Mehrere Fragen zu Sekundär-Abwärtsregler

28/11/2007 - 19:41 von Christoph Matuschek | Report spam
Hallo und Vorsicht wg. làngerem Text!

Ich möchte gerne in die Theorie/Praxis der Schaltnetzteile einsteigen und
mir nach und nach ein Schaltnetzteil mit folgenden Daten bauen:

U: 0V bis ca. 20-24V
I: 0 bis 20A
Restwelligkeit (I): etwa 100 mA
Sowohl Spannung als auch Strom sollen einstellbar sein.

Die Regelgüte ist mir ziemlich egal (auf Deutsch: sie kann besch...eiden
sein), da die Lastànderungen nur àußerst langsam geschehen (im Bereich von
0,1A/s bzw. 0,1V/s und weniger), außerdem wird die Belastung praktisch rein
ohmsch sein.

Soviel zum Vorhaben :-)

Auf jeden Fall wird es ein Sekundàrregler und ich habe da auch bereits mit
folgender erster Grundschaltung eines Buck-Reglers angefangen (ich hoffe,
dass die Schaltung auch ohne Schaltplan halbwegs klar ist - wenn sie zu
unklar ist, kann ich sie auch nochmal aufzeichnen):

Ein IRF4905 (P-MOSFET) zerhackt die Eingangsspannung von 24V (Gleichstrom
aus Labornetzteil) mit Hilfe der Gate-Ansteuerschaltung aus der dse-faq
(F.22.1) mit BC327/337 (ohne den BC547), Freilaufdiode ist eine BYV27-200.
Die Spule ist ein bewickelter Ringkern aus der Sekundàrseite eines
geschlachteten PC-Netzteils mit etwa 20 Windungen 1mm-CuL. Einen
Glàttungskondensator gibt es (noch) nicht, um die Spulenspannung besser
beobachten zu können - als Last fungiert ein dicker 12-Ohm-Widerstand.
Angesteuert wird der Gatetreiber über einen TL494, der bei 100kHz arbeitet
und den ich mit einer ànderbaren Gleichspannung an Pin 3 (Feedback-Eingang)
die Rechteckspannung mit ànderbarem Tastverhàltnis erzeugen lasse. Die
Fehlerverstàrker sind noch unbeschaltet, es gibt also im Moment noch keine
Regelung.

Der "erste" Wandler funktioniert (trotz Steckbrettaufbau) schon erstaunlich
gut und ich kann den Strom von 0 bis 900mA einstellen. Die Spannungen an
den verschiedenen Punkten sehen auch fast aus wie aus dem Lehrbuch - die
Überschwinger aufgrund des fliegenden Aufbaus rechne ich mal nicht :-)
Nun habe ich aber einige Anfàngerfragen, die mir wàhrend des Aufbaus
gekommen sind:

1.) Der TL494 hat ja eine Zwangstotzeit, die mich nicht die volle
Eingangsspannung als Ausgangsspannung erreichen làsst. Welche àhnlich
preiswerten PWM-Regler gibt es denn *ohne* Totzeit? Wofür ist diese
Zwangstotzeit eigentlich gut?

2.) Am Oszi sieht man bei 100kHz am Oszillatorausgang, dass der TL494 schon
ziemlich an seine Grenze gelangt: das Abfallen des Sàgezahns ist schon
deutlich sichtbar. Oder kann das bereits an der (leider recht niedrigen)
Bandbreite von 20MHz meines HM203-6 liegen?

3.) Die Flanken der Gatespannung sind zwar schon ganz gut, aber im Hinblick
auf die spàter einmal zu erwartenden Ströme mir noch zu flach (etwa 150ns).
Würde ein Umstieg auf BC638/639 eine wesentliche Verbesserung bringen oder
sollte ich direkt auf einen speziellen MOSFET-Treiber (tut es da auch der
ICL7667 oder ist der schon zu "alt"?) umsteigen?
Oder schlàgt auch hier mein HM203-6 zu und dessen Bandbreite verschmiert mir
die Flanken?

4.) Drossel - ist ja ein beliebtes Thema :-)
Die Sàttigungsproblematik ist mir klar und ich habe im Moment wohl einen
Eisenpulverkern, aber wie sieht es spàter bei vollem Ausbau (20A) aus? Wàre
da ein Ferrittoroid nicht besser aufgrund der geringeren Wicklungszahl?
Denn die zu verwendende Litze dürfte dann schon einen recht großen
Querschnitt haben. Wo bekommt man eigentlich solche dicke Litze her?

5.) Eingangsspannung
Wenn ich alles richtig verstanden habe, sollte doch eine möglichst hohe
Eingangsspannung sich günstig auf den Wirkungsgrad auswirken, da der
Transistorstrom entsprechend klein wird und auch der Gleichrichter nicht so
viel "Arbeit" hat. Gleichzeitig wird die Spule ja auch noch
schneller "geladen". Welche Nachteile (außer der Spannungsfestigkeit der
Komponenten) habe ich übersehen?

6.) Lückender Spulenstrom
Überall liest man, dass lückender Strom ganz, ganz böse ist (-> zu hoher
Transistorstrom). Bei ganz kleinen Ausgangsspannungen komme ich doch aber
um einen lückenden Betrieb gar nicht drum herum, oder? Da sehe ich keinen
Unterschied zur normalen Graetzbrücke mit Kondensator: geladen wird über
die Spule nur kurz, die restliche Zeit liefert der Kondensator.

7.) Fehlerverstàrker
Die Ausgangsspannung wird üblicherweise ja über einen einstellbaren
Widerstand auf den internen OP des TL494 geführt. Ich vermute mal, dass die
zusàtzliche Beschaltung mit C und R dazu dient, die PWM-Frequenz
auszufiltern und möglichst nur Gleichspannung zum nàchsten Komparator zu
liefern - also im Prinzip ein aktiver Tiefpass. Kann man das so
stehenlassen?

So, das war es für's Erste.

Ich hoffe, dass mir der eine oder andere etwas helfen kann - ich bin auf dem
Gebiet leider noch ziemlicher Anfànger.

Vielen Dank auf jeden Fall schon einmal für's Durchhalten bis hierhin :-)

Einen schönen Abend,
Christoph
 

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#1 Christoph Matuschek
28/11/2007 - 19:50 | Warnen spam
Hallo nochmal,

Der "erste" Wandler funktioniert (trotz Steckbrettaufbau) schon
erstaunlich gut und ich kann den Strom von 0 bis 900mA einstellen.



Ich habe vom 24V-Labornetzteil geschrieben. Die 900mA erhalte ich natürlich
bei nur 12V Eingangssapnnung des Wandlers bei den beschriebenen 12 Ohm
Last. Die letzten 100mA klaut mir die Totzeit des TL494.

Das nur als kleine Korrektur.

Christoph

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