Hallo zusammen, bei einem normalen Trafo ist das Verhältnis von Ausgangsspannung zur Eingangsspannung etwa im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl der Sekundärspule zur Primärspule. Die Netzfrequenz scheint für das Spannungsverhältnis Eingangs- zur Ausgangsspannung (einigermaßen) egal zu sein. Nur das Verhältnis der Windungszahlen ist maßgebend. Wie ist das dann aber bei Schaltnetzteilen? Nachdem die Eingangswechselspannung gleichgerichtet und gesiebt wurde, wird sie ja zerhackt und kommt dann als Rechtecksignal in den Minitrafo des Schaltnetzteiles, der die recht hohe Eingangsspannung auf die Wunschspannung runtertransformiert. Hier scheint das Gesetz mit den Windundungszahlverhältnissen zur Spannungsverhältnissen ja nicht mehr stimmen, denn die Eingangsspannung des Trafos ist immer etwa die Spitzenspannung der Eingangswechselspannung. Wenn ich es richtig verstanden habe, dann erfolgt die Spannungsregelung in Schaltnetzteilen über das Tastverhältnis am Trafo-Eingang. Hier ist es also komplett anders als bei den konventionellen Trafos, die ich im ersten Satz geschrieben habe. Arbeiten die Schaltnetzteiltrafos mit einer anderen Physik als die Trafos in konventionellen Netzteilen ? Danke für Eure Erklärungen und viele Grüße Karl
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Karl-alfred R. schrieb: > Wenn ich es richtig verstanden habe, dann erfolgt die Spannungsregelung > in Schaltnetzteilen über das Tastverhältnis am Trafo-Eingang. Hier ist > es also komplett anders als bei den konventionellen Trafos, die ich im > ersten Satz geschrieben habe. Nein, ist es nicht. Trafo ist Trafo. Weder die Frequenz noch die Kurvenform ändern etwas an der Tatsache, daß sich die Spannungen auf Primär- und Sekundärseite genauso wie die Windungszahlen verhalten. Die Regelung über das Tastverhältnis gleicht Schwankungen der Eingangsspannung [1] bzw. der Belastung aus. Allerdings gibt es verschiedene Schaltnetzteil-Topologien. Nur beim Flußwandler wird das Übersetzungsverhältnis des Trafos direkt verwendet. [1] deswegen kann man Schaltnetzteile auch als Weitbereichsnetzteile bauen, die ohne Umschaltung von z.B. 90V bis 240V Netzspannung funktionieren. Mach das mal mit einem konventionellen Trafonetzteil.
Axel S. schrieb: > Allerdings gibt es verschiedene Schaltnetzteil-Topologien. Nur beim > Flußwandler wird das Übersetzungsverhältnis des Trafos direkt verwendet. Nö, beim Flyback wird nur anstatt der Betriebsspannung die Flyback-Spannung transformiert.
Danke für die Antwort. >> Die Regelung über das Tastverhältnis gleicht Schwankungen >> der Eingangsspannung [1] bzw. der Belastung aus. OK. Hier habe ich ein Schaltnetzteil Prinzipschaltbild aus Wikipedia: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fa/Schaltnetzteil.svg/800px-Schaltnetzteil.svg.png Dort mitten drin ist ein Trafo. Vor dem Trafo der Transistor der das PWM-Signal erzeugt. Außerdem gibt es eine Feedback-Schleife, die wohl irgendwie das PWM beeinflusst. Aber wie kann das die Spannung konstant halten, wenn die Eingangsspannung schwankt?
Karl-alfred R. schrieb: > Hier habe ich ein Schaltnetzteil Prinzipschaltbild aus Wikipedia: > > https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fa/Schaltnetzteil.svg/800px-Schaltnetzteil.svg.png Das ist sehr prinzipiell gehalten, daran kannst du die tatsächliche Funktion nicht nachvollziehen. Karl-alfred R. schrieb: > Aber wie kann das die Spannung konstant halten, wenn die > Eingangsspannung schwankt? Die Ausgangsspannung des Trafos ergibt sich beim Flusswandler zunächst mal aus der transformieten Eingangsspannung und schwankt daher mit, wenn die Eingangsspannung schwankt. Aber die Ausgangsspannung des Trafos ist nicht das selbe wie die Ausgangsspannung des Wandlers. Dazwischen kommt beim Flussregler noch ein Filter, der den Mittelwert über die Sekundärspannung des Trafos bildet. Das erst bildet dann die Ausgangsspannung des Wandlers, und diesen Mittelwert kannst du über den Tastgrad beeinflussen. Beim Flusswandler bildet die transformierte Eingangsspannung die Obergrenze für die erreichbare Aussgangsspannung. Aber eine kleinere Ausgangsspannung kannst du einstellen, indem der Tastgrad reduziert wird (bis die Ausgangsspannung passt). Wenn dann die Eingangsspanung sinkt, muss der Tastgrad halt wieder etwas größer gewählt werden, um das auszugleichen. Schau dir auf der Seite von Schmidt-Walter die Hilfe zu den verschiedenen Wandlertypen an, dort ist deren Funktion imho gut nachvollziehbar erklärt. http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/smps.html
Boah, dass es so viele unterschiedliche Schaltnetzteil-Prinzipien gibt, hätte ich nicht gedacht. Aber ich hätte mal eine generelle Frage: Wenn man die Netzspannung gleichrichtet und glättet, wie es in vielen Schaltnetzteilen ja gemacht wird: Könnte man dann nicht einfach ein PWM draus machen, dass im Tastverhältnis genau so ist, dass im Mittel die gewünschte Gleichspannung herauskommt? Das müsste man dann nur noch glätten und man hätte ganz ohne Trafo seine gewünschte Gleichspannung. Wenn man z.B. aus den 320V am Siebelko 32V am Ausgang haben wollte, müsste man ein Tastverhältnis von 1:10 haben, also eine Zeiteinheit eingeschaltet und 9 Zeiteinheiten ausgeschaltet. Im Mittel ergäbe sich dann 32V, die aber noch als PWM vorliegen. Diese dann mit paar Kondensatoren und Spulen glatt gebügelt und fertig. Zumindest die ungeregelte Version.
Klar und wer die Schutzkleinspannung anpasst hat verloren. Der Trafo dient auch zur galvanischen Trennung. Mfg Michael
Karl-alfred R. schrieb: > aus den 320V am Siebelko 32V am Ausgang haben wollte, > müsste man ein Tastverhältnis von 1:10 haben, also eine Zeiteinheit > eingeschaltet und 9 Zeiteinheiten ausgeschaltet. Im Mittel ergäbe sich > dann 32V, die aber noch als PWM vorliegen. Diese dann mit paar > Kondensatoren und Spulen glatt gebügelt und fertig. Male bitte mal einen Schaltplan, wie das konkret aussehen soll. Eventuell kommst du dann genau auf folgende Schaltung: http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/abw_hilfe.html Die setzt man schon ein, aber aus mehreren Gründen eher nicht um aus Netzspannung einen 32V Ausgang zu erzeugen.
Außerdem hätte der arme 32V-Elko an einer Ladespannung von 320V wohl etwas am Ladestrom zu kauen.
Karl-alfred R. schrieb: > Könnte man dann nicht einfach ein PWM > draus machen, dass im Tastverhältnis genau so ist, dass im Mittel die > gewünschte Gleichspannung herauskommt? Sowas nennt sich dann Stepdown- oder Buckkonverter und wird sehr oft benutzt. Direktanschluss an Netzspannung macht man aber ungern, weil meistens eine galvanische Trennung vom Netz gewünscht wird.
Ja gut, die galvanische Trennung ist natürlich ein wichtiger Punkt, wenn man von 320V am Eingang ausgeht. Zumindest, wenn die Möglichkeit besteht, dass jemand direkt an den Ausgang des Schaltnetzteil fassen könnte. Kann man davon ausgehen, dass ALLE Schaltnetzteile nach einem der Prinzipien im Schmidt-Walter-Dokument arbeiten? Oder gibt es noch mehr davon?
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Nein, es gibt noch unzählige andere Topologien und Arten der Ansteuerung. Und zwar, weil seit Jahrzehnten immer wieder an Optimierungen für bestimmte Anwendungen gefeilt wird. Diese alle "aufzuzählen", ist faktisch Quatsch, und auch nahezu unmöglich - es werden auch heutzutage noch häufig genug neue Wandler entwickelt, vorgestellt und teils patentiert. Deine nächste Frage sollte also keine "Liste" davon erfragen wollen...
Karl-alfred R. schrieb: > Kann man davon ausgehen, dass ALLE Schaltnetzteile nach > einem der Prinzipien im Schmidt-Walter-Dokument arbeiten? > Oder gibt es noch mehr davon? Üblich sind die grandiosen "internationalen" (=amerikanischen) Bezeichnungen, bei denen jede Variante einen eigenen Namen hat: Buck, Boost, Buck/Boost, Flyback, SEPIC, ... Vor Urzeiten hat man in einem längst vergessenen Winkel der Welt folgendes gelehrt: Für eine grobe Übersicht kann man Eintakt-Wandler und Gegentaktwandler unterscheiden; die Eintakt-Wandler zerfallen weiter in Sperrwandler und Durchflusswandler. Eintaktwandler lassen sich je nach Wunsch mit Trafo oder mit Drossel ausführen (=potenzialgetrennt / nicht p.); Gegentaktwandler kenne ich nur mit Trafo. Diese Einteilung ist ziemlich grob, aber auch ziemlich allgemeingültig.
Eintakt-Wandler mit möglicher galvanischer Trennung Sperrwandler: "Trafo" ist in Wirklichkeit Speichertrafo (gekoppelte Drosseln, Energie großteils im Luftspalt gespeichert). Bauart und Qualität, auch Kopplung/ Streuinduktivität des Speichertrafos, sowie Relation Übersetzungs-verhältnis/ Tastgrad (letztere beide sind rein "Auslegungs-" also Berechnungs-abhängig), bestimmen hier die Höhe des sog. "Flyback-Impuls" - aus Sicht des Primärtransistors ein "Zuschlag" zur Betriebsspannung - weshalb dessen Spannungsfestigkeit bei dieser Topologie recht hoch sein muß. Name resultiert daraus, daß die (sekundärseitige, also "transferierte") Energie in der "Sperrphase" des primären Schalters entnommen wird, die sekundäre Rectifier-Diode leitet genau dann. Mehrere Abwandlungen, Grundeigenschaften: Simpel/kostengünstig, daher viele Arten der Feedback-Signal-Gewinnung möglich. Durchflußwandler: Abwärtswandler + "idealer" Trafo/ÜT. "Echter" Trafo nötig, der aber nur positive Rechteckpulse übertragen soll... völlig andere Anforderungen. (Im Trafo selbst Energiespeicherung sogar unerwünscht, aber auch gering (gute Kopplung, kein/sehr kleiner Luftspalt), "trotzdem" gespeicherte Energie [oft "aus dem Trafo geführt" mit 3. Wicklung] muß in RC-Glied "vernichtet", oder mittels Lossless Snubber bzw. Active Clamping zum Eingangsspannungs-Pufferelko zurückgeführt werden - ähnliche Schaltungen werden aber vereinzelt auch bei Sperrwandlern verwendet, zur Effizienzsteigerung.). Name resultiert daraus, daß die Energieübertragung während der "Durchfluß-Phase" des primären Schalters stattfindet, deshalb muß die sekundäre Rectifier-Diode gleichzeitig mit dem Schalter leiten... bis hierhin gilt alles für ungeregelte wie auch geregelte Wandler. (Ungeregelt hat man dann ein festes ÜV, ähnlich wie ein SCVC ohne Induktivitäten, und natürlich mit "weicher" Ausgangsspannung...) Ein geregelter Durchflußwandler aber braucht auch noch eine zweite Diode, und eine Drossel... es wird praktisch die gewohnte Abwärtswandler-Topologie (aber nur aus Dioden) auf die Sekundärseite verlagert. Der primäre Schalter bestimmt - über den Umweg mit dem Trafo - die "On"-Zeit der Rectifier-Diode ---> während welcher auch die herunter-transfor-mierte Betriebsspannung an der Drossel liegt, und in dieser einen ansteigenden Strom bewirkt. Sperrt der primäre Schalter, sperrt auch diese. Der Strom durch die Drossel aber sucht sich einen neuen Weg (um in der gleichen Richtung weiter fließen zu können). Wiederum ganz exakt wie beim Abwärts-wandler, beginnt nun die Catch-Diode zu leiten, bei - relativ zu vorhin - umgepolter Spannung an der Drossel. Über die Einschaltdauer des primärseitigen Transistors läßt sich nun V_out ganz genau so regeln, wie es beim "normalen" Abwärtsregler ist. So, lieber Herr Römer... das waren nur (!) ein paar grundsätzliche Ergänzungen zu Possetitjels Ausführungen. Die Gesamtmenge an Wissen, die es zu der Thematik "Schaltregler" aufzusaugen gäbe, ist U-TO-PISCH, GE-WAL-TIG, Ü-BER-WÄä... (...chrkssss... [Rauschen.] ;-) Es ist wirklich viel Stoff, Karl-Alfred.
Possetitjel schrieb: > Gegentaktwandler kenne ich nur mit Trafo. Man kann (und das weißt Du auch, wolltest nur nicht ins Detail gehen) selbstverständlich Gegentakt-Schaltwandler ohne Trafo (also ohne Potentialtrennung) bauen, oder aber auch - wenn man denn will - einen Flyback im Lückbetrieb als Vollbrücken-Gegentakt bauen (mit Gleichrichterbrücke sekundär), oder... etc. Es bleibt meist nur die Frage nach der Sinnhaftigkeit. Ersteres, z.B. ein Vollbrücken-Buck-Boost, mit einer Drossel statt eines Trafos, ist wohl Herrn Römers beginnendem Verständnis nicht automatisch zuträglich - zumindest noch nicht. Zweiteres macht wohl allgemein deshalb wenig Sinn, weil die Komplexität nicht in der korrekten Relation zum Nutzen steht.
Was vergessen ging waren die Synchronwandler. dort wird auf der sekundaeren Seite aktive gleichgerichtet, dh man kann die Diodenverluste, welche speziell bei niedrigen Ausgangsspannungen zuschlagen, reduzieren. Und beim synchronen Trafo Vollbrueckenwandler kann man die Leistung auch von Sekundaer nach Primaer zurueckfliessen lassen. Weshalb man hohe Transformationsverhaeltnisse bei einem Abwaertswandler vermeiden sollte. zB von 300V auf 5V. Abgesehen von der Trennung. Der Dutycycle ist proportional zum Spannungsverhaeltnis, also sehr klein. Waehrend dieser sehr kurzen Zeit muss der Ausgangsstrom, plus der Ladestom fuer den Kondenser fliessen. Das bedeutet der Peakstrom wird mit abnehmendem Dutycycle immer groesser. Die Spule muss aber auf den Peakstrom ausgelegt sein, sonst saettigt sie. Und fuer einen vernuenfigen Ausgangsrippel wird der Induktivitaetswert der Spule immer groesser. Die Spule wird also immer klotziger dimensioniert, vom Querschnitt & Menge an Ferrit, plus Windungszahl. Ich vermeide deshalb Verhaeltnisse ueber 5 oder so. Dann lieber einen Trafo einsetzen.
Possetitjel schrieb: > Gegentaktwandler kenne ich nur mit Trafo. Ohne Trafo werden die typisch in Energiesparlampen verbaut. Der in diesen Lampen verbaute Trafo ist nur ein Steuertrafo.
Sapperlot W. schrieb: > Was vergessen ging waren die Synchronwandler. dort wird auf der > sekundaeren Seite aktive gleichgerichtet, dh man kann die > Diodenverluste, welche speziell bei niedrigen Ausgangsspannungen > zuschlagen, reduzieren. Und beim synchronen Trafo Vollbrueckenwandler > kann man die Leistung auch von Sekundaer nach Primaer zurueckfliessen > lassen. Da schlägt die Nomenklatur (und eventuelles "überlesen haben") ein bißchen zu... Possetitjel erwähnte ja schon einen Teil der Problematik der Bennennung(en), so meine ich das grade. > Was vergessen ging waren die Synchronwandler. "Mein" Buck-Boost (*) ist ein synchroner Auf-Ab, gefolgt von Ab-Auf. (Diese Synchron-Wandler sind ja in jede Richtung zu betreiben.) Ich meinte damit zwei Halbbrücken mit einer Drossel dazwischen. (Und freilich außerhalb jeweils Puffer-ELKOs, und beides mit identischem GND-Potential... vergessen, doch besser zu erwähnen, das.) Egal, an welcher Seite nun die Betriebsspannung "anliegen soll", ergibt sich immer zuerst ein synchroner Ab- und dann (die selbe Drossel verwendend) ein synchroner Aufwärtswandler. Deshalb "Buck-Boost". Die "dazu duale" Topologie ist natürlich der Boost-Buck (*), bei welchem die gleichen Grundschaltungen diesmal gespiegelt sind. Sie teilen mittig einen Puffer-ELKO, besitzen halt dafür außen je eine eigene Drossel. Und - was aber zumindest hier wegen des "geteilten ELKOs" klar sein sollte - dazu sind die Drains der High Side und die Sources der Low Side auch direkt verbunden. Sapperlot W. schrieb: > beim synchronen Trafo Vollbrueckenwandler Da behaupten die Amis wiederum, das nenne sich kurz "DAB Converter". (Resultierend aus D-ual A-ctive B-ridge.) > kann man die Leistung auch von Sekundaer nach Primaer zurueckfliessen > lassen. Vor kurzem fand ich ein Paper über den direkten Vergleich zweier speziell dafür angefertigter Prototypen. "Welche kann hin und zurück besser?" Kandidaten waren einmal DAB (ZVS/ZCS durch Triple-Phase-Shift Modulation), und einmal LLC-DAB (reine Freuenzmodulation). Es zeigte sich, daß der LLC im "Vorwärts" Betrieb (Tank "richtig herum") leicht überlegen war - "Rückwärts" aber nagte das fehlende ZVS und die nun vorhandene hohe Serieninduktivität auf der (nun) Sekundärseite schon sehr an des LLCs Bilanz... also, will sagen: Für den hocheffizienten 4Q Betrieb ist definitiv "diese DAB" gut. P.S. Ha - gefunden, aber nur auf IEEE (damals woanders?): http://ieeexplore.ieee.org/document/6520565/
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