Flybackdesign mit erheblichen Lastwechseln

[Marcel Müller]

Hallo,

ich habe vor, einen Flyback-Konverter zu bauen, der mit ständigen
Lastwechseln klarkommen muß. Konkret ist eine RMS Last von maximal
80-90W zu erwarten, wohingegen die Spitzenlast für max. 15ms kapp über
200W betragen kann.
Da die verwendeten Spannungen moderat sind, habe ich vor, einen
Eisenpulver-Toroid zu verwenden (<40Wdg). Die Frage ist, ist das
prinzipiell realistisch?

Konkret möchte ich einen Amidon T 184-2 bei 100kHz betreiben. Dieser
würde bei der Spitzenlast von 200W etwa 34mT erreichen, was dauerhaft
natürlich recht viel für einen Kern dieser Größe wäre.
Außerdem hat das -2 Material nur eine Permeabilität von 10. Geht das
überhaupt noch sinnvoll? Inwieweit leidet die Kopplung darunter?


--
Marcel Müller

 

[Dieter Wiedmann]

Marcel Müller schrieb:

ich habe vor, einen Flyback-Konverter zu bauen, der mit ständigen
Lastwechseln klarkommen muß. Konkret ist eine RMS Last von maximal
80-90W zu erwarten, wohingegen die Spitzenlast für max. 15ms kapp über
200W betragen kann.

Das ist nur eine Frage der Optimierung der Regelschleife. Das geht bei
einem Durchflusswandler (am besten Gegentakt) allerdings wesentlich
besser.

Da die verwendeten Spannungen moderat sind, habe ich vor, einen
Eisenpulver-Toroid zu verwenden (<40Wdg). Die Frage ist, ist das
prinzipiell realistisch?

Schon, aber es ist gar nicht so einfach die Streuinduktivität genügend
gering zu halten.

Konkret möchte ich einen Amidon T 184-2 bei 100kHz betreiben. Dieser
würde bei der Spitzenlast von 200W etwa 34mT erreichen, was dauerhaft
natürlich recht viel für einen Kern dieser Größe wäre.
Außerdem hat das -2 Material nur eine Permeabilität von 10. Geht das
überhaupt noch sinnvoll? Inwieweit leidet die Kopplung darunter?

Weshalb -2er Material bei 100kHz? Du verschärfst, durch die schlechtere
magnetische Kopplung, nur das Problem mit der Streuinduktivität.

Schreib halt mal etwas genauer was du da vorhast, dann kann man auch
konkretere Empfehlungen geben.


Gruß Dieter

 

[Marcel Müller]

Hallo,

Dieter Wiedmann wrote:

Das ist nur eine Frage der Optimierung der Regelschleife. Das geht bei
einem Durchflusswandler (am besten Gegentakt) allerdings wesentlich
besser.

Das ist klar, aber die Lastwechsel liegen im Frequenzbereich sagen wir
mal <1kHz und 3-5% Stabilität sind hinreichend. Mit einem Faktor 100
Abstand zur Schaltfrequenz sollte man das im discontinuous mode hinbekommen.

Da die verwendeten Spannungen moderat sind, habe ich vor, einen
Eisenpulver-Toroid zu verwenden (<40Wdg). Die Frage ist, ist das
prinzipiell realistisch?

Schon, aber es ist gar nicht so einfach die Streuinduktivität genügend
gering zu halten.

Das ist genau der Bereich, in dem ich mich nicht so gut auskenne...

Konkret möchte ich einen Amidon T 184-2 bei 100kHz betreiben. Dieser
würde bei der Spitzenlast von 200W etwa 34mT erreichen, was dauerhaft
natürlich recht viel für einen Kern dieser Größe wäre.
Außerdem hat das -2 Material nur eine Permeabilität von 10. Geht das
überhaupt noch sinnvoll? Inwieweit leidet die Kopplung darunter?

Weshalb -2er Material bei 100kHz? Du verschärfst, durch die schlechtere
magnetische Kopplung, nur das Problem mit der Streuinduktivität.

Jede höhere Permeabilität würde nicht genügend Energie speichern.

Funktioniert denn der Trick mit der Kurzsschlußwindung außenrum
eigentlich auch irgendwie bei Toroiden?

Schreib halt mal etwas genauer was du da vorhast, dann kann man auch
konkretere Empfehlungen geben.

Äh, ja.

30-45VDC rein.

Ausgangsseitig zahlreiche verschiedenen Spannungen von +/- 15-41V in
(minimal) 2V-Schritten. Die Lasten der einzelnen Ausgänge variieren aber
(unkorreliert). [Daran hängen NF-Testsignalgeneratoren für verschiedene
Impedanzen.]

Meine erste Versuche mit einem Step-Down, gefolgt von einer Half-Bridge
waren mäßig erfolgreich. Zum einen war es nicht ganz trivial
Interferenzen und daraus resultierende Subharmonische der beiden in
ähnlichen Frequenzbereichen arbeitenden Schaltstufen zu vermeiden, zum
anderen ist die Sache ziemlich Bauteilaufwendig. Mit Flyback hätte man
sozusagen alles aus einer Hand.


--
Marcel Müller

 

[Dieter Wiedmann]

Marcel Müller schrieb:

Das ist klar, aber die Lastwechsel liegen im Frequenzbereich sagen wir
mal <1kHz und 3-5% Stabilität sind hinreichend. Mit einem Faktor 100
Abstand zur Schaltfrequenz sollte man das im discontinuous mode hinbekommen.

Ich denke schon

Das ist genau der Bereich, in dem ich mich nicht so gut auskenne...

Richtig geringe Streuinduktivität gibts wenn man die Primär- und
Sekundärwicklung bifilar wickelt, das gibt aber immer ein kleines,
ganzzahliges Verhältnis der Windungszahlen.

Jede höhere Permeabilität würde nicht genügend Energie speichern.

Dann könnte man ja gleich -0er Material nehmen. Bei 100kHz würde ich auf
-18er zurückgreifen.

Funktioniert denn der Trick mit der Kurzsschlußwindung außenrum
eigentlich auch irgendwie bei Toroiden?

Klar. Weshalb sollte das nicht gehen?

Ausgangsseitig zahlreiche verschiedenen Spannungen von +/- 15-41V in
(minimal) 2V-Schritten. Die Lasten der einzelnen Ausgänge variieren aber
(unkorreliert). [Daran hängen NF-Testsignalgeneratoren für verschiedene
Impedanzen.]

Bei vielen Wicklungen würde ich mir aber keinen Ringkern antun. Nimm
lieber einen ETD34/N87, der ist dann auch reichlich dimensioniert damit
du eine gute Kopplung bekommst.

Meine erste Versuche mit einem Step-Down, gefolgt von einer Half-Bridge
waren mäßig erfolgreich. Zum einen war es nicht ganz trivial
Interferenzen und daraus resultierende Subharmonische der beiden in
ähnlichen Frequenzbereichen arbeitenden Schaltstufen zu vermeiden, zum
anderen ist die Sache ziemlich Bauteilaufwendig.

Einzelne Regler kommen wohl nicht in Betracht?

Mit Flyback hätte man
sozusagen alles aus einer Hand.

Stimmt schon, aber eben zu lasten der Genauigkeit.


Gruß Dieter

 

[Marcel Müller]

Hallo,

Dieter Wiedmann wrote:

Richtig geringe Streuinduktivität gibts wenn man die Primär- und
Sekundärwicklung bifilar wickelt, das gibt aber immer ein kleines,
ganzzahliges Verhältnis der Windungszahlen.

Hmm, sind "Übereinanderwicklungen" (primär unten, sekundär oben) da
nicht ähnlich gut?

Jede höhere Permeabilität würde nicht genügend Energie speichern.

Dann könnte man ja gleich -0er Material nehmen.

Dann dürfte das Thema Streuinduktion aber wirklich ernst werden...
Aber bei Luftspalten macht man das ja faktisch auch teilweise.

Bei 100kHz würde ich auf -18er zurückgreifen.

Keine Chance. Das bringt die Leistung nicht. (Jedenfalls nicht in dem
Kontext)

Funktioniert denn der Trick mit der Kurzsschlußwindung außenrum
eigentlich auch irgendwie bei Toroiden?

Klar. Weshalb sollte das nicht gehen?

Naja, man hat nicht gerade einen Luftspalt, dessen Streufeld man flicken
möchte. Man müßte schon den ganzen Toroid mit leitendem Material
umgeben. Das wiederum bringt Probleme mit Wirbelstromverlusten und
außerdem mit der nahezu unvermeidlichen einen "Wicklung" einmal um den
Toroiden.

Bei vielen Wicklungen würde ich mir aber keinen Ringkern antun. Nimm
Common Ground, also eine Wicklung mit vielen Abgriffen.

lieber einen ETD34/N87, der ist dann auch reichlich dimensioniert damit
du eine gute Kopplung bekommst.

Den kenne ich jetzt nicht. Wie groß ist er?

Meine erste Versuche mit einem Step-Down, gefolgt von einer Half-Bridge
waren mäßig erfolgreich. Zum einen war es nicht ganz trivial
Interferenzen und daraus resultierende Subharmonische der beiden in
ähnlichen Frequenzbereichen arbeitenden Schaltstufen zu vermeiden, zum
anderen ist die Sache ziemlich Bauteilaufwendig.


Einzelne Regler kommen wohl nicht in Betracht?

Das wird eng...
Außerdem muß man die relativ aufwendig synchronisieren, sonst kommt es
zu allerlei überraschenden niederfrequenten Interferenzen aufgrund von
diversen Nichtlinearitäten.
Letztlich die gleichen Nachteile wie oben.

Mit Flyback hätte man
sozusagen alles aus einer Hand.

Stimmt schon, aber eben zu lasten der Genauigkeit.

Halb so wild. Danach kommen bei den 3 kritischen Spannungen noch
Längsregler für die Nachkommastellen, die nochmal 10-15% verblasen. Mehr
ist verlustleistungstechnisch nicht vertretbar - Thema wieder Baugröße.


--
Marcel Müller

 

[Dieter Wiedmann]

Marcel Müller schrieb:

Hmm, sind "Übereinanderwicklungen" (primär unten, sekundär oben) da
nicht ähnlich gut?

Nein, deshalb wickelt man ja i.d.R. verschachtelt.

Keine Chance. Das bringt die Leistung nicht. (Jedenfalls nicht in dem
Kontext)

Ach was, das geht problemlos mit z.B. zwei gestapelten T106-18.

Naja, man hat nicht gerade einen Luftspalt, dessen Streufeld man flicken
möchte. Man müßte schon den ganzen Toroid mit leitendem Material
umgeben. Das wiederum bringt Probleme mit Wirbelstromverlusten und
außerdem mit der nahezu unvermeidlichen einen "Wicklung" einmal um den
Toroiden.

In Wicklungsrichtung darf die Folie nicht durchverbunden sein.

lieber einen ETD34/N87
Den kenne ich jetzt nicht. Wie groß ist er?

Na 34x34mm, wegen der Bauhöhe schau bei Epcos.


Gruß Dieter