Einfacher Step Up Konverter? (mit Schaltung)

Alle allgemeinen Themen zu Elektronik und Elektro

Alle allgemeinen Themen zu Elektronik und Elektro

Moderator: Moderatorengruppe

Einfacher Step Up Konverter? (mit Schaltung)

Neuer Beitragvon Reaper27374 am Mittwoch 4. April 2007, 13:32

Hi Elektroniker,
ich habe ein paar Fragen zu dieser Schaltung.

Bild

1. Könnte diese Schaltung funktionieren?
2. Wenn ja, könnte mir einer sagen wie man eine vernünftige Speicherdrossel selber bauen kann? Ich habe es schon versucht, aber habe es nicht hinbekommen :-( Die Ausgangsleistung sollte ca. 100W sein, also am Ausgang ca. 5 Ampere.

Zur Speicherdrossel:
Ich habe ein Ferritkern von ca. 5cm Länge und einen Durchmesser von ca. 0,8cm genommen habe eine Schicht von ca. 3mm Papier drum gewickelt (Um die Energie zu speichern). Habe ca. 1mm dicken Kupferlackdraht drum zu gewickelt. ca 30Windungen. Ich habe es auch mit anderen Drähten versucht, wie z.B. 0,2mm oder 0,6mm nichts hat funktioniert. Die Spannung war wohl um die 17 Volt, aber ich konnte sie nicht belasten. Habe es auch schon mit mehreren Windungen versucht, hat aber alles nichts gebracht :-(


Also, ich bevorzuge diese Schaltung, da sie wenig bauteile benötigt und ich sie auf Lager habe. Anderes wie zum Beispiel ein Trafo, wäre ungelegen, da ich viel Gewicht sparen möchte. Ich habe wenig Platz für diese Schaltung und möchte deshalb so wenig Bauteile wie möglich verwenden.

Ich wäre für JEDE Antwort dankbar, die mir auch nur etwas helfen könnte!

Danke schon mal im Vorraus.
Reaper27374
Reaper27374
Threadstarter
25870
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 106
Registriert: Mittwoch 4. April 2007, 13:00
Wohnort: Westoverledingen

Neuer Beitragvon Elk am Freitag 6. April 2007, 13:48

Bin mir jetzt zwar nicht sicher ob ein Dauer-Ausgangsstrom von 5A möglich ist, aber guck dir mal das Datenblatt des LM2577T-ADJ an.

Da die Spule für solche Zwecke eine bestimmte Induktivität haben muss, ist sie auch dementsprechend groß und schwer. Da kannst du nichts ändern.

Wichtig ist auch die Verwendung einer Schottky-Diode.


Gruß Elk
Benutzeravatar
Elk
25916
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 114
Registriert: Dienstag 18. April 2006, 10:50

Neuer Beitragvon Reaper27374 am Donnerstag 12. April 2007, 18:44

Danke erstmal, wäre eine Alternative den LM2577T-ADJ zu verwenden. Aber ich brauche mehrere step-up und step-down Konverter in einer Schaltung. Da die LM2577T-ADJ schon ziemlich teuer sind, dachte ich an den NE555. Das müsste je eigentlich gehen, ich habe mir auch das Datenblatt des LM2577T-ADJ angeschaut und habe festgestellt, dass das IC das selbe Prinzip verwendet, nur mit nem bisschen Extra-Schnikschnak.

Zu dem Problem mit der Speicherdrossel:
Ich glaub ich habe das Problem gefunden. Es lag wahrscheinlich an der Autobatterie, die ich als Spannungsquelle benutzt habe. Habe sie letztens in ein Auto montiert und habe gemerkt, trotz einer langen Ladedauer, hat die Batterie den Anlasser nicht in den Gang bekommen. Dashalb wird auch alles bei belastung zusammengebrochen sein und konnte deshalb keine Spannung verdoppeln :oops:
Und ich habe mir jetzt auch noch vernünftige Ringkerne bestellt. versuche es dann nochmal.

Ich wollte den Transistor dann mit einem 50kHz Rechtecksignal ansteuern, habe die Frequenz aus dem Datenblatt von dem LM2577T-ADJ geklaut :wink: müsste dann ja funktionieren oder hat da noch jemand was einzuwenden?

Danke schon mal im Vorraus

MfG
Reaper27374
Reaper27374
Threadstarter
25998
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 106
Registriert: Mittwoch 4. April 2007, 13:00
Wohnort: Westoverledingen

Neuer Beitragvon derguteweka am Donnerstag 12. April 2007, 19:03

Moin,

Reaper27374 hat geschrieben:..müsste dann ja funktionieren oder hat da noch jemand was einzuwenden?


Nee, das wird so nicht funktionieren. Das "bisschen Extra-Schnikschnak" in den entsprechenden Schaltregler-ICs ist wichtig.

Die Schaltung von dir ist nicht leerlauffest, ohne Last am Ausgang steigt deine Spannung in unangenehme Hoehen bis dein Schalttransistor stirbt.

Wenn deine Last nicht aus einem konstanten Heizwiderstand etc. besteht, brauchst du zwingend eine Pulsweitenregelung, damit die Ausgangsspannung irgendwie stabil bleibt.

Um am Ausgang 5A bei 20V ziehen zu koennen, fliessen ueber den Daumen gepeilt deutlich ueber 10A Spitzenstrom durch die Drossel und den Schalttransistor.
Bipolartransistoren mit solchen Collectorstroemen brauchen recht kraeftige Basisstroeme. Die liefert ein NE555 nicht mehr wirklich.

Dann brauchts noch ein paar Massnahmen, die entweder verhindern, dass der Schalttransistor in die Saettigung geraet, bzw. dafuer sorgen, dass er trotz Saettigung auch schnell wieder sperren kann.

Dein Ferritkern darf auch nicht in die Saettigung geraten, die Induktivitaet der Drossel muss gross genug sein, um die Energie, die in einem Zyklus uebertragen wird, speichern zu koennen. Da kommt mir dein Selbstbauteil doch etwas arg gewagt vor.

usw. usf.

Kurz: Nimm ein Schaltregler-IC und kauf dir eine Speicherdrossel. Oder schaff' dir Grundlagen von Schaltwandlern drauf und experimentiere und verbrate viele Bauteile...

Gruss
WK
derguteweka
26000
Moderator
 
Beiträge: 1048
Registriert: Freitag 18. August 2006, 15:47

Neuer Beitragvon Reaper27374 am Freitag 13. April 2007, 08:11

Guten Tag,
danke soweit, aber
Die Schaltung von dir ist nicht leerlauffest, ohne Last am Ausgang steigt deine Spannung in unangenehme Hoehen bis dein Schalttransistor stirbt.


die Schaltung wird nicht ohne Last betrieben.


Wenn deine Last nicht aus einem konstanten Heizwiderstand etc. besteht, brauchst du zwingend eine Pulsweitenregelung, damit die Ausgangsspannung irgendwie stabil bleibt.


Das habe ich noch nicht so ganz verstanden. Die Last ist in etwa Konstant.



Um am Ausgang 5A bei 20V ziehen zu koennen, fliessen ueber den Daumen gepeilt deutlich ueber 10A Spitzenstrom durch die Drossel und den Schalttransistor.
Bipolartransistoren mit solchen Collectorstroemen brauchen recht kraeftige Basisstroeme. Die liefert ein NE555 nicht mehr wirklich.


Sorry, aber ich brauche keine 5A mehr. nun sind es maximal noch 2 - 2,5A. Habe die Schaltung ein bisschen modifiziert ;-) . bist du dir sicher, das der NE555 das nicht schaffen würde? ich kann ihn mit maximal 200mA am Ausgang belasten.


Dann brauchts noch ein paar Massnahmen, die entweder verhindern, dass der Schalttransistor in die Saettigung geraet, bzw. dafuer sorgen, dass er trotz Saettigung auch schnell wieder sperren kann.


Hmm, wie kann denn ein Transistor in die Sättigung geraten? Das habe ich noch nicht gehört, was passiert denn dann genau?


Dein Ferritkern darf auch nicht in die Saettigung geraten, die Induktivitaet der Drossel muss gross genug sein, um die Energie, die in einem Zyklus uebertragen wird, speichern zu koennen. Da kommt mir dein Selbstbauteil doch etwas arg gewagt vor.


Ich weiß, ich sollte einen kleinen Luftspalt zwischen dem Draht und des Ferritkernes machen, da er die Energie zum größten Teil dort speichert und dann nicht so schnell in die Sättigung gerät.


Soo viele Fragen...

Danke schon mal im Vorraus

MfG
Reaper27374
Reaper27374
Threadstarter
26009
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 106
Registriert: Mittwoch 4. April 2007, 13:00
Wohnort: Westoverledingen

Neuer Beitragvon Stromus am Freitag 13. April 2007, 09:04

Dann brauchts noch ein paar Massnahmen, die entweder verhindern, dass der Schalttransistor in die Saettigung geraet, bzw. dafuer sorgen, dass er trotz Saettigung auch schnell wieder sperren kann.


Nein nicht ganz! Der Transistor soll ja schalten. Das bedeutet er muss in Sättigung arbeiten.
In diesem Zustand arbeitet der Transistor als Schalter, so dass nur noch eine geringe Kolektor-Emitter Spannung übrig bleibt. Warum?
Der Transistor in bipolrarer Bauweise stellt eine stromgesteuerte Stromquelle dar = ein Basisstrom verlangt entsprechend der Stromverstärkung einen bestimmten Kollektorstrom. Wenn die Last im Kollektrokreis "verhindert", dass der Kollektorstrom weiter ansteigt mit der Steigung des Basisstromes, so versucht der Transistor weiter zu öffnen, um den abverlangten Kollektorstrom zu liefern. Dabei sinkt die Uce, bis so zu sagen der Transistor voll augemacht hat. Man spricht in diesem Zustand von "Sättigung"

Die Dimensionierung Deiner Schaltung bedeutet neben der Frequenzwahl auch die Wahl der Spule (L), damit sich ein bestimmter Betrieb einstellt: Lückbetrieb oder kontinuierlich.
Wie das gemacht wird, kannst Du in der Fachliteratur oder im Internet lesen unter dem Stichwort "Hochsetzsteller" oder "Step up converter" . Wenn die Last konstant ist, dann ist die Sache etwas leichter zu handhaben.
Stromus
26010
 

Neuer Beitragvon anders am Freitag 13. April 2007, 14:13

Ich weiß, ich sollte einen kleinen Luftspalt zwischen dem Draht und des Ferritkernes machen, da er die Energie zum größten Teil dort speichert und dann nicht so schnell in die Sättigung gerät.
Nein, der Luftspalt gehört in den Kern. Deshalb sind Ferrit-Ringkerne für gleichstromvorbelastete Transformatoren wie diesen ziemlich ungeeignet.
Es gibt aber Ringkerne aus gesintertem Eisenpulver, die man verwenden kann. Diese haben einen "verteilten Lufspalt".

Der Stabkern, den du verwendet hast, ist schon nicht schlecht, aber wie WK schon erwähnte ist dein Draht zu dünn. Außerdem ist hier der Luftspalt zu groß, was eine geringe Induktivität bewirkt.

Wenn du wirklich Platz sparen willst, nimm einen Kern für einen der gebräuchlichen Manteltrafos oder Topfkerne und trenne die Kernhälfen mit vielleicht 1..2mm Luftspalt. Wegen des Skineffekts ist es besser die Wicklung mit mehreren dünnen voneinander isolierten Drähten als mit einem einzigen dicken Draht auszuführen.

Wegen der Verluste soll die Wicklung nicht direkt auf dem Ferrit aufliegen, aber ein Abstand von 0,5...1mm, wie er durch die üblichen Spulenkörper gegeben ist, reicht aus.
Dieser Abstand dient aber nicht der Energiespeicherung, wie du fälschlich vermutest, sondern dafür ist hauptsächlich der Luftspalt verantwortlich, der den Kern unterbricht.


Im übrigen ist der NE555 wirklich nicht das Gelbe vom Ei, weil man ihn nicht vernünftig regeln kann.
Es gibt ausser dem schon genannten LM... noch eine ganze Reihe von preiswerten extra dafür entwickelten ICs , mit denen man Leistungstransistoren ansteuern kann.
anders
26013
Moderator
 
Beiträge: 4702
Registriert: Freitag 28. Februar 2003, 13:46

Neuer Beitragvon derguteweka am Freitag 13. April 2007, 17:26

Moin,

Also, nochmal zu dem satten Transistor:
Wie Stromus ja schon angedeutet hat, ist es natuerlich klasse, wenn die Uce bei durchgeschaltetem Transistor moeglichst klein ist - damit die Verluste klein bleiben. Also sollte man den Transistor einfach mit einem monstermaessigen Basisstrom beaufschlagen, dann wird das wohl schon so gehen.
Das bloede ist nur, dass der Transistor ja auch irgendwann mal wieder (bei 50KHz Schaltfrequenz also z.b. nach 10uSec) umgehend vom leitenden in den sperrenden Zustand wechseln sollte.
Da wirds dann afair problematisch, denn zu dem Zeitpunkt ist die Basiszone noch mit Ladungstraegern ueberschwemmt, die dann moeglichst hurtig irgendwie wieder rausmuessen aus dem Transistor, denn sonst dauert es zu "lange" bis er wieder sperrt. In der Zeit zwischen leiten und sperren wird im Transistor wieder ordentlich Leistung verbraten. Deshalb ist die Ansteuerung nicht so ganz ohne und eine Reihenschaltung aus 555 und Basisvorwiderstand halt nicht so state-of-the-art.
Jetzt nochmal zu der Spule und den Stroemen. Wenn ich mich jetzt nicht arg verhauen hab, dann muesste bei gerade noch nicht lueckendem Spulenstrom, Eingang 10V, Ausgang 20V,2.5A und lauter idealen Bauteilen der Spulenstrom schoen dreieckig immer zwischen 0A und 10A pendeln. z.B. mit 50KHz, dann sollte die Spule 10uH haben (hoffentlich hab' ich mich da jetzt nicht verrechnet...) . Der Schalter (Transistor) schaltet dann mit einem Tastverhaeltnis von 1:1 jeweils fuer 10usec ein und aus.
Wenn ich den 1. Post richtig verstanden hab', dann ist die selbstgebastelte Spule also eine Zylinderspule, die auf einen zylinderfoermigen Ferritkern gewickelt wurde. Damit ist von einem Luft"spalt" zu sprechen etwas geprahlt, denn die magn. Feldlinien laufen bei so einer Konstruktion ja ueber die Haelfte ihrer Laenge in Luft. Das ist also eher eine Luftspule.
Problem dabei sind z.b. : 1.) Durch das niedrige Gesamt µr brauchst du viele Windungen fuer die selbe Induktivitaet, d.h. hoehere ohmsche Verluste im Cu.
2.) Das magn. Feld der Spule verlaeuft in recht grossen, ungeordneten Bahnen um die Spule herum. Alles elektrisch leitende in dem Bereich (z.b. Leiterbahnen auf der Platine, etc.) verursacht Wirbelstromverluste. Das ganze wirkt auch noch prima als Sendeantenne. Nimm als Schaltfrequenz mal 77.5KHz und guck' dir die Funkuhren in der Naehe an :)
-> Kurz: Dieses Spulle nixe gutte!

Und nochmal: Sowie die ja bisher hochgeheime Last aus etwas anderem wie Festwiderstaenden besteht, sprich: sich irgendwie aendert, aendert sich auch die Ausgangsspannung des Wandlers und zwar recht heftig - also sollte der wirklich nicht ohne PWM betrieben werden - und da wirds mit dem 555 wahrscheinlich ein ganz schoenes Gebastele..

Wenns gar so simpel waere, sich McGyvermaessig einen vernuenftigen Schaltwandler aus Kupferdraht, Kugelschreiber und Kaugummi zusammenzupopeln, braeuchte man ja nicht die speziellen ICs, Speicherdrosseln und Halbleiterschaltelemente dafuer - wozu waeren die dann entwickelt worden? Als ABM fuer Ingenieure? :D :D

Gruss
WK
derguteweka
26017
Moderator
 
Beiträge: 1048
Registriert: Freitag 18. August 2006, 15:47

Neuer Beitragvon Stromus am Freitag 13. April 2007, 19:30

Also, nochmal zu dem satten Transistor:
Wie Stromus ja schon angedeutet hat, ist es natuerlich klasse, wenn die Uce bei durchgeschaltetem Transistor moeglichst klein ist - damit die Verluste klein bleiben. Also sollte man den Transistor einfach mit einem monstermaessigen Basisstrom beaufschlagen, dann wird das wohl schon so gehen.
Das bloede ist nur, dass der Transistor ja auch irgendwann mal wieder (bei 50KHz Schaltfrequenz also z.b. nach 10uSec) umgehend vom leitenden in den sperrenden Zustand wechseln sollte.
Da wirds dann afair problematisch, denn zu dem Zeitpunkt ist die Basiszone noch mit Ladungstraegern ueberschwemmt, die dann moeglichst hurtig irgendwie wieder rausmuessen aus dem Transistor, denn sonst dauert es zu "lange" bis er wieder sperrt. In der Zeit zwischen leiten und sperren wird im Transistor wieder ordentlich Leistung verbraten. Deshalb ist die Ansteuerung nicht so ganz ohne und eine Reihenschaltung aus 555 und Basisvorwiderstand halt nicht so state-of-the-art.


Der Transistor hat zu schalten und fertig. Oder erklärst Du ihm wie er ansonsten die Verlustleistung versteckt. Hast Du schon mal getaktete Stromversorgungen entwickelt? Oder ist das eine Art "sagen wir irgendetwas auch wenn wir parallel zum Thema sind"? Was die restliche Abhandlung angeht mache ich mir eventuell nächste Woche Gedanken. Die Dimensionierung der Spule geht nicht so nach dem Prinzip Pi x Daumen.
Stromus
26025
 

Neuer Beitragvon derguteweka am Freitag 13. April 2007, 20:27

Moin,

Stromus hat geschrieben:Der Transistor hat zu schalten und fertig. Oder erklärst Du ihm wie er ansonsten die Verlustleistung versteckt.

Wenn ich gefragt werde, kann ich schon erklaeren, wo der Frosch die Locken hat; will sagen, der Transistor seine Verlustleistung versteckt.
Besser ist es natuerlich wenn er nicht so viel davon verstecken muss.
Stromus hat geschrieben:Hast Du schon mal getaktete Stromversorgungen entwickelt? Oder ist das eine Art "sagen wir irgendetwas auch wenn wir parallel zum Thema sind"?

Nicht hauptberuflich. Und - bin ich jetzt ein schlechterer Mensch? Die Tendenz, durch Posts "parallel zum Thema" zu geraten, soll hier doch schon dem ein oder anderen User mehrfach passiert sein.
Stromus hat geschrieben:Was die restliche Abhandlung angeht mache ich mir eventuell nächste Woche Gedanken. Die Dimensionierung der Spule geht nicht so nach dem Prinzip Pi x Daumen.

Das hat afair keiner behauptet. Aber ich denk' mal, nicht nur Reaper27374 wird sich freuen, wenn du's einrichten kannst und ein wenig die Spule/Schaltung vorrechnest.

Gruss
WK
derguteweka
26027
Moderator
 
Beiträge: 1048
Registriert: Freitag 18. August 2006, 15:47

Neuer Beitragvon Reaper27374 am Samstag 14. April 2007, 13:01

Puhh, das geht hier ja heiß her :wink:
So, damit hier ein bisschen Praxis ins Spiel kommt, habe ich das ganze mal aufgebaut! Ich habe auch verschiedene Messungen mit dem Ossi und mit dem Multimeter durchgeführt.

Danke an www.Imageshack.us für das freie Upload der Bilder!

Die Speicherdrossel, die ich selbst gewickelt habe:
Bild
Bild


Hier ein paar Bilder von der Platine die ich eben schnell geätzt habe um einige Tests durchzuführen:

(von oben)
Bild
Bild


(von unten)
Bild
Bild
Bild




Und jetzt gehts los mit den Messungen. Nachdem ich sie durchgeführt habe, hatte ich einige Fragezeichen über meinem Kopf hängen.

Hier erstmal die Schaltung dazu:
Bild

Und hier dann die Messungen:


Bild 1:
(Volt-Div.: 5V pro cm; Time-Div.: 20my-s)

Bild



Bild 2:
(Volt-Div.: 0,5V pro cm; Time-Div.: 20my-s)

Bild



Bild 3:
(Am Eingang)

Bild



Bild 4:
(Am Ausgang)

Bild
Reaper27374
Threadstarter
26032
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 106
Registriert: Mittwoch 4. April 2007, 13:00
Wohnort: Westoverledingen

Neuer Beitragvon anders am Samstag 14. April 2007, 13:25

jetzt gehts los mit den Messungen. Nachdem ich sie durchgeführt habe, hatte ich einige Fragezeichen über meinem Kopf hängen.
Nur Fragezeichen, keine Rauchzeichen ?
Na ja, aus 60mA Ansteuerung macht der BUV eben nicht allzuviel Kollektorstrom.
Und daß ein Ferritringkern ungeeignet ist, schrieb ich ja schon.
anders
26033
Moderator
 
Beiträge: 4702
Registriert: Freitag 28. Februar 2003, 13:46

Neuer Beitragvon Reaper27374 am Samstag 14. April 2007, 14:13

ja ok, ich habe da bei bei den messungen ein kühlblech angebracht :-) der ringkern ist kein ferritkern.
Es ist der Kern ------> hier!

Ist der Transistor falsch? Ich habe so keinen anderen Leistungstransistor. Nur BD250 und das sind ja PNP Transistoren.
Meiner Meinung nach schaltet der Transistor nicht vernünftig, da ich an der Basis komischerweise kein sauberes Impulssignal habe. Wie kann das, dass vor dem Basisvorwiderstand der Impuls so gut ist und nach dem Widerstand alles irgendwie kaputt ist?


Danke
MfG
Reaper27374
Reaper27374
Threadstarter
26035
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 106
Registriert: Mittwoch 4. April 2007, 13:00
Wohnort: Westoverledingen

Neuer Beitragvon Stromus am Samstag 14. April 2007, 14:19

Anstelle des bipolaren solltest Du einen Mosfet eisetzen.
Stromus
26036
 

Neuer Beitragvon Reaper27374 am Samstag 14. April 2007, 14:20

kann ich auch ein Darlington einsetzen? Ich habe auch so keine Mosfets da.

Danke
MfG
Reaper27374
Reaper27374
Threadstarter
26037
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 106
Registriert: Mittwoch 4. April 2007, 13:00
Wohnort: Westoverledingen

Nächste

Zurück zu Elektronik Allgemein

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 12 Gäste