Abwärtswandler 60V-15V

[sombrero]

Hallo Daniel,
Der E-30 Ferritkern ist leider ungeeignet, aus platztechnischen Gründen gelingt es nicht ihn mit 1mm Draht und 40Wdg zu bewickeln, denn 10A sollen da durch u. 3mH sollte L sein.
Es muß ein Ferritkern E-42 oder E-55 her.
Zu dem letzten letzten Problem, das ja bei Laständerung der Spulenstrom nicht schnell genug ansteigen oder absinken kann und daß dadurch der nötige Regelvorgang immer
zu spät wirksam ist. Ursache die Zeitkonstante der Induktivität t = L/R.
Das ist der kleine Denkfehler. Denn der Spulenstrom ist immer schon da auf Grund des aktuellen Lastzustands (auch Leerlauf ist ein Lastzustand).
Reden wir jetzt mal nur von einer plötzlichen Erhöhung der Belastung. Also Stromzunahme. Diese Zunahme wird von dem Elko u. der Induktivität übernommen. Ohne Verzögerung. Daß der Elko das kann, siehst Du sofort, denn er ist geladen mit Spannung die Induktivität ist geladen mit Strom. Der Strom wird jetzt auch abgegeben in die Last oder zu Teilen in den Elko.
Also kann die Induktivität das genauso wie der Elko. Beide zusammen noch besser. Und D4 hilft auch noch mit wenn T1 gerade sperrt. In der Induktivität fließt nun mehr Strom.
Bei ausreichendem L ist das ein nur wenig pulsierender Gleichstrom. Aber der darf auf keinen Fall das Ferrit in die magn. Sättigung bringen. Stromzunahme bringt dann keine Magnetzunahme mehr.
Spule würde allmählich zu einer Luftspule.
Jetzt nimmt die Ausgangsspannung etwas ab u. Tastverhältnis wird nachgeregelt bis Ausgangsspannung wieder vorherigen Wert hat. Nun fließt ein höherer Gleichstrom durch L als zuvor.

Noch eine Messung zu dem Punkt Eingangsstrom Iein immer nahezu gleich Ausgangsstrom Iaus. Eine Messung mit einer Autolampe 12V, 21W. Das sind 1.75A u.6.9 Ohm als Last.
Bei höherer Belastung ist jetzt nicht mehr Iein = Iaus.
.....Uein(V).....Iein(A).....Uaus(V).....Iaus(A).....eta% = 100% * Paus / Pein
......25.1........1.2..........12..........1.75........69.7%

Gemessen mit E-30 40Wdg 0.5mm Draht und mit Luftspalt (eine Isolierbanddicke).
mfG Peter Sombrero

[MyCo]

Ich habe jetzt meinen Wandler mal aufgebaut und ein wenig getestet, er funktioniert soweit ganz gut. Ich muss mir das noch genauer anschauen, und mir etwas basteln was ich als Last anhängen kann. Meine Widerstände vertragen die Leistung nicht, und wenn ich 12V Lampen anhänge begrenzt mein Netzteil die Spannung bevor der Wandler anfängt zu arbeiten.

[MyCo]

Also der Wandler geht, hier ist der Schaltplan mit den realen Bauteilen, die ich verwendet habe:

Buck_diskret8_schaltung.jpg (58.86 KiB) 10238-mal betrachtet

Alle TO-220 Bauteile hab ich auf einen Kühlkörper montiert, der wie auch die Spule aus einem PC-Netzteil stammen. Die Spule die ich ursprünglich verwenden wollte, will mir Reichelt erst im Juni nachliefern

Das ganze habe ich momentan auf Lochraster aufgebaut, hier ist das Layout für das Lochraster:

Buck_diskret8_layout.jpg (145.37 KiB) 10238-mal betrachtet

So schaut das ganze jetzt aus:

buck_diskret8_foto.jpg (120.32 KiB) 10238-mal betrachtet

Das ist die Hilfsschaltung, die ich gebraucht habe, damit ich den Wandler vernünftig testen kann:

dummy_load.jpg (144.36 KiB) 10238-mal betrachtet

Und hier ist das ganze am operieren:

buck_diskret8_setup.jpg (156.97 KiB) 10238-mal betrachtet

Der Wandler beginnt direkt ab etwa 15,7V Eingangsspannung zu wandeln, er hält am Ausgang nahezu konstant 15,7V, er schwankt dabei nur sehr gering, mit mehr/größeren Kondensatoren könnte man das loswerden, muss man aber nicht. Die Taktfrequenz ist recht hoch, aber noch im hörbaren Bereich.

[Wolle]

Hey,

@: MyCo:

Man müsste die Ausgangsspanngun noch einstellbar machen, dann wäre die Schaltung für viele noch interessanter...

Hier hab ich mal in der Bucht gefunden:

http://cgi.ebay.de/8A-16-40V-DC-DC-Conv ... 33657ab2eb

Hat zwar nicht ganz den Eingangsspannungsbereich aber die Schaltung ist schon fix und fertig aufgebaut, hoher Wirkungsgrad und kostet nicht die Welt....

Vllt kann man sich da eventuell noch was abschauen.

Grüße Wolle

[MyCo]

@Wolle, bei dem Projekt ging es darum, einen Wandler mit diskreten Bauteilen zu bauen, also so primitiv wie möglich. Die Effizienz liegt da schon bei 87%. Die Ausgangsspannung ist übrigens einstellbar, in dem man die Z-Diode D4 gegen eine mit anderen Wert austauscht.

Wenn man nicht gerade den diskreten Weg gehen will, kann man mit einem Wandler-IC schnell zu einem besseren Ergebnis kommen. Ich verwende momentan den LTC1624, der kostet zwar fast 5 Euro, dafür ist die Beschaltung sehr simpel, und man kann verschiedene Schaltwandler-Typen damit bauen.

zu dem ebay-Artikel:
Seh ich das richtig, die haben die Diode durch einen Synchrongleichrichter ersetzt ?

[jb79]

Eventuell könntest du den Wirkungsgrad noch etwas steigern, wenn du die Spule nach links schiebst und die Ausgangskondensatoren nach rechts bzw. wenn du die Leitungen, wo der Laststrom fließt so kurz wie möglichst gestaltest.
Dort fließen nämlich hohe Spitzenströme, die an den Leitungen einiges an Leistung verheizen können. Theoretisch müßte sich dadurch auch die Welligkeit der Ausgangsspannung weiter senken lassen.
Als Ausgangskondensatoren wären kleinere Typen (niedrigere Spannung) wohl auch besser geeignet => leichter zu bekommen, günstiger evtl. noch mehr Kapazität => stabilere Ausgangsspannung und weniger Verluste durch den ESR => weitere Verbessung des Wirkungsgrades

[MyCo]

Über das Layout habe ich mir nicht viel Gedanken gemacht, außer: Wie komme ich möglichst einseitig klar, und alle TO-220 Bauteile auf den Kühlkörper. Die Leiterbahnen sind auf der Unterseite alle recht dick (Lötzinn über die Lötaugen gezogen), der Wiederstand der Leitungen sollt recht klein sein, wird aber evtl. ein paar übersprechungen geben, weil sie teilweise recht nah an einander liegen. Damit muss man halt bei Lochraster leben.
Die Kondensatoren habe ich im Schaltplan mit den Spannungen angegeben. Verwendet habe ich einfach welche, die ich da habe (habe ich mal dutzendweise gekauft, weil ich die für alle meine Wandler einsetze). Wichtig ist, dass die Kondensatoren am Ein- und Ausgang einen sehr hohen Ripple-Current vertragen, also da sollte man etwas investieren, sonst erwärmen sich die Kondensatoren und verlieren auf Dauer ihre Kapzität.

[andreas]

Hallo,

für einen Schaltwandler ist die Gestaltung der Laststrecken extrem wichtig. Was man dort versäumt, ist durch keine andere Schaltungsmaßnahme wettzumachen. Dort fließen Impulsströme von doppelter Größe der Maxima an Ein- oder Ausgangsströmen, je nach Wandlungsrichtung. Von daher gehören alle betroffenen Bauteile sehr dicht zusammen. Ein- und Ausgangsklemmen samt Elkos sind ein Stück, dicht daneben der Schalter, die Spule und der Gleichrichter. Leitungslängen unter einem cm sind anzustreben und dick auszuführen, bei Lochraster wenigstens in vierfach Schaltdraht parallel.

MfG. Andreas

[sombrero]

Hallo ...
Zu dem Regler (60V, 15V) habe ich noch zwei Änderungen. Es betrifft meine Zeichnung v.22.03.2011.

1. Es geht um die Einstellung der oberen Ladespannung bei Akku 24V bzw. Akku 12V. Diese ist jetzt nicht mehr so schwierig einzustellen. Der Bereich ist eingeengt, sodaß man
24V-30V oder 12V-15V überstreichen kann. Dazwischen liegt die obere Ladespannung wenn Zuleitung und Klemmen zum Akku sich im normalen Zustand befinden. Das ist nach meiner Meinung
besser so.
Wenn ein 12V Akku zu laden ist, wird die eine Zenerdiode Z15 gebrückt.

2. Die Ansteuerung des Mos Fet T1 (IRF 9540).
Ich denke ohne Gegentaktstufe auszukommen. Um die drei Kapazitäten im Mos Fet besser kompensieren zu können ist der Widerstand an Gate T1 u. C 100pF von 1K auf 330 Ohm
reduziert.
Bei 15V beginnt die Schaltung zu schwingen. Dann ist die Spannung Source-Gate 8.2V wenn T6 leitend ist. Der T1 leitet also sicher. Eigentlich muß es nicht der
IRF9540 sein. Vielleicht gibt Bessere?

mfG Peter Sombrero

korrektut für 22.03.2011.jpg (134.06 KiB) 10144-mal betrachtet

[andreas]

Hallo Peter,

an Leistungs-Fets halte ich die Gegentakt-Treiberstufe für notwendig, sonst sind die Schaltverluste zu hoch. Die Auswahl an P-kanaligen Teilen ist allerdings nicht wirklich hoch. Es wäre überlegenswert, die Schaltung umzupolen und den Schalter in die Minus-Leitung zu setzen. Dann käme man mit einem N-kanaligen Fet aus und davon gibts reichlich Typen mit guten Werten auf dem Markt.

MfG. Andreas