Abwärtswandler 60V-15V

[andreas]

Hallo,

ein paar Meßwerte aus der Schaltung:

Code: Alles auswählen

Ub         Ua        Uv        T7b       T8b      T2c       T3c       T4c       T5c       T6c       T1g       T1d
5,0        0,0       4,6       4,6       0,0      2,3       0,0       4,6       4,4       5,0       5,0       0,0
6,0        0,0       5,3       5,3       0,0      2,8       0,0       5,3       4,7       0,0       3,6       0,0
7,0        1,7       6,1       6,1       1,7      2,9       0,0       6,0       5,0       0,0       4,2       1,7
8,0        7,3       7,3       7,3       7,3      2,7       0,0       7,3       7,0       0,5       5,0       7,3
9,0        8,4       8,3       8,3       8,3      2,7       1,0       8,2       8,0       1,6       6,0       8,3
10,0       9,2       9,0       9,0       9,0      2,7       1,5       8,8       8,7       2,5       6,9       9,2
11,0      10,0       9,8       9,8       9,8      2,7       1,6       9,2       9,5       3,4       7,9      10,0
12,0      11,0      10,6      10,6      10,6      2,6       1,7       9,6      10,3       8,4      11,2      10,9
13,0      12,3      11,6      11,7      11,7      2,3       1,7      10,0      11,3      12,6      12,9      12,2
14,0      13,3      12,3      12,4      12,4      2,2       1,7      10,5      12,0      13,6      13,8      13,2
15,0      14,3      13,1      13,3      13,3      2,2       1,6      11,0      12,7      14,3      14,7      14,3
16,0      16,0      10,5      12,3      12,3      2,1      -0,1      11,5      13,3      14,8      15,2      15,5
17,0      17,0      10,9      13,0      13,0      1,5      -0,1       7,8       4,1       0,0      10,1      17,0
18,0      18,0      11,5      13,7      13,7      0,8      -0,2       3,7       4,0       0,0      10,7      18,0


Im Bereich von 12 bis 16 V tritt eine Schwingung auf, darüber reißt sie ab. Es handelt sich dabei um Schwingungspakete, wobei die Einzelschwingung ca. 30 us lang ist. Auffällig ist mir, daß die Spannung Uv (Versorgung hinter den 4,7 kOhm) zu stark absinkt. Möglicherweise ist dieser Vorwiderstand zu groß gewählt.

Testweise habe ich die beiden Koppelkondensatoren zwischen T4 und T5 auf knapp 1 nF hoch gesetzt. Damit tritt die Schwingung schon ab ca. 8 V Ub auf, aber durchgängig, keine Pakete mehr. Schon vorher, bei etwa 6 V, fällt T6c auf Null, der Fet ist ständig durchgesteuert und bleibt dies auch bis 18 Ub hoch.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo,

noch einige Erkenntnisse. Offenbar wird der Treibertransistor T6 übersteuert und schaltet damit den Fet immer durch, sobald die Speisung hoch genug ist. Den Emitterwiderstand von T5 habe ich nun auf 1 kOhm verkleinert, damit reicht der Treiber die Impulse auch oberhalb von 16 V Ub zum Fet durch. Dadurch schwingt die Schaltung aber etwas später an.

Die Ausgangsspannung wird dennoch nicht geregelt. Schwingt die Schaltung erst einmal, kann man die Betriebsspannung etwas zurück nehmen und erkennt dann auch wieder die Schwingungspakete. Leider verhält sich ihre Länge proportional zur Speisespannung; es sollte eher anders herum sein.

MfG. Andreas

[andreas]

Hallo,

mit Verkleinern des Vorwiderstandes von 4,7 kOhm auf 2,2 kOhm beginnt die Schaltung halbwegs zu regeln. Ab 8 V Ue wird der Ausgang versorgt, ab 11 V startet die Schwingung, noch recht sporadisch, dann bald stabil. An T6c sind Impulse mit etwa 20 us zu sehen. Bis 17,5 V Ue hoch wird der Ausgang mit hochgezogen, danach setzt die Regelung ein. Bei ca. 19 V Ue steht der Ausgang dann auf den gewünschten 15 V und bleibt da auch, wenn die Eingangsspannung weiter ansteigt.

Zum Test war nur 1 kOhm als Last dran, damit sind die obigen Werte entstanden, wobei das Netzteil an Ue einen mittleren Strom von 20 mA anzeigt. Mit Kühlkörper am Fet und 33 Ohm Last sieht es spannungsmäßig nicht anders aus. Der Drahtwiderstand wird wie erwartet heiß, der Fet bekommt einen warmen Kühlkörper.

MfG. Andreas

[Daniel_K]

Hallo MyCo!
Entschuldige bitte, daß ich dich nicht verstanden habe

Euer ganzes herumgeeier hätte ihr euch doch sparen können, wenn ihr nur mal die Augen auf machen würdet...

Was habe ich/wir übersehen? Hast du einen Vorschlag, wie ich die Schaltung verändern soll?
MfG Daniel

[MyCo]

habt ihr mal überprüft, ob ihr den Mosfet richtig herum eingebaut habt? Bei Daniels Messungen (I_in = I_out) sieht es jedenfalls so aus, als wäre er falschherum. Bei deinen Messungen bin ich mir nicht so sicher, aber der Lastwiderstand ist zu groß... in der Simulation wird bei so einer kleinen Last erst sehr spät geregelt.

Das Simulieren hättest du dir sparen können, weil ich kurz vorher den LTSpice-Schaltplan gepostet habe, mit einer Erklärung zu den Randbedingungen...

[Daniel_K]

Hallo Andreas!
Ich habe mal einige deiner Meßwerte aus der obigen Tabelle mit meinen Werten verglichen - und soweit bestätigen. Nur das bei mir bei 18V T2_C auf -0,1V fällt (bei dir da noch +0,8V). Dabei habe ich aber was herausgefunden.
Bei U_Eein 19V (oder größer) ist alles wie gehabt, U_aus steigt weiter parallel zu U_ein, - bis ich mit dem Meßgerät T7_B messen will. Die Berührung der Meßspitze verändert das Statische Verhalten von T7 - T8, die Spule beginnt zu summen, U_aus fällt auf knapp 15V. T3_C springt auf 8V, steigt mit zunehmender U_ein schnell auf 13V. T2_C springt auf 2,5V, um mit zunehmender U_ein langsam bis auf 0,5V zu fallen.
Sinkt U_ein dann wieder unter 18V, verstummt die Spule, und U_aus springt auf knapp 18V (bzw. = U_ein) - alles wieder statisch wie zuvor.
Morgen wil ich dann mal wie empfohlen die C und R wechseln.
Tschüß, Daniel

[Daniel_K]

Hallo MyCo!
Den Mosfet hab ich mehrfach überprüft, auch die Transistoren, da ich auch so was im Verdacht hatte.
LtSpice hab ich zwar auch installiert und mir deine Schaltung angeschaut, aber noch nie mit dem Programm gearbeitet, da muß ich mich erstmal einarbeiten.
MfG Daniel

[andreas]

Hallo Daniel,

die Cs lass mal besser, wie sie sind. Verringere ggf. den Emitterwiderstand von T5 (das war hier absolut notwendig, sonst übersteuerte T6) und ziehe die Speisespannung durch einen kleineren R vor Z33 etwas höher.

Das Überschwingen der Ausgangsspannung tritt hier ebenso auf, allerdings muß ich keine Messspitze ranhalten, um die Schaltung anzuregen. Wie es aussieht, kommt T2/T3 zu spät in Gange. Zu diesem Zeitpunkt der Ausgangsspannungsüberhöhung sind beide gesperrt, es findet noch keine Regelung statt.

Bei Bedarf poste ich die Messwerte der veränderten Schaltung.

@Myco: Du darfst davon ausgehen, dass jemand, der eine solche Schaltung lesen und aufbauen kann, auch die vier verschiedenen Transistorsockel korrekt belegen wird. Die Last spielte hier kaum eine Rolle, sie veränderte das Regelverhalten der Schaltung praktisch nicht.

MfG. Andreas

[MyCo]

Ich habe mal versucht einen Abwärtswandler mit diskreten Bauteilen zu bauen. Das Ergebnis ist recht simpel:

Buck_diskret1.gif (3.53 KiB) 8445-mal betrachtet

Keine Ahnung ob das so auch real funktioniert, bis auf den Overshoot am Start ist das ganze allerdings vielversprechend. Mit den Bauteilen die LTSpice hergibt kommt man schon auf eine Effizienz von 92%

[sombrero]

Hallo an alle Helfer,
Die Schaltung arbeitet bisher leider noch nicht vernünftig. Das haben wir alle schon festgestellt. Die Meßreihe von Andreas sagt aber eine ganze Menge.
Aufgenommen hast Du sie mit 1k Last, 1k an E_T5 u.2.2k statt 4.7k als Vorwiderstand.
Dazu noch 1nF statt 100pF an C_T4 u.C_T5. Und jetzt läuft sie von 7V-17V einigermaßen.
Wenn als Last der 1k Widerstand dran ist fängt die Schaltung ab ca 7V an zu schwingen, das ist schon mal gut. Bei den großen Widerständen und mehreren Flußspannungen kann sie kaum früher anfangen. Und ab 17V macht sie es dann nicht mehr.
Mit Akku 12V als Last täte sie das erst ab vielleicht 14V muß so sein u. dann bis 17V. Sie muß es bis 60V tun.
Aber ab 17V ist Uein = UT1D = Uaus. Alle drei sind dann 17V. Aber UT1D müßte eigentlich unterschiedlich zu Uaus sein ( 0.5V zumindest weniger D3 u. Widerstand der Spule).
C_T6 ist dann 0V also T1 leitet dummerweise vollständig und dauernd.
Eine negative Spannung ist dann zugleich an C_T3. Wo kommt die her? Diese negative Spannung sagt das die C_s jetzt 1nF sich nicht ganz entladen, weil die 22k an B_T4, u. B_T5 dies nicht zulassen.
Denn bei 1nF sind diese 22k nun zu groß.

Damit die C_s sich ganz entladen können sollten:
1. Diese 22k verkleinert werden auf 10k, oder aber parallel zu den C_s jeweils 10k. Der Frequenz bestimmende Teil wäre, wenn man letzteres tut, mehr die Zeitkonstante aus L / R am Ausgang.
Die Frequenz hängt dann nämlich hauptsächlich von dem auf u. ab an T7, T8 ab. Uein > = < Uaus. Und nicht so sehr
von den C_s an T4,T5. Dadurch hätte das paketartige u. bruchhafte Schwingen wahrscheinlich ein Ende.
2. Den R an E_T5 vorher 22k, jetzt 1k würde ich vielleicht auf 3.9k bringen.
3.Den Widerstand 33k an B_T8 auch kleiner machen,ebenfalls 3.9k.
mfG Peter Sombrero