ZCS-Gegentakt-Resonanzwandler - Frequenz der Transistoren, LC-Kreis und Resonanzfrequenz

[Halb-Brücke (Gast)]

Hi Leute,

ich versuche mich gerade erstmalig an einem ZCS Halbbrücken 
Resonanzregler (@24Vin), ungefähr so, wie er hier 
(http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/snt/snt_deu/sntdeu4b.pdf) 
beschrieben wird. Ich möchte damit einfach mal etwas spielen und lernen 
- hat also aktuell keinen realen Anwendungsfall.

Ich habe da aber ein kleines Verständnissproblem...
Unter der Formel für die Resonanzfrequent (Seite 2) steht der Satz, bei 
deren Deutung ich mich schwer tue: ..."Hieraus ergibt sich die 
notwendige Leitendzeit der Transistoren. Sie muß etwas größer als die 
halbe Periodendauer sein. "...

Heißt das, die PWM-Frequenz meiner Halbbrücke muss doppelt so hoch sein, 
wie die Resonanzfrequenz des L-C Kreises?

Meine Halbbrücke soll aktuell mit ca. 250kHz (+/-10% Einstellbereich 
(reicht das?)) und einem Duty nahe 50% (abzüglich Deadtime + Angstpause) 
ausgelegt sein.
Soll jetzt mein Resonanzkreis auf enorme 500kHz, genau den 250kHz oder 
nur 125kHz ausgelegt werden?

Und wie legt man sie am besten aus? Induktivität so groß wie möglich 
wählen und dazu einen relativ kleinen C oder genau umgekehrt?

[Halb-Brücke (Gast)]

Oh ich sehe gerade, die Frage nach der Größe des L und C Anteils wird im 
Dokument selbest noch beantwortet. Laut Dokument C so groß wie möglich 
um viel Energie zu übertragen.
Zitat: "Die je Halbschwingung übertragene Energie hängt von der Wahl von 
C und L ab. Je größer C und je kleiner L für eine gewählte 
Resonanzfrequenz ist, desto größer wird die Energie, die je 
Halbschwingung übertragen wird"

Bleibt nur noch die Deutung der LC-Resonanzauslegung :)

[U.G. L. (dlchnr)]

Ich kann die in den verlinkten Dokument und vielfach im Internet 
wiedergegebenen Verläufe für Strom und Spannung nicht nachvollziehen -
die Simulation mit Ti Tina offenbar auch nicht!?

Wenn man sich die Dioden D1 und D2 erst mal wegdenkt, steigt beim 
Einschalten von T1 der Strom durch L erst mal sinusförmig an. Wenn Uc 
den Wert der Betriebspannung erreicht hat, hat auch der Strom durch L 
seinen höchsten Wert erreicht. Er fließt nun weiter und lädt den 
Kondensator weiter auf, und geht dabei sinusfärmig zurück bis auf Null, 
so dass man tatsächlich T1 abschalten könnte, wenn kein Strom mehr 
fließt.

Wenn aber die Dioden vorhanden sind, läuft das nicht mehr so ab - wenn 
der Strom seinen höchsten Wert erreicht hat, kann er den Kondensator 
nicht mehr weiter aufladen, da der Strom über D1 "abhaut", zurück in die 
Versorgung - es bildet sich ein Kreisstrom über D1, T1 und L, der nur 
langsam abnimmt (slow decay). Wird T1 abgeschaltet fließt der Strom, nun 
schnell abnehmend (fast decay) über die Bodydiode von T2 durch L und D1 
zur Versorgung.

Ohne die Dioden erhalte ich zwar zunächst eine sinusförmige Halbwelle 
für den Strom, doch der Strom bleibt dann nicht bei Null, selbst wenn T1 
nun abgeschaltet wird - das Spannungsgefälle zwischen 
Versorgungsspannung und dem über die Versorgungsspannung geladenene 
Kondensator erzeugt nun einen Strom durch die Spule und die Bodydiode 
von T1 zurück in die Versorgung, erreicht einen Höchstwert, wenn der 
Kondensator auf die Versorgungsspannung entladen ist, geht weiter zurück 
bis auf Null, während sich der Kondensator weiter entlädt. Erst dann 
wird durch den geschlossenen T1 die gedämpfte Schwingung unterbrochen.

Wo ist das der Denkfehler, weshalb rechnet Ti Tina falsch?

[DCDC (Gast)]

Hallo,

ein paar Anmerkungen:
1) wenn Du die Ergebnisse wie im verlinkten Artikel nachbilden willst, 
dann erhöhe den Lastwiderstand mal auf >200 Ohm. Vermutlich gelten die 
dargestellten Verläufe nur unter speziellen Lastbedingungen.
2) Ich weiß nicht welchen Einfluss deine Bauelementmodelle auf die 
Simulation haben, aber in der Realität wären 200V Dioden und 
Transistoren bei 230V Zwischenkreisspannung problematisch. Wenn 
Verständnis von leistungselektronischen Schaltungen auf Systemebene 
gesucht ist, dann würde ich zuerst mit idealen Schaltern und Dioden 
arbeiten, bei denen die Parameter einstellbar und gut bekannt sind.
3) Aus meiner Erfahrung heraus rechnen Simulationsprogramme äußerst 
selten wirklich falsch (Ausnahme eine Schrittweite ist zu groß gewählt). 
Wenn andere Ergebnisse als erwartet herauskommen ist es meiner Erfahrung 
nach: a) ein unzureichendes bzw. ungenaues Modell oder b) eine falsche 
Erwartungshaltung (a.k.a. Denkfehler).

Gruß DC/DC

[U.G. L. (dlchnr)]

Da ich in der Ti Tina Library keine ideale Diode finden konnte, passe 
ich die Parameter einer vorhandenen Diode immer meinen Zwecken an. 
Deshalb haben D1 und D2 in meiner kompletten Schaltung auch ein 
Druchbruchsspannung von 1000V. Bei dieser Teilschaltung hatte ich 
vergessen, diesen Parameter hochzusetzen. Wenn ich das mache, ändert 
sich an den prizipiellen Verläufen der Ströme und Spannungen nichts, 
nehmen aber höhere Werte an (erstes Bild).

Mit der Simulation wollte ich nicht die Schaltung des Artikels 
nachvollziehen (ich habe ihn er durch diesen Thread gesehen), sondern 
einen LLC-Converter für meine Umgebung eruieren, und dort ist die Last 
eben 25 Ohm. Der Hinweis war dennoch interessant, denn eine Simulation 
mit 200 Ohm brachte für mich überraschende Ergebnisse.

Zunächst, wenn noch der Kondensator C2 zu laden ist, sehen die Verläufe 
wie gehabt aus, wenn der aber geladen ist und die Last sinkt, erhalte 
ich endlich die gezeigten Verläufe.

Ich habe bei meinen Überlegungen nicht die Rückwirkung der sekundären 
Verhältnisse auf die Primärseite des Trafos mit einbezogen - werde mir 
deshalb mal die Spannungen an der Primärseite des Trafos anschauen, ich 
denke, dann wird einiges klarer.

Thx