Abwärtswandler 60V-15V

[MyCo]

@Daniel:
Habe es praktisch noch nicht ausprobiert, hauptsächlich weil ich keine P-Mos hier habe. Wenn ich das nächste mal eine größere Bestellung bei Reichelt mache, bestelle ich ein paar mit und probier es aus.

Die Zeit nutze ich um ein bißchen dran herumzuverbessern. Ich habe jetzt eine Push-Pull Treiberstufe eingebaut, und die Freilauf-Schaltfrequenz ist jetzt über einen 10k Poti einstellbar (wird nur benötigt wenn der Innenwiderstand der Spannungsquelle größer als der Lastwiderstand ist).

Hier der aktuelle Stand:

Buck_diskret6.gif (5.34 KiB) 7151-mal betrachtet

Die Simulationsdatei ist im Anhang. Q1 ist muss recht groß dimensioniert werden, der verbrennt teilweise über 4 Watt, weil er nahezu gegen Masse schaltet.

[andreas]

Hallo,

auch D3 dürfte kaum mehr als einige Sekunden überleben, prüfe mal deren Leistung ab. Ansonsten halte ich die Fet-Treiberstufe für ungünstig, weil in Emitterschaltung ausgeführt. Die Gegentakt-Kollektorstufe ist deutlich unkritischer. Die angezogenen Transistortypen sind auch nicht eben ideal, weil zu langsam für steile Flanken. Schau mal in Richtung 2N2222 und 2N2907, dann klappt das auch mit dem schnellen Schalten besser. - Was für Video taugt, muß noch längst nicht gut als Schalter sein.

MfG. Andreas

[MyCo]

D3 bekommt sogut wie keine Leistung ab, eben weil die Treiberstufe "falsch herum" ist. Und wie ich schon vorneherein gesagt habe, sind die Transistoren/Mosfets/Zener-Typen nur für die Simulation.

[Daniel_K]

Hallo an alle!
Nur als Info: Bei Meanwell gibt es jetzt die Wandler zu kaufen! Z.b. SD-100C-12 Eingang 36-72V, Ausgang 12V 8,5A 102W. Oder Sd-150C-12 mit Ausgang 12,5A 150W. Auch mit kleineren (19-36V) und größeren (72-144V)Eingangsspannungen. Die oben genannten kosten bei uns hier in Litauen 42€ bzw. 52€ - Will aber trotzdem weiter selber bauen!
MfG Daniel

[sombrero]

Hallo Daniel und alle Interessierte!
Ich muß noch drei Änderungen zu dem Laderegler 0-60V, 15V,10A angeben. Das sind die letzten Änderungen so hoffe ich.
Es ist die Version vom 17.3. Und der Schaltplan mit den Änderungen ist als Anhang dabei.

1. Die C s an T4,T5 werden statt 100pF 1nF.
2. Der Widerstand im Emitter von T7,T8 wird statt 100k 220k.
3. T5,T6 benötigen einen Widerstand 10k von B_T5 nach gnd. Das war nötig, denn es war nicht möglich die Ausgangsspannung auf 0V zustellen. 8V blieben immer stehen.
Der Grund war der Kollektorreststrom von T2. Er hat T5,T6 etwas leitend gemacht. Wie man sieht haben T5,T6 zusammen eine sehr hohe Stromverstärkung. Etwa 100*100=10000. Da reicht so ein bischen Strom schon um T5,T6 aufzusteuern.
Aber es muß möglich sein die Ausgangsspannung von 0V - 33V zu stellen. Darum 10k.
Ich hab die Schaltung mit einem provisorischen Netzteil 50V 0.8A getestet und im Leerlauf sowie mit einer Last von 44 Ohm gefahren.
Da die Last gering ist benötigte T1 nur einen Aufsteckkühlkörper. Ohnehin ist das Netzteil ja auch sehr schwach auf der Brust. Für später muß auch die Doppeldiode D3.D4 und D1,D2 einen
kleinen Kühlkörper bekommen.
Zu den Meßwerten mit 3mH also E-30 Ferritkern mit 40Wdg 0.5mm Durchmesser ohne Luftspalt. Drei Messungen Uaus 10V, 20V, 30V.
.....Uein(V)......Iein(mA).....Uaus(V).....Iaus(mA).....eta% = 100% * Paus / Pein
......47.2.........235.7.........10.4........236...........22.06%
......45.1.........455.5.........20.1........457...........44.7%
......42.1.........738.8.........31.6........691...........70.2%

Zu den Messungen mit 0.7mH also E-30 Ferritkern mit 20Wdg 1mm Durchmesser ohne Luftspalt. Drei Messungen 10V, 20V, 30V.
......47.4.........238.5.........10.5.......238.6.........22.16%
......45.1.........462.5.........20.2.......459...........47.45%
......42.7.........693.6.........30.3.......689...........70.48%

Der Wirkungsgrad kann bei kleiner Leistung noch nicht gut sein. Wenn man einen größeren Ferrit E- Kern verwendet z.B. E-42. Den dann mit 1.2mm Draht bewickelt so wird man sehr
gute Ergebnisse bekommen. Die Induktivität kann einen Luftspalt vertragen, z.B. einen mit der Dicke von Isolierband. Der Ausgangs Elko 1000uF kann viel kleiner sein. 100uF
reichen vollkommen.
Die Stabilität der Ausgangsspannung ist sehr gut.
mfG Peter Sombrero

0-60V 15V 10A 220k 1nF, 10k.jpg

[Daniel_K]

Hallo an alle!
Erstmal danke für all eure Entwicklungsarbeiten! - Aber heute muß ich mal 2 Fragen stellen, die ich als Laie noch nicht begreife. Und entschuldigt bitte, falls ich mich nicht fachlich korrekt ausdrücke.
# Peter: Danke für die letzte Schaltung und die Messungen.
Dazu die 1.Frage: Ganz am Anfang hast du mal geschrieben:

Das Tastverhältnis T stellt sich natürlich selbstständig ein, wie immer bei Schaltnetzteilen. Im Falle einer Rohgleichspannung von 60V und am Ausgang 15V sieht es so aus. Wirkungsgrad mal weggelassen. Es ist wie mit einem Transformator für Gleichspannung.
Tastverhältnis Tein / Taus--- 15V / 60V,---1 / 4, der Strom folglich 4 / 1, Innenwiderstand 16 / 1, Leistung 1 / 1.

Versucht nun mal bitte meinem Gedankengang zu folgen (oder meinen Gedanken-Fehler zu finden): Gemäß Peters Messungen hat die Last 44Ohm, bei U_aus 10V also I_aus 227mA, entspricht 2,27W. - Am Eingang würde also bei U_ein 50V gemäß obiger zitierter Aussage von Peter I_ein 45mA benötigt. Aber I_ein ist genauso groß wie I_aus - 236mA! - Das ist bei allen Meßwerten Peter's gleich. Auch bei mir, bei verschiedenen Lasten, verschiedenen Spannungen. Es erfolgt keine Stromverstärkung, obwohl die Schaltung schwingt! Warum?

Damit zur 2. Frage: Kann es sein, daß wir allesamt einen Denkfehler gemacht haben? Wir haben T8_B am Ausgangs-Elko angeschlossen, ist ja logisch. Ist das aber auch vernünftig? Bei ganz kleinen Lasten wird die Spannung am Elko stabil gehalten, alles ok. Aber was passiert bei einer größeren Last? Jede Last führt zu einem Spannungsabfall ... Wenn also bei U_aus 10V 44Ohm angeschlossen werden, sind die nötigen 227mA nicht sofort da (Strom in Spule verspätet), also bricht die Spannung am Elko ein, damit ist T8_B zu niedrig, und T7 bleibt offen, also bleibt auch der Mosfet offen, bis durch die Spule mindestens 227mA fließen. Erst jetzt kann die Spannung wieder auf 10V steigen, T8 öffnen und den Mosfet sperren, aber viel zu spät.
Nun nemen wir U_aus 15V und einen leeren 12V Akku - (der holt ein kleines Windad oder Solarpanel problemlos auf 12V runter) ... Da werden am Elko nie die 15V erreicht (außer wenn Akku schon voll), damit ist T1 durchgängig offen, I_ein = I_ aus, Wandler nutzlos.
Jetzt habe ich irgendwo mal gelesen, daß die MPPT die Ausgangsspannung immer nur ganz knapp über der Ladespannung der Akkus halten - ist die oben beschriebene Situation der Grund dafür? - Wenn das so ist, dann müßten wir den Anschluß von T8 komplett überdenken.

Ich hoffe, ich habe mich verständlich genug ausgedrückt. Bin gespannt auf eure Meinungen. Und wenn ich falsch liege, dann erklärt mir bitte meinen Denkfehler.
MfG Daniel

[MyCo]

Wenn Eingangsstrom = Ausgangsstrom und Eingangsspannung != Ausgangsspannung, dann arbeitet der Schalter (in dem Fall der Mosfet) nicht.

[Daniel_K]

Hallo MyCo!
Ist schon klar. Aber schau dir Peters Messlisten an - U_ein ist viel größer als U_aus, aber I_ein = I_aus. Außerdem ist das Summen/Tackern der Spule zu hören. Der Mosfet ist ok.
MfG Daniel

[MyCo]

Das Tackern kann durch T8 kommen, heißt nicht, dass der Mosfet schaltet. Bei einem Wandler wird Strom und Spannung gewandelt (das eine rauf und das andere runter, oder umgekehrt), wird nur die Spannung gewandelt, und der Strom bleibt gleich, dann ist's nichts anderes als eine ohmsche Last.

[sombrero]

Hallo Daniel,
Alles richtig und logisch gedacht von Dir. Aber ich kann heute nicht näher darauf eingehen.

1. Warum ist immer der Strom fast gleich? Das Uein * Iein = Uaus * Iaus gilt nur für verlustfreie Wandlung. Ich habe das zum besseren Verständnis geschrieben. Das Iein nahezu gleich Iaus ist
wird sich ändern wenn etwa 12V 7A angeschlossen sind. Dann wird bei 50V Eingang ein kleinerer Strom fließen. Vielleicht 2A.
2. Um sich an die obere Ladespannung anzupassen soll das 100k Poti an T7 benutzt werden (z.B. 13.8V) fest einstellen. Denn mit Zenerdiode
allein bekommt man das nicht hin. Keine Stellmöglichkeit.
3. Der Eigenverbrauch der Schaltung nach dem 2.2k Widerstand. Bei kleiner Belastung 44 Ohm fällt dieser Eigenverbrauch stark ins Gewicht und macht ganz schlechten Wirkungsgrad.
Man sieht ja, mit höherer Belastung (bei meiner Messung höhere Spannung an 44 Ohm) kommt man auf die ganz primitive Tour schon auf 70%.
Was für eine Induktivität verwendest Du? Sie sollte mindestens 3mH betragen und mit 1.2mm Draht bewickelt werden. Der E-30 Kern kommt bei 2A * 20Wdg schon in die magnetische
Sättigung. Der ist nicht für diese Leistung geeignet. Du solltest E-42 oder E-55 benutzen, denn es sollen ja 10A erreicht werden.
4. Die Eingangsspannung muß während der Messung mit Last erfaßt werden, keinesfalls vorher ablesen. Ich nehme an das hast Du so gemacht.

mfG Peter Sombrero