Hallo zusammen, ich spiele im Moment mit der Simulation eines Royerconverters herum. Mir war vorher nie so genau klar wie die Ausgangsspannung des Royerconverters überhaupt genau berechnet oder eingestellt werden kann. Sie ist ja sowohl von der Last als auch vom Übersetzungsverhältnis, den Basiswiderständen an den Transistoren uvm. abhängig. Im Grunde ist das ziel ein geregeltes HV supply mit wenig Noise zur Versorgung von z.B MCP, Channeltrons etc. Ich habe jetzt mal ein Design simuliert welches den Strom im Primärkreis steuern kann durch einen Transistor im Messezweig des Primärkreises. Feedback kommt von der gleichgerichteten Ausgangsspannung. Das Funktioniert soweit auch ganz gut, wie man aber im angehängten Bild zu erkennen gibt es eine Art Regelschwingung. Kann mir jemand erklären wie sie Zustandekommt? Ist es ein Zusammenspiel aus der Schwingfrequenz des Primärkreises und der daraus resultierenden "diskreten" Regelbarkeit. Also immernur Schwingungspaketweisen steuerbarkeit? Oder wie habe ich mir dieses Verhalten zu erklären?
Grausige Schaltung... Den Strom so "analog" zu begrenzen erzeugt dir extreme Verluste in Q3. Dazu kommt noch dass die Feedbackwiderstände sehr klein sind. Bei einer des Wortes Hochspannung würdigen Spannung kommst du da auf ordentliche Verluste. Geh mal eine Größenordnung höher. Dass die Schaltung gerne dazu neigt nicht anzuschwingen, und in Folge dessen Transistoren brät hast du vermutlich schon gemerkt ;) Gucken wir uns die Schaltung mal genauer an. Du hast zwar nicht geschrieben wo genau du gemessen hast, aber da du eine Referenzspannung von 2V erzeugt hast und die grüne Trace um etwa 2V herumschwingt, gehe ich mal davon aus dass dies die Spannung am negativen Eingang des Opamps ist. Daraus folgt dass du eine Ausgangsspannung von ca 80V hast. Tun wir mal so als wäre der Wandler eine Stromgesteuerte Stromquelle, und gönnen wir ihr mal 50% Wirkungsgrad, kommen wir auf eine Stromverstärkung von etwa 0.075. Heißt für jedes Ampere welches durch den Kollektor von Q3 fließt bekommst du etwa 75mA am Ausgang. Ignorieren wir den Ausgangskondensator für eine Weile gibt das an 10kOhm eine Spannung von 750V bzw 18.75V am Eingang des Opamps. (Beachte dass es sich dabei um eine Kleinsignalverstärkung handelt. Heißt wir erhöhen den Kollektorstrom um einen sehr kleinen Wert und gucken uns an was mit der Ausgangsspannung passiert, wobei wir davon ausgehen dass alle nichtlinearen Effekte zu ignorieren sind. Die Ausgangsspannung bleibt nahe bei 80V). Mit diesem Wert bewaffnet gucken wir uns an was der Opamp damit macht. Dieser hat selber erstmal eine sehr hohe Spannungsverstärkung, bis in die Millionen hinein. Die Ausgangsspannung des Opamps zum Basisstrom von Q3 hat nochmal eine hohe Verstärkung, da du quasi eine Diode im Knick der Kennlinie betreibst, und dazu kommt noch die Stromverstärkung von Q3 selber. Wie du siehst, viel zu viel Gain. Selbst der Kondensator am Ausgang, mit seiner Grenzfrequenz von etwa ~70Hz rettet dich da nicht mehr. Das ganze schwingt. Wie lösen wir das Problem? Zuerst mal willst du den Opamp rückkoppeln. Das Feedback über die ganze Schaltung gibt zuviel Phasendrehung, daher gib ihm erstmal ein Resistives Feedback (Widerstand von Opamp-Ausgang zu negativem Eingang). Als nächstes bekommt Q3 einen Basisvorwiderstand, damit du nicht so stark auf Bauteilparameter angewiesen bist. Du kannst nun anfangen den Feedbackwiderstand des Opamps langsam zu verändern bis die Schwingung aufhört. Etwas Ripple wirst du natürlich am Ausgang haben. Sobald das passiert ist wirst du merken dass die Ausgangsspannung nicht mehr stimmt. Das liegt daran dass du einen Regelfehler brauchst um überhaupt ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die übliche Lösung ist ein Integrator, einfach umzusetzen mit einem Kondensator in Reihe mit dem Opamp-Feedbackwiderstand. Das ist dann ein klassischer PI-Regler. Als Abschluss würde ich dir wirklich nahelegen die Schaltung zu ändern, alleine schon der Anschwingsicherheit wegen. Was aktives mit einem 555er als Oszillator sollte ebenfalls gut funktionieren. Oder ein guter alter TL494 mit komplementären Ausgang, perfekt für eine Push-Pull-Schaltung.
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