilhandbuches auf Joretronik.de
Carsten R. schrieb: > Bei DCM "schwimmt" der Stromfluß, weil man.... Mist, es muß heißen: "Bei CCM..." Der Unterschied komm daher, daß ich bei DCM den Stromfluß immer von 0 ausgehend ändere. Darum ist der mittlere Strom proportional zur Stromänderung. Somit stellt man in dieser speziellen Situation über den Dutycyle nicht nur die Stromänderung, sondern gleichzeitg auch den Strom ein. Bei CCM hat man keine Proportionalität zwischen Strom und Stromänderung. Daher verhält es sich dort anders. Daraus folgt: Eine Regelschleife die die Stromänderung vernünftig Regeln kann, kann folglich beide Zustände kontrollieren. Umgekehrt kann aber nicht jede Regelschleife, die bei DCM stabil ist, den Zustand CCM stabil regeln.
> CCM ist zwar schwieriger zu Regeln, hat aber dafür einen geringeren > Stromripple Das ist bei Flyback eher unwichtig, da fällt der Strom eh immer für eine zeit auf 0. > DCM, also der Lückbetrieb, klingelt. Das scheint mir eher noch erwähnenswert, auch wenn man DCM bei Niedriglast nicht vermeiden kann.
MaWin schrieb: > Das ist bei Flyback eher unwichtig, da fällt der Strom eh immer für eine > zeit auf 0. Dann wäre die ganze Diskussion überflüssig. Wenn der Strom immer für eine Zeit auf 0 Fallen würde, gäbe es per Definition kein CCM beim Sperrwandler. Soviel ich weiß können Sperrwandler auch in CCM laufen. Alles eine Frage der Regelung. Es gibt zwar Sperrwandler, insbesondere der von mir erwähnte selbstschwingende Sperrwandler, bei dem Bauartbeding der Strom auf 0 Fallen muß um den nächsten Zyklus einzuleiten, aber das gilt nicht für alle Sperrwandler. Ich bin noch bei Sperrwandler. Oder gilt: Flyback ungleich Sperrwandler?
Ah Shit, ja klar. Eine der beiden Spulen ist ja immer stromlos. Sie werden ja alternierend genutzt. So gesehen gäbe es diese Frage DCM vs. CCM beim Sperrwandler eigentlich nicht. Mein fehler. Ich betrachte immer vorrangig den Magnetfluß und somit den Stromverlauf insgesamt, ungeachtet über welche Spule der Strom gerade fließt. Da vergesse ich das manchmal. Aber glücklicherweise läuft diese Definition dann doch auf das selbe hinaus: Stromfluß in der Sekundärspule während der gesamten OFF-Zeit. Daher bleibt das Argument mit dem stärkeren Ripple weiterhin bestehen. Je länger die Sekundärspule leitet, um so niedriger ist der Strom in dem Moment bei gleichbleibender Energiemenge. Genauer eigentlich Ladungsmenge, aber die Spannung wird als konstant angesehen, dann paßt es wieder. ;-)
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