Royer Converter: Leistung im optimalen Arbeitspunkt abnehmen

[Frank M. (frank_m35)]

Dank Falks ausführlichen Tests im Forum und Schaltungsbeispielen habe 
ich erfolgreich meinen eigenen Royer Converter aufgebaut, eben nach der 
Schaltung von Falk die Mosfets verwendet.


Die Frage die sich mir aber stellt: Was schließe ich Sekundärseitig an 
um die beste Effizienz bei variierender Last zu erhalten. Momentan habe 
ich nur mit 20 Ohm und 65 Ohm Lasten getestet und der Wirkungsgrad 
verändert sich eben.

Angeschlossen soll die Sekundärseite später an eine fertige Schaltung 
zum Laden und normalen Betrieb derer. (3.3V mindest-Spannung) Dort ist 
am Eingang ein Step-Down-Wandler (5.5V max Input) mit 500mA 
Strombegrenzung. (Ideal eben um das Gerät auch am USB Port 
anzuschließen). Momentan schließe ich ein 5V Netzteil an. Der Royer 
Converter soll dies überflüssig machen.

Das einfachste ist wenn ich den Royer-Converter so auslege, dass er 
zwischen 4V-5V am Ausgang hat.
Sicherer ist es vermutlich einen extra Step-Down-Wandler, der hohe 
Eingangsspannung verträgt, davor zu schalten. Dadurch könnte vielleicht 
auch die Energieübertragung effizienter werden, da höhere Spannungen 
verwendet werden können.

Irgendwelche Vorschläge? Vielleicht so etwas wie man auch bei 
Solarzellen verwendet (MPT).


Generell zu den bisherigen Ergebnissen:
Die Schaltung ist noch nicht optimiert ebensowenig wie die Spulen. So 
verwende ich noch die überdimensionierten Mosfets, etc., die Ergebnisse 
sind aber schon sehr ansehnlich.
Konstruktionsbedingt kann ich nur kleine Spulen verwenden, vor allem auf 
der Sekundärseite, sowie keine Flach oder Zylinder-Spulen sondern 
Pyramidenförmige die ineinander gestapelt sind mit einem Abstand von 
etwas weniger als 1cm. Die Sekundärpule hat einen Durchmesser von ca. 
2cm und 14 Wicklungen, die Primärspule ca. 5cm und 15 Wicklungen. Auf 
Resonanz getunt habe ich sie durch Variation der Kondensatoren. Die 
Schaltfrequenz liegt momentan bei 192kHz mit 66nF parallel primärseitig 
und das zwei-dreifache Sekundärseitig in Reihe. 12V am Eingang mit 100mA 
Ruhestrom. Bei 20Ohm Last: Von 3.8W am Eingang bleiben 1.7W (5.8V 300mA) 
am Ausgang übrig (45% Effizienz). Mit einem kleinen Ferrit-Kern 
verbessert sich die Effizienz auf 56% und 2.9W (7.55V 385mA) am Ausgang 
sind möglich. Eine Ferrit-Platte Primärseitig scheint es weiter zu 
verbessern, nur leider habe ich momentan noch keine gescheite.

[Falk B. (falk)]

@ Frank M. (frank_m35)

>ich erfolgreich meinen eigenen Royer Converter aufgebaut, eben nach der
>Schaltung von Falk die Mosfets verwendet.

Hertzlich Glühstrumpf!

>Die Frage die sich mir aber stellt: Was schließe ich Sekundärseitig an
>um die beste Effizienz bei variierender Last zu erhalten.

Naja, ein Effizienzwunder ist die Schaltung nicht. Sie ist im 
wesentlichen für eine konstante Last gedacht, dabei erreicht man ganz 
brauchbare Wirkungsgrade. Über einen weiteren Lastbereich muss man halt 
schlechtere Wirkungsgrade hinnehmen.

>Das einfachste ist wenn ich den Royer-Converter so auslege, dass er
>zwischen 4V-5V am Ausgang hat.

Ja. Wenn die mechanische Anordung nur geringe Toleranzen hat, kann man 
mittels Kompensation der Streuinduktivität (Reihenkondendsator) einen 
ziemlich guten Wirkungsgrad erzielen.

>Sicherer ist es vermutlich einen extra Step-Down-Wandler, der hohe
>Eingangsspannung verträgt, davor zu schalten.

Nicht unbedingt. Das braucht man nur, wenn die mechanische Anordnung der 
Spulen und somit der Koppelfaktor große Toleranzen haben. Ausserdem sind 
zwei Step-Down in Reihe selten sinnvoll. Einer reicht.

> Dadurch könnte vielleicht
>auch die Energieübertragung effizienter werden, da höhere Spannungen
>verwendet werden können.

Das spielt hier weniger eine Rolle.

>Konstruktionsbedingt kann ich nur kleine Spulen verwenden, vor allem auf
>der Sekundärseite, sowie keine Flach oder Zylinder-Spulen sondern
>Pyramidenförmige die ineinander gestapelt sind mit einem Abstand von
>etwas weniger als 1cm. Die Sekundärpule hat einen Durchmesser von ca.
>2cm und 14 Wicklungen,

Windungen. Eine Wicklung ist die Summe einzelner Windungen.

>die Primärspule ca. 5cm und 15 Wicklungen. Auf
>Resonanz getunt habe ich sie durch Variation der Kondensatoren. Die
>Schaltfrequenz liegt momentan bei 192kHz mit 66nF parallel primärseitig
>und das zwei-dreifache Sekundärseitig in Reihe.

Klingt komisch. Soviel sollte man eigentlich nicht brauchen. Da die 
Spulen ja sehr ähnlich sind, sollte maximal der gleiche Wert wie auf der 
Primärseite rauskommen. Siehe die Formel im Artikel.

> 12V am Eingang mit 100mA
>Ruhestrom. Bei 20Ohm Last: Von 3.8W am Eingang bleiben 1.7W (5.8V 300mA)
>am Ausgang übrig (45% Effizienz).

Ein brauchbarer Anfang.

[Frank M. (frank_m35)]

Falk Brunner schrieb:
> Naja, ein Effizienzwunder ist die Schaltung nicht. Sie ist im
> wesentlichen für eine konstante Last gedacht, dabei erreicht man ganz
> brauchbare Wirkungsgrade. Über einen weiteren Lastbereich muss man halt
> schlechtere Wirkungsgrade hinnehmen.
Ok, gut zu wissen. Dann werde ich in diese Richtung nicht unnötige 
Unternehmungen anstreben und eben versuchen im Voll-Last beste Effizienz 
zu erhalten und einen geringen Ruhestrom im Leerlauf zu haben um im 
niedrigen Lastbereich die Verluste zu minimieren.

Falk Brunner schrieb:
> @ Frank M. (frank_m35)
>>Sicherer ist es vermutlich einen extra Step-Down-Wandler, der hohe
>>Eingangsspannung verträgt, davor zu schalten.
>
> Nicht unbedingt. Das braucht man nur, wenn die mechanische Anordnung der
> Spulen und somit der Koppelfaktor große Toleranzen haben. Ausserdem sind
> zwei Step-Down in Reihe selten sinnvoll. Einer reicht.
Der eine ist ein Dual-Step-Down den ich nicht ohne weiteres ersetzen 
kann, daher wäre es vorerst einfacher, aber natürlich ineffizienter, 
einen dritten davor als Schutz zu setzen, bei der schon fertigen 
Schaltung. Mal schauen wie stabil die Spannung später sein wird. Bei 
einer neuen werde ich sicherlich es neu überdenken.

Falk Brunner schrieb:
> Klingt komisch. Soviel sollte man eigentlich nicht brauchen. Da die
> Spulen ja sehr ähnlich sind, sollte maximal der gleiche Wert wie auf der
> Primärseite rauskommen. Siehe die Formel im Artikel.
Die Sekundärseitige Spule hat deutlich geringere Abmessungen, was auf 
die Induktivität einen großen Einfluss haben sollte. Bei der doppelten 
Kapazität scheint sie in Resonanz zu sein.


Erste Tests mit noch kleineren Flachspulen Sekundärseitig brachten auch 
sehr gute Ergebnisse zustande. Flachspulen wären natürlich simpler, da 
es davon fertige gibt und man mit dem Ferrit-Kern leichter hinkommt.
Als nächstes wird dann mal eine 10uH Würth-Spule als Sender versucht und 
die Schaltung mit SMD aufgebaut mit hoffentlich besser geeigneten 
Mosfets.


Vielen Dank für dein Feedback.