Inverswandler/Boost-Konverter Kaskade

[Tobias B. (tobibo)]

Hallo zusammen!
Erstmal frohe Ostern an alle :D

Folgende Problemstellung:

Ich würde gerne aus 12V DC bis zu -50V DC erhalten.
Hintergrund dafür ist einfach mich mit dem Thema vertrauter zu machen 
und etwas zu lernen (ein kleines Bastelprojekt).
Das absolute Ziel ist dann einen alten Verstärker damit betreiben zu 
können, welcher normalerweise über 230V AC und einem Trafo versorgt 
wird. Dieser besitzt auf Sekundärseite eine Wicklung mit 
Mittelanzapfung, um so mithilfe von ein paar Dioden und zwei großen 
Kondensatoren ca. +-50V DC bereitzustellen.

Der Plan war also zunächst einen Boost-Konverter zu bauen und dann einen 
Inverswandler. Die beiden parallel können dann die +-40V bis +-50V DC.

Schritt 1: einfachen Boost-Konverter planen und aufbauen. Dieser ging 
auch recht leicht, da die Ansteuerung vom MOSFET nicht aufwändig ist. 
Ich benutze zur PWM-Erzeugung den MC 44603 P (nichts Besonderes, 
funktioniert aber gut und war bei Reichelt im Angebot :D)
Spannungsregelung funktioniert ebenfalls, Stromüberwachung/-begrenzung 
wird noch hinzugefügt.
Wirkungsgrad habe ich noch nicht ausführlich getestet, ist allerdings 
auch erstmal nicht wichtig! Ich möchte die Schaltungen erst gerne 
aufbauen und später optimieren.

Schritt 2: Inverswandler planen und aufbauen.....
Hier komme ich zum eigentlichen Problem: Die Topologie ist ja relativ 
einfach und einleuchtend und wäre auch einfach aufzubauen.
Aber wie kann ich einen N-Kanal MOSFET in dieser Schaltung gescheit 
ansteuern?
Das Problem ist ja, dass an Source bei z.B. ca. -40V am Ausgang dort 12V 
oder -40 erscheinen können. Ich habe allerdings keinen Treiber gefunden, 
welcher mit der negativen Spannung umgehen kann bzw. zwischen -40V beim 
Abschalten und +24V beim Einschalten arbeitet.
Entweder habe ich grundlegend da was nicht mit der Ansteuerung 
verstanden oder es gibt sowas nicht.

P-Kanal würde ich wegen der schlechteren Eigenschaften eigentlich ungern 
nutzen. Hier wäre die Ansteuerung allerdings total einfach.


Um das Problem zu umgehen, hatte ich ebenfalls über eine Boost-Konverter 
Kaskade nachgedacht. Der erste wandelt auf 50V und der Zweite auf 100V. 
Dann nutze ich die 50V als belastbare Masse und der am Ausgang würde man 
+-50V sehen.
Diese Variante wäre einfach aufzubauen, anzusteuern und hätte mehr 
Reserven. Der Inverswandler arbeitet für -50V DC schon mit einem hohen 
Tastverhältnis im Leerlauf.

Habe alles mal im LTSpice simuliert und die Kaskade scheint wohl auch 
bei plötzlichen unsymmetrischen Belastungen stabil zu bleiben (habe da 
noch mit Spannungsregelung und ohne Strombegrenzung simuliert, um 50V 
und 100V konstant zu halten, ist aber nicht auf den Fotos).
Hatte ursprünglich gedacht, dass es Probleme bei unsymmetrischen Lasten 
geben könnte.

Ist es wirklich so einfach wie in der Simulation? :D Natürlich würde die 
erste Stufe dann ordentlich belastet werden, aber so viel Leistung muss 
ich ja erstmal nicht ausgeben.
Gäbe es eine gute Lösung für den Inverswandler mit einem N-Kanal MOSFET?

Wäre super, wenn ihr mir ein paar Tipps, Ratschläge oder Ähnliches geben 
könntet :) Vielleicht übersehe ich auch etwas :D

Viele Grüße und gute Nacht :D

Tobi

[roehrenvorheizer (Gast)]

Hallo,

das hat hier

http://danyk.cz/iz_2_35_en.html

schon jemand anders gelöst. Vorteil ist die gemeinsame Erzeugung der 
symmetrischen Spannung, so daß beide vom Betrag her immer etwa gleich 
groß sein sollten.

Die Idee mit der belastbaren Masse in der Mitte der Kaskade ist schon 
etwas ungewöhnlich. Ich glaube kaum, daß beide Stufen den gleichen 
Wirkungsgrad haben werden. Somit müßte man sie separat regeln. Die obere 
"stützt" sich auf das Ergebnis, das der untere Regler zustande gebracht 
hat.

Und wichtig ist wie immer die Auswahl der passenden Induktivitäten, die 
das auch können.

Mit freundlichem Gruß

[Tobias B. (tobibo)]

Hi,

danke für den Link.
Ich hatte anfangs auch über einen Flyback nachgedacht, habe das aber 
erstmal verworfen, weil der Wirkungsgrad (z.B. mehr Dioden) schlechter 
sei. Bei dem Flyback wäre die Ansteuerung natürlich einfacher und 
bräuchte auch nur eine Regelung. Wäre dadurch der Nachteil des 
Wirkungsgrades für diesen konkreten Fall egalisiert? Kann man das 
ungefähr sagen?

Gäbe es denn eine Lösung für den Inverswandler mit N-Kanal MOSFET? Rein 
aus Interesse.

Viele Grüße

Tobi

[Lurchi (Gast)]

Man könnte wohl einen N-Kanal FET nutzen, mit einem High side FET 
Treiber, der die Treiberspannung per Bootstrapping erzeugt.

Wenn man keine wirkliche Regelung braucht, sondern mit einem festen 
Spannungsverhältnis leben kann, sollte ein Vorwärtswandler so wie in dem 
Link besser geeignet sein. Für 12 V als Eingang eher mit einer etwas 
anderem Schaltung, aber im Prinzip sehr ähnlich. Für Verstärker im Auto 
findet man da reichlich Pläne. Der Vorteil eines Trafos zum hoch setzen 
der Spannung ist das der deutlich kleiner als eine Speicherspule 
ausfallen kann. Der Wirkungsgrad ist auch in der Regel besser und die 
Störungen und Belastungen für die Elkos geringer.

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Bei dicken Autoendstufen, wo ja - oh Wunder - genau diese 
Spannungswandlung von 12V auf +/- 20..50V gemacht wird, kommt eigentlich 
immer nur ein Gegentaktwandler vor. Bei allen "nicht-gegentakt"-Wandlern 
wuerden die (Spitzen)Stroeme zu unangenehm hoch werden. Also zwar noch 
handlebar, aber eben nur wieder mit teureren Transistoren...

Gruss
WK