gelöst DC/DC Niederspannungswandler

bartolomeo90

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Hallo allerseits,

Kennt sich jemand gut mit DC/DC Convertern aus? Weiß jemand wie man einen Niederspannugswandler ( DC/DC) in LTspice darstellt? Welche Topologie ist am besten nutzbar bezüglich Schaltverluste und Kostenfaktor? Nach etwas einlesen habe ich mich für 3 Stück entschieden, einmal den Sperrwandler/Flyback-Converter, dann den LLC-Resonanzwandler und der Dual Active Bridge (DAB).
Kann man diese Topologien gut nutzen um und die Spannung umzuwandeln.

Es soll ein Transformator verwendet werden mit dem Übersetzungsverhältnis von 1. Was genau versteht man unter Isolationsspannung?

Bin dankbar für jede Hilfe!

Viele Grüße
Euer Bartel
 
Vielen Dank! :)
Arbeite mich aktuell in die Thematik der DC/DC-Wandler Topologien ein und werde mich die nächste Zeit intensiver damit beschäftigen, allerdings muss ich leider sagen, dass ich noch etwas überfordert bin. Mein Ziel ist es eine Schaltung aufzubauen mit einer Eingangsspannung von 24 Volt, über den transformator ( Übersetzungsverhältnis von 1 ) soll auf 3 oder 4 Ausgänge der gleichen spannung transferiert werden. Wichtig ist eine Isolationsspannung von 24 kV zwischen den Windungen.
 
Das kann ich dir nicht sagen. Also vorgegeben ist, dass die Eingangsspannung von 24 V mit dem Übersetzungsverhältnis von 1 zu den Aus-
gängen transferiert werden soll, wie das mit der 24kV-Isolationsspannung. Alles andere kann nach belieben dimensioniert werde, dass es zur schaltung passt.
 
Du schreibst, Trafo 1:1 und Eingangsspannung am DC-DC Wandler 24V. Darum meine Frage ;)
 
Hallo Bartel,
eine geeignete Topologie richtet sich neben den Materialkosten u.a. nach folgenden technischen Kriterien:

a) Ausgangsleistung groß oder klein, z.B. ein paar Watt oder geht es in den KW-Bereich
b) Die Höhe der Eingangsspannung bzw. der Ausgangsspannung. Sind diese Werte klein (ein paar Volt), dann ist bei gegebener Leistung der Strom entsprechend größer oder kleiner. Die zu verwendenden Halbleiter
(MOS und Dioden) haben sich danach zu richten. Die Kühlung zwangsläufig auch.
c) Wirkungsgrad
d) Die Auslastung der aktiven und passiven Materialien ist nicht bei allen Topologien identisch, ja sogar stark unterschiedlich.
e) Soll die gewählte Topologie auch wirtschaftlich, also mit vertretbarem Aufwand realisierbar sein, muss man die Spezifikation mit den aus a) bis d) gesammelten Erkenntnisse genauer abwägen. Auch gibt es Unterschiede in der Komplexität der technischen Realisierung.
f) Ist eine galvanische Trennung nötig, ja (also mit Trafo) oder nein ( ohne Trafo); mehr Aufwand mit galv. Trennung
g) Ist Rückspeisung von der Last zum Geräteausgang gegeben ? Soll vom Ausgang auch der Eingang wieder versorgt werden können ? Gibt es Netzausfälle, die überbrückt werden müssen, etc. etc.

Wirklich nur ganz grob: Kleine Leistung.......>Flyback, es sei denn Vin ist < 5V; größere Leistungen im 50W.....100W - Bereich ...> Forward Converter; KW-Bereich......> Vollbrücke etc. Höhere Wirkungsgrade (> 0,8....0.9 und mehr).......> Soft-Switching, und da ebenfalls viele Varianten.
DAB-Converter ....> nicht ganz einfaches Design, patentierte Lösung !
LLC-Converter hat hohen Wirkungsgrad, aber zu kostspielig bei nur ein paar Watt !

Will man eine teure, kostspielige Lösung oder nur das "wirkungsvollste". Geht es um Hobbylösungen, oder steht eine Fertigung dahinter ? Fragen über Fragen........ Für alles gibt es aber Antworten.

Isolationstrennung bedeutet, dass die Sekundärseite des Trafos gegenüber dem Eingang potentialfrei ist. Die Potentialtrennung kann man durch einen Isolationstest überprüfen. Bei Netztrennung ist diese sehr wichtig!!!
Legt man z.B. 3KVac zwischen Primärseite und Sekundärsete an, darf es keinen Überschlag geben !! Das wird durch die Einhaltung von Isolationsmaterialien, Luft-und Kriechstrecken sichergestellt. Die geforderten Werte richten sich nach der Anwendung und die dafür jeweils geltende Sicherheitsnorm.

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Alles Gute
Udo
 
Hallo Udo,

erstmal vielen Dank für deine ausführliche Ausführung!
also zu deinen aufgeführten Punkten kann ich folgendes sagen:

a) maximal ein höherer Wattbereich ist wünschenswert, der KW-Bereich ist nicht notwendig
b) Eingangsspannung wie auch Ausgangsspannung sollen 24 V betragen
c) Wirkungsgrad sollte in Bezug auf Preis/Leistung gut sein (70% aufwärts)
d) wenige Schaltverluste, also die Schaltung soll simpel, aber effektiv sein
e) wirtschaftlich wäre gut und nicht allzu komplex, also einfach eine simple und zuverlässige Topologie
f) auf jeden fall galvanisch getrennt, Trafo ist notwendig!
g) ein sehr interessanter Punkt, allerdings ist das schon zu weit gedacht für mich. Wäre etwas womit man sich später beschäftigen könnte.

WICHTIG FÜR MEINE ANWENDUNG IST NOCH FOLGENDES:
- es geht nur um eine funktionierende, einfache Schaltung, die zuverlässig arbeitet!
- Schaltung soll nicht geregelt werden / unreguliertes Schalten => es reicht einen festen DUTY-CYCLE einzustellen. ( Kann mir wer sagen ob hier eine Totzeit sinnvoll wäre oder ist das Unsinn? )
- Am Eingang einfach eine PWM ausreichend ( => fester DUTY-CYCLE )


=> Also deinen Angaben nach tendiere ich zum Flyback-Converter!
Gut zu wissen dass der LLC-Converter für diese Anwendung zu kostspielig ist.


Also es geht darum einfach eine zuverlässige Lösung zu finden für einen guten Preis! Als nächsten Schritt, also nach der Simulation mit LTspice, wenn ich weiß dass die Schaltung funktioniert, möchte ich eine Platine designen ( auf damit habe ich bisher keine Erfahrung, möchte dies aber erlernen )

Das wäre auch ein Punkt für einen späteren Zeitpunkt, aber jetzt habe ich die Isolationsspannung verstanden!

Viele Grüße und alles Gute
Bartel
 
Hallo Bartel,

mit Deinen Angaben kann man schon mal das Procedere etwas einschränken.
Dazu ist folgendes anzumerken:
Ein Flyback-Wandler ohne Regelung, d.h. nur mit fixem Duty cycle gesteuert, wird wohl nicht funktionieren.
Gründe:
Es gibt zwei Betriebsarten, als da sind
a) Dreieckstrom-Sperrwandler, der Strom durch den MOS-Fet ist dreieckförmig (di/dt = positiv) , durch die Sekundärdiode mit di/dt = negativ.
Innerhalb einer Schaltperiode zeigen die Ströme einen Nulldurchgang, im Grenzbereich wird die Periode am Ende gerade noch einen Sekundärstrom von ca. Null.
b) Trapezstrom-Sperrwandler, die Ströme sind trapezförmig.
Die Ausgangsspannung ist beim Dreieckstrom-Sperrwandler stark, beim Trapezstrom-Sperrwandler teilweise lastabhängig. In beiden Fällen sind die Schaltungen ohne Regelung nicht leerlauffest !!!
Warum ? Wie der Name schon sagt, wird Energie im Trafo gespeichert und in der Sperrphase auf die Sekundärseite übertragen. Wenn der gespeicherte Energievorrat sekundärseitig nicht entnommen wird,
d.h. Strom gering oder gar Null, dann geht dafür die Spannung in die Höhe, denn Leistung = Energie/Zeit; = U*I, I gegen Null bedeutet U gegen Unendlich.

Ungeregelt mit Duty Cycle = 0,5-totzeit = ca. 0,45 kann z.B. ein Push-Pull (Gegentakt-Wandler) leisten. Für mehr Details ist eine Spezifikation erforderlich.

Alles Gute.....
Udo
 

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