Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Isolierter DC DC Wandler mit Impulsübertrager


von Schlatte (Gast)


Lesenswert?

Hallo!

Ich hab mir in meinem jugendlichen (ha!) Leichtsinn mal eben gedacht ich 
bau mir einen isolierten DC DC Wandler.
Nach einiger Recherche bin ich dann zu dem Schluss gekommen, dass es 
doch nicht so einfach ist, wie zuerst gedacht (Übertrager antakten und 
fertig).

Hier mal ein paar grundsätzliche Informationen:
Netzteil für die Versorgung von Gitarreneffektgeräten (9VDC zw. 10 und 
500mA)
So günstig wie möglich realisierbar, da viele voneinander isolierte 
Ausgänge nötig.

Primärseitig hätte ich an irgendwas zwischen 12 und 24VDC gedacht.
Sekundärseitig würde ich dann nach Gleichrichtung mittels 
Schottkybrückengleichrichter, Drossel und Kondensatorbatterie 12VDC 
brauchen, die ich dann befiltere wie ein irrer und mir über einen LDO 
meine 9V generiere (noise rejection vom LDO sind auch nochmal ein paar 
dB, also sollte ich am Ausgang ein schön sauberes Signal für meine 
empfindlichen Analogkästchen haben).

Ich bin mir im Kopf schon alle Varianten von einfachem Sperrwandler bis 
hin zum Vollbrückengegentaktwandler durchgegangen, aber bin mir trotzdem 
nicht sicher ob es wirklich das gelbe vom Ei ist.

Die grundsätzliche Idee war einen günstigen Übertrager zu nehmen (z.B. 
einen hiervon: 
http://at.farnell.com/webapp/wcs/stores/servlet/Search?catalogId=15001&langId=49&storeId=10153&categoryId=700000005700&sort=P_PRICE&pageSize=25&showResults=true&aa=true&sf=502,701&pf=311868486,311868487,311868489,311868491,311868500,311868505,312032264,312032265,312032266,312032267,312032268,312032269,312032270&min=311868486 
)und den mittels µC oder 555 oder was auch immer anzusteuern.
Die meiste Literatur die ich bezüglich Schaltnetzteilen gefunden habe 
bezieht sich immer auf Netzteile mit mehreren 100 V oder W, vielleicht 
noch aus Netzspannung generiert... brauche ich alles nicht.

Meiner Idee nach muss ich die Übertrager nur schnell genug takten um das 
Spannungszeitprodukt nicht zu erreichen und auf den max. Strom achten?
Ich meine auch irgendwo irgendwann einmal gelesen zu haben, dass solche 
Wandler für geringe Störungen und hohe Wirkungsgrade (bei meinen 
Leistungen wohl eher vernachlässigbar) mit Vollbrücke (also als 
Gegentaktwandler) am Besten realisierbar sind.

Frage: ist das so einfach möglich und wenn ja warum nicht?

Danke schonmal!
Schönen Abend.

von voltwide (Gast)


Lesenswert?

Einfach ist das sicher nicht, die eine oder andere Schwierigkeit wird 
schon kommen.

Ich würde zu einem Sperrwandler mit vielen getrennten Sekundärwicklungen 
raten (die Seite von Farnell ist eben down).
Schottkydioden gehen in solchen Anwendungen auch gerne mal kaputt, 
besser sind normale Si-Dioden. Bei 12V-Ausgängen sind die zusätzlichen 
Flussverluste eher unerheblich.

Allerdings wird das nicht mit nem einfachen 555-Timer gehen, sondern mit 
einer ausgeregelten PWM. Du solltest Dich also mit einem richtigen 
PWM-controller befassen, sonst wird das nichts.

Alternativ gäbe es noch die sog "blocking converter" (2-Transistor 
uralt-Lösung). Werden z.T. noch heute in USB-Lader verbaut. Damit habe 
ich selbst noch keine Erfahrungen gesammelt.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


Lesenswert?

Was ist dein Antrieb? Lernen, Freude am Experimentieren? Dann such in 
die Richtung. Suchst du eigentlich nur eine Lösung für dein Problem, 
nimm die fertigen DC/DC-Wandler-Module a la Traco, Recom etc.

von Martin S. (led_martin)


Lesenswert?

Wenn Du es nicht scheust, dir die Grundlagen anzueignen, Experimente zu 
machen, und auch nicht aufgibst, wenn der eine oder andere Halbleiter in 
Rauch aufgeht, kann man da schon was machen. Meinen ersten Sperrwandler, 
der vernünftig funktioniert hat, habe ich aufgebaut, als ich noch 
Schüler war. Ein Oszilloskop ist sehr hilfreich! Wenn man viele 
getrennte Ausgangsspannungen will, ist, wie schon weiter oben 
geschrieben, ein Sperrwandler ein guter Tip. Der muß aber immer mit 
einer Regelung betrieben werden. Da Du ja eh noch sekundärseitig 
Spannungsregler nachschalten willst, könnte man auch ungeregelt 
arbeiten, und wie Du es ja schon angedacht hast, mit einer Vollbrücke 
einen symmetrischen Rechteck (Die Symmetrie muß hundertprozentig 
stimmen!) erzeugen (z.B. NE555 mit nachgeschaltetem Toggle-Flip-Flop als 
Frequenzteiler, dann ist's symmetrisch), und damit auf einen Trafo 
gehen. Beachten solltest Du, daß es zwischen den Wicklungen eine 
kapazitive Kopplung gibt, auch wenn die Wicklungen galvanisch getrennt 
sind. Wenn man dann die Massen der Ausgangsspannungen irgendwo 
verbindet, wie es, bei dem Audio-Zeugs ja der Fall ist, kann da eine 
Störung eingekoppelt werden. die Wicklungen sollten also möglichst 
räumlich getrennt sein, z.B. schön nebeneinander auf einem, bewusst eher 
groß gewählten, Ringkern. Bei der Anordnung mit der Vollbrücke könnte 
man mehrere Trafos parallel anschließen, wenn die Brücke genug Strom 
liefern kann.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

von Gerd E. (robberknight)


Lesenswert?

Schlatte schrieb:
(9VDC zw. 10 und
> 500mA)

Das sind 5 Watt und damit bist Du über dem, was für Gatetreiber und 
isolierte Kommunikationsschnittstellen üblicherweise benötigt wird. 
Damit wird das Angebot an fertigen ICs und Trafos dünner.

Für niedrigere Leistung & Spannung gäbe es z.B. den SN6501 oder MAX253 
und darauf abgestimmte Trafos. Beide arbeiten ungeregelt, man könnte die 
also auch mit nem 555er und 2 FETs ersetzen. Oder noch besser: 74AC14, 
davon einige Gatter parallel geben gleich gute FET-Treiber ab. Aber halt 
nur bis 5V Input. Spannungsregelung und Kurzschlussschutz (wichtig bei 
Vorwärtswandlern) machst Du am einfachsten sekundärseitig mit nem 
passenden LDO.

Für Deine Leistung könntest Du Dir z.B. die TC2445A + nen 555er 
anschauen. Musst aber mal durchrechnen / ausprobieren ob das wirklich 
für 5 Watt langt.

: Bearbeitet durch User
von H.Joachim S. (crazyhorse)


Lesenswert?


von Ich (Gast)


Lesenswert?

Miss mal, wie viel Strom die Effekte wirklich aufnehmen. Die meisten 
kann man ja auch mit 9-V-Block betreiben, und bei 500 mA dürfte der kein 
Konzert druchhalten ...

von Toxic (Gast)


Lesenswert?

@Schlatte
Schau Dir dies mal an. Kann allerdings "nur" 250mA liefern - 
moeglicherweise brauchst Du auch gar nicht mehr....
Die Angaben zu dem Modul sind duerftig - ware schoen zu wissen ob es 
Kurzschlussfest ist.Bin selbst daran interessiert-muss mal den 
Verkaeufer kontaktieren.

http://www.ebay.de/itm/5V-DC-to-9V-DC-Converter-DC-DC-Isolated-Power-Supply-Module-Regulated-24-Pin-NEW-/321224115587?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item4aca730583

von Klaus (Gast)


Lesenswert?

Für kleine Ströme hab ich mal soetwas gebastelt (die genauen Werte weiß 
ich nicht mehr):

RC-Oszillator mit HC14, Signal invertiert, mit 2 weiteren Invertern eine 
Spule von einer vierfach-Drossel im Gegentakt angesteuert. 2 oder 3 der 
anderen Wicklungen je nach gewünschter Spannung als Sekundärwicklung 
hintereinander schalten. Danach gleichrichten und sieben. Da bleiben 
dann noch 2 weitere Inverter für eine zweite Spannung. Die Frequenz war 
im zweistelligen kHz Bereich. Die Drossel war eine stromkompensierte 
Vierfachdrossel, wie sie an ISDN Leitungen üblich ist: 4*1µH oder auch 
4*4,7µH. Das war als Ersatz für potentialfreie 9V Batterie vorgesehen 
und hat funktioniert. An den Strom kann ich mich aber nicht mehr 
erinnern.

MfG Klaus

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Eigentlich ist das ziemlich einfach - wenn man bereit ist selber zu 
wickeln. Die Topologie der Wahl ist ein ungeregelter, selbstschwingender 
Gegentakt-Durchflußwandler. Siehe z.B.

http://joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap8_2/Kapitel8_2.html

Neben der Primär- und der Rückkopplungswicklung kann man praktisch 
beliebig viele Sekundärwicklungen unterbringen. Bei guter magnetischer 
Kopplung stimmen die Ausgangsspannungen gut überein und hängen auch fest 
an der Eingangsspannung.

Als Kern eignet sich ein Ferrit-Ringkern. Die Größe wird im wesentlichen 
durch den benötigten Wickelraum bestimmt. Als Frequenz sollte man 
irgendwas zwischen >25kHz und <100kHz anstreben.

Ach ja, die 500mA @ 9V sollen wohl ein Scherz sein, oder? Kein Gerät, 
das aus einem 9V-Block versorgt wird, braucht mehr als 50mA. Schließlich 
hat so eine Batterie im besten Fall 500mAh und muß ja ein paar Stunden 
halten.

von Falk B. (falk)


Lesenswert?


von Hans (Gast)


Lesenswert?

wenn ein paar mA reichen dann gehen auch ethernet-magnetics und ein paar 
logic gatter... habe mir damit mal ein galvanisch getrenntes analog 
frontend gebaut...

wenn du wirklich mehr leistung brauchst lassen sich möglicherweise die 
billigen kern-sätze (epcos!) von pollin (20 stück<1.-) dazu 
verwursten.... müsste man sich aber erst durchrechnen ob mit den kleinen 
kernen die 5W gehen...

sonst bleiben dir nur noch coilcraft, würth und die anderen üblichen 
verdächtigen...

73

von Schlatte (Gast)


Lesenswert?

Zuerstmal danke für die guten Inputs!

Re: "Effektgeräte mit 9V Bock, brauchen doch niemals 500mA" - stimmt so 
nicht ganz. Es gibt zwar viele (hauptsächlich die analogen) Geräte, die 
man per Batterie sehr gut und über lange Zeit versorgen kann, allerdings 
bin ich kein Batteriefreund (immer wenn mans braucht ist es leer) und 
möchte damit auf lange Sicht die Umwelt und den Geldbeutel schonen. 
Außerdem gibt es auch einige (häufig moderne digitale Signalprozessoren) 
Geräte, die man nicht mehr mit 9V Batterie betreiben kann, sondern nur 
noch mit Netzteil. Einige ganz lustige Hersteller bieten bei solchen 
Geräten dann doch auch noch einen Batterieplatz an, ist dann eben nach 
knapp 40min Schluss mit lustig.

Die analogen Treter machen auch meistens keine Probleme. Da kann man 
gerne mal so an die 5-10 Stück parallel an ein Netzteil hängen 
(fälschlicherweise Daisy Chaining genannt), schwierig wirds, wenn man 
analoge und digitale Geräte gleichzeitig betreiben will. Da werden die 
von den Digitalgeräten in die Versorgung eingekoppelten Störungen 
(Taktsignale, etc.) von den Analoggeräten mit deren Verstärkung (bei 
manchen Verzerrern gerne mal um einiges mehr als Faktor 100) mit dem 
Nutzsignal mitverstärkt. Die Massen werden bei solchen Signalketten eh 
über die Signalkabel wieder mitverbunden, also theroretisch müsste man 
wirklich nur die +9V einzeln filtern/regeln, aber es gibt so ein paar 
Sonderfälle (z.B. vintage Geräte mit positiver Masse), für die komplett 
isolierte Versorgungen notwendig sind.

Warum ich das Ganze selbst machen will? Geräte von der Stange gehen gut 
ins Geld (z.B. Vodoo Labs Pedal Power 2+ kostet knapp 200€ und für meine 
Signalkette würde ich davon mindestens zwei Stück brauchen) und eine 
Eigenkonstruktion könnte ich sehr gut auf meine Bedürfnisse anpassen.

Für nächtelanges Trafowickeln hab ich ehrlich gesagt wenig Lust weil 
keine Zeit, daher die Idee die kleinen <5€ Übertrager zu verwenden.
Das Traco Modul, das crazyhorse gepostet hat fällt glaub ich schon mal 
weg, da mir knapp 20€ pro Channel recht viel vorkommt.

Der Ebay Link von Toxic könnte für einige Fälle passen, ich könnte halt 
die Dämpfung eines nachgeschalteten LDOs nicht mit zur Filterung nutzen 
und müsste das Teil vermutlich extrem stark befiltern.

Sollte ich mir dann wohl nochmal genau überlegen, was ich jetzt wirklich 
machen will...

lg

von Martin S. (led_martin)


Lesenswert?

Schlatte schrieb:
> Für nächtelanges Trafowickeln hab ich ehrlich gesagt wenig Lust weil
> keine Zeit

Also bei den Frequenzen, mit denen man hier arbeitet ist das nicht so 
schlimm, da sind Wicklungen mit 30 Windungen schon eher viel, also nicht 
so wie bei manchem 50Hz Trafo mit x-tausend Windungen. Die hobbymäßige 
Bewicklung von Ringkernen ist allerdings schon friemelig, besonders 
wenn's schön werden soll. Den Ringkern eher etwas zu groß nehmen, macht 
Einem das Leben da etwas leichter.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.