Drosseln für DC/DC Schaltnetzteil

Hallo Steffen!

Hast du schon das Stöhrspektrum ermittelt?

Guten Tag.

Für interessierte Leser zur Info, es handelt sich um ein Netzteil für Audioendstufen zum Betrieb im Kfz, deshalb auch die Fragestellung in dieser Rubrik.

@ Michael. Danke für dein Interesse. Du fragst »»Hast du schon das Stöhrspektrum ermittelt?««

Experimentell habe ich viele Betriebszustände versucht möglichst praxisnah zu simulieren, Mit dem Oszi wurden dann die Störbilder erfasst. Auch extreme Zustände, wie kurzzeitige Belastung bis 6kW, waren dabei.

Die in unterschiedlichen Fahrzeugen bei verschiedensten Betriebsbedingungen vorkommenden Störeinflüsse zu simulieren ist mir kaum möglich. Bisher erledigen die Aufgabe der Spannungsversorgung sechs parallelgeschaltete Netzteile á 50/70A.

Das Störungsspektrum, welches der Wandler erzeugt, wird durch die üppige Dimensionierung der Kapazitäten in allen DC-Zweigen bereits recht ordentlich angegangen.

Am Ausgang liegen die Störspitzen bei max. 100mV. Diverse kleinere Entstördrosseln aus der Wühlkiste nach dem Wandler zwischen zwei Kapazitäten mit gesamt 2 x 12.000 und 2 x 60.000 µF + zahlreiche keramische C’s senkten diese auf unter 5 mV jedoch nur bei kleinerer Leistung. Sobald die Sättigung erreicht wird, was bei handelsüblichen Exemplaren recht schnell geht haben sie quasi keine Wirkung mehr.

Das Ausgangssignal am Übertrager ist in der unstabilisierten Ausführung ein recht sauberes Rechteck, in der stabilisierten Ausführung ist die Signalform je nach Belastung unterschiedlich, bei nahezu voller Belastung werden hochfrequente Picks im Signal sichtbar, welche erreichen der Vollast oder Überlastung wieder verschwinden.

Tests mit Eingangsdrosseln brachten bisher nur sehr vage Ergebnisse bei einer angegebenen Belastbarkeit von 10A war die stärkste wirkungsvolle Drosselspule schnell am Ende.

Hier, ich hoffe das klappt mit dem Einstellen, die Ansteuerung des Wandlers (stabilisierte Ausführung)

http://www.thailandspecial.com/BB/upload/24/doc_1.doc

und des Leistungsteils

http://www.thailandspecial.com/BB/upload/24/doc_201.doc

Bei der Eingangsdrossel L1 hat bisher ein Wert um 1µH, soweit ich es messen konnte, recht gute Ergebnisse geliefert (Messungen mit Drossel bisher nur Kleinleistungsbereich)

Als Ausgangsdrossel sollten es, soweit ich es messen konnte, mindestens 2 x 25µH sein. Da auch hier mit Drossel nur Messungen bis zum Bruchteil der Maximalleistung möglich waren habe ich keine Erfahrungen ob eine Entstördrossel, bei welcher auch auf die Eigenschaften als Speicherdrossel geachtet wurde, etwas bringt.

Für die Spule L2 ist der selbe Platz wie für den Übertrager auf der Leiterplatte vorgesehen deshalb habe ich das selbe Schaltsymbol missbraucht.

Wer kann helfen ?

Gruß, Steffen

Guten Tag Steffen,

"SIEMENS: Ferrite und Zubehör" (heute Epcos) ist eine sicher hilfreiche Literatur zur Auslegung von Ferriten für Schaltwandler, solltest Du Dir unbedingt besorgen.
Aus den dort angegebenen Berechnungsvorschriften habe auch ich mal was zusammengeschustert. Vielleicht kannst Du mit ein wenig Vertiefung damit schon etwas anfangen.
Hier gibt es von Epcos ein 12MB großes Designtool für Ferrite.
Das Buch Ferrite und Zubehör gibt es offenbar für 8,00 Euro zu kaufen. Meine Version ist schon von 1994, die gebe ich aber nicht dauerhaft her, ggf. zur Leihe, wenn Du möchtest.

Normalerweise habe ich dieses Buch auch schon auf dem Uniserver, aber ich komme momentan selbst nicht vernünftig ran, ist nur die Startseite zu sehen. Vielleicht schaffst Du es, irgendwie an der index.htm vorbeizukommen.

Die Putzwolle ist da - Dank dafür, wie, wieviel, wohin kann ich das bezahlen?

Hast Du es mit stromkompensierten Drosseln versucht? Bei diesen Strömen und niedrigen Schaltfrequenzen wohl unausweichlich.

Guten Tag.

All zu viele scheine ich mit meinem Anliegen ja (bisher) nicht anzusprechen. Für die Mitleser folgende Neuigkeiten.

@ tiki. „stromkompensierte Drossel“. Vielleicht gute Idee, dachte ich, jedoch am Eingang des Netzteils ist sie nicht geeignet weil:

1.) Es treten am Eingang sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Störfelder auf, die stromkompensierte Drossel taugt jedoch nur zur deutlichen Verminderung für eine der beiden Störfelder welche auch noch nur den geringsten Teil der Störungen ausmachen.

2.) Da auch die Masse die Drossel durchfließt und diese sich dabei vom Potential verändert ergibt sich spätestens bei den nach dem Netzteil angeschlossenen Verstärkern ein Masseschleifenproblem. Das Gehäuse des Verstärkers muss, das es oft am Blech der Kfz-Karosserie befestigt wird, auch mit der Eingangsmasse verbunden sein. Aus diesem Grund soll sie sich so wenig wie möglich von der Masse nach dem Netzteil unterscheiden. Direkt verbinden geht nicht wegen einer Masseschleife zwischen NF-Masse und Versorgungsspannungsmasse deshalb ist eine so niederohmig wie mögliche Verbindung vorteilhaft damit das Verstärkergehäuse nicht kontraproduktiv selbst zum einstreuenden Sender von z.B. Limapfeifen wird.

Am Ausgang des Netzteils ist eine stromkompensierte Drossel ebenfalls nicht gut geeignet weil:

3.) Die Funktion als Speicherdrossel ist bei einer stromkompensierten Drossel quasi nicht gegeben.

1. und 3. ist eine mir logisch erscheinende Schlussfolgerung u.a. der teilweise inzwischen gelesenen Literaturtipps von Tiki (vielen Dank). Nicht nur wenn ich hierbei irre, auf dem Holzweg bin, würde ich mich über Antworten freuen.

Es gibt keine dummen Fragen nur... aus diesem Grunde, kann mir jemand die „PEAK INDUKTOR VOLTAGE“ näher erläutern?

Hier noch ein paar Bilder eines funktionstüchtigen, jedoch drossellosen Musters. Vielleicht, das dies etwas mehr Interesse weckt.

http://www.thailandspecial.com/BB/upload/24/doc_205.jpg
http://www.thailandspecial.com/BB/upload/24/doc_204.jpg


Gute Zeit, Steffen

Hallo Steffen,

meine dürftige DCDC-Zeit liegt schon etwas zurück, deshalb kommt meine Antwort auch etwas zögerlich. Der Schaltplan ist wohl wegen des Symbols der Ausgangsdrossel auch etwas verwirrend. Zuhause liegt noch eine Papierkopie eines "Ostbuches" über Schaltnetzteile, worin was über die Drosseldimensionierung zu finden ist, glaube ich mich zu erinnern, mal suchen.

bei nahezu voller Belastung werden hochfrequente Picks im Signal sichtbar, welche erreichen der Vollast oder Überlastung wieder verschwinden.

Klingt ein wenig nach a) Streuinduktivität, deren Kompensation bei großen Leistungen nicht mehr ausreicht, oder b) nach evtl. zu hoher Flußdichte im Kern - Sättigung. Nur Vermutungen!

kann mir jemand die „PEAK INDUKTOR VOLTAGE“ näher erläutern?

Geht es hier um die Spannungs-Zeitfläche? Oder war das am Trafo? Mann, lange her, alles vergessen. Sprich mal etwas vom Zusammenhang!
Jedenfalls ist eine Speicherdrossel nicht mal eben schnell probiert, das sollte man unbedingt berechnen und das geht auch. Ich habe noch RM8-/RM10-Kerne, N41(?), die aber sicher zu klein für die Anwendung sind. Im Keller liegen auch noch massenweise M-Ferritkerne mit Spulenkörpern, muß ich mal heute Abend wühlen. Da geht wohl bald ein Päckchen in die Gegenrichtung? Son Schiet, hätten wir auch bekaspern können, als Du hier warst.
N27, N87 und son Zeugs _muß_ man mit Luftspalt verbauen, andere Materialien mit geringeren AL-Werten gehen evtl. ohne. Wenn der Innenschenkel einen Luftspalt hat, sollte die Wicklung diesen Bereich wegen der Wirbelstromverluste meiden bzw. nur kurz kreuzen. HF-Litze hast Du sowieso schon eingesetzt, wie ich zu erkennen glaubte, ggf. ist CU-Folie noch geeigneter, bis auf die Wirbelstromgeschichten.

Hallo,

weiter im Karton, eigentlich aus'm Karton:

Ferritkerne
Typ Material Luftspalt Anzahl Sätze
ETD 49 N67 0,5 4
ETD 49 N67 1,0 2
ETD 44 N67 0 25
ETD 44 N67 0,2 8
ETD 44 N67 0,5 10
ETD 44 N27 0 10
ETD 34 N67 0,2 7
ETD 34 N27 0,5 10
EF 25/7,5 N27 0,5 107
EF 12,5 N27 0 50
RM 14 N67 0 5
RM 14 N47 0 1,5
RK ~20 Weiß, PU10

Spulenkörper
Typ Ausführung Kammern Anzahl Sätze
ETD 49 Liegend 1 ?
ETD 44 Liegend 1 ?
ETD 34 Liegend 1 ?
ETD 34 Liegend 2 8
RM 14 Stehend 1 ?
EF 12,5 Stehend 1 ?

Drosseln Wert Strom Anzahl
RK 2x50µH 4A 6
RK 2x2,7mH 4A 12


Wähle!

edit:
Der beknackte hiesige Beitragseditor versteht keine Tabulatoren.
Deshalb sieht die Tabelle etwas ulkig aus.

Ein Briefchen mit reichlich Lese- und Rechenstoff zum Thema ist unterwegs. Ob es morgen ankommt?

Viel Erfolg!

P.S.
Warum schreibe ich hier eigentlich öfter als Du?

Guten Tag.

Der liebe tikki fragt „Warum schreibe ich hier eigentlich öfter als Du? “

Weil ich traurig Tag und Nacht über mein Nichtwissen bezüglich der Spulen grübele anstelle positiv zu denken.

Um so mehr vielen Dank für deine Hilfe, ich warte gespannt deiner Überraschungssendung entgegen.

PEAK INDUKTOR VOLTAGE: Es gibt von micromagnetics eine Berechnungssoftware, Hier wird auch nach der Peak.... gefragt,
http://www.micrometals.com/software_index.html , diese berechnet alles schön, wenn entsprechendes Wissen zur korrekten Eingabe vorhanden ist. Bei selbigem bestehen deutliche Lücken meinerseits, welche außerdem durch eine vollautomatische Berechnung nicht weniger werden.

Zur Frage-Feststellung „HF-Litze hast Du sowieso schon eingesetzt, wie ich zu erkennen glaubte, ggf. ist CU-Folie noch geeigneter“

Ja, HF-Litze verwende ich bereits. Da die Primärwicklung auf dem ETD 59 Übertrager nur 2 x 1 Windung beträgt, bei einem Ringkern währen es unter gleichen Voraussetzungen ca. 5, diese jedoch gesamt 50mm² umfasst (2 (Wicklungen) x 10 (paralllgeschaltete Stränge) x 250 (Einzeladern) x 0,1mm (Durchmesser)) konnte ich CU-Folie mit vergleichbaren Eigenschaften nicht gut Wickeln bzw. alle Enden herausführen.

Gute Zeit, Steffen

Hallo Steffen,

wenn bei mir überhaupt mal was Sinnvolles "rüberkommt", isses auch nur aufgeschnapptes, manchmal angelesenes, im besten Falle sogar halbwegs verstandenes Gelumpe.

Ich muß mir jetzt also auch das heute schnell durch den Kopierer Gejagte durchackern, um Dir konkrete Hilfestellung zu den Speicherdrosseln zu geben. Dauert sicher ein paar Stündchen.

Das Angebot mit den "Kellerferriten" war natürlich bierernst gemeint, such Dir beliebig viel aus, bei mir schimmelt's bloß rum.

Gute Nacht und Kopf hoch!

Hallo,

zunächst die möglicherweise schlechte Nachricht:
Nach den Anwendungshinweisen von Siemens S. 137 für die ETD59-Kerne sind 8kW nur bei f~500kHz und N87 erreichbar. Mit N27 (oder welches Material hat Dein Kern?) und 38kHz dürften etwa 2kW erzielbar sein. Ist damit nun die Dauer- oder die Spitzenleistung gemeint?

dann ein allererster Dimensionierungsversuch der Ausgangsdrossel:

Ui=60V (Eingangsspannung an der Drossel)
Uo=55V (Ausgangsspannung an der Drossel)
f=1/T=38kHz
delta_IL=10A (Stromwelligkeit in der Drossel - gewählt)
ILmax=70A
delta_Iamax=70A (max. Laständerung - gewählt)
VTmax=0,9 (Tastverhältnis)
VTmin=0,1
tR=100µs (Erholzeit nach Lastsprung)

1.
L=(Ui-Uo)*Uo/(delta_IL*f*Ui)

L=12µH

2.
(Uo*tR/deltaIamax)*((VTmax/VTmin)-1) > L > Uo*T/(2*ILmax)*(1-VTmin)

Lmin=9µH
Lmax=1mH

Das stimmt schon mal ganz gut überein.

Im Beckmann ab S.100 zur Kerngröße/Luftspalt bzgl. Energiespeicherung:

ILmax²*Lmin = 0,044J -> ETD49 nicht ausreichend.

Hier, im diyaudioforum sind ein paar SMPS-Spezis versammelt, die allesamt deutlich mehr wissen, als ich. Insbesondere Eva scheint erfahren. Wenn Du etwas englisch kannst, sprich ihn doch mal an.
Irgendwo ganz tief versteckt in den alten classD-threads in diesem Forum gab es auch ein paar Kundige, deren Namen ich aber nicht mehr weiß. Beobachter hat meines Wissens ein Schaltnetzteil in seine classD-Platine integriert, er sollte also auch die Dimensionierung der Ausgangsdrossel beherrschen. Solltest Du Ihn nicht erreichen können, können wir die Daten per PN austauschen.

Hallo,

noch etwas gefunden:
Enticklungsbeschreibung für ein 1kW-Schaltnetzteil von Lenz aus diesem Forumsbeitrag. Dort hat er diese Mailadresse angegeben: hallolenz ad web.de.

Und hier, ein ganz alter thread. Der Herr TBuktu scheint ein wenig Erfahrung zu besitzen.

Und? Flimmert's schon vor den Guckerln?

Hallo Timo und danke, auch die Post-Literatur ist vor ein paar Minuten angekommen, ich habe heute Abend voraussichtlich Zeit zum lesen, was auch die Berechnungen in deinem Beitrag einschließt.

Das Kernmaterial des Übertragers ist N87.

Die Dauerleistung soll 2kW betragen. Bei der vorgesehenen Verwendung als Audio-Verstärkernetzteil beträgt die durchschnittliche Belastung (Musikwiedergabe/Vollaussteuerung) nur ca. max. 35% (jedoch nicht wirkungsgradberücksichtigt), bei Mehrwege-Aktivkonzepten nochmals darunter, weshalb das Netzteil für Musikleistungen (Spitzenleistung) bis 4KW gut reichen sollte. Aus diesem Grund auch die, für Schaltnetzteile unüblich, hohen Kondensatorkapazitäten am Netzteilausgang.

Ich habe das Netzteil, wie bereits geschrieben, auch kurzfristig bis 6kW belastet dies jedoch um die Grenzen der Betriebsfestigkeit zu ergründen.

Beim bisherigen Überfliegen deiner Berechnung des Ausgangsübertrages (Gegentaktwandler) für +-55Volt muss da, wenn ich nicht irre, nicht von der doppelten Frequenz Schaltfrequenz des Netzteils ausgegangen werden, oder?

Gruß, Steffen