Problem mit Trafo für Sperrwandler-Schaltung

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,

ich habe mir eine Sperrwandler-Schaltung mit Current-Mode-PWM-Controller gebaut. Der Trafo bereitet mir dabei Probleme.

Mit der Schaltung möchte ich aus 11V Gleichspg. 6500V Gleichspg. (max. 3mA) für einen Ozongenerator machen.

Wenn ich den Trafo ausschließlich mit der Primärwicklung teste, dann verhält er sich genau so, wie ich ihn berechnet habe. Der Strom in der Spule steigt linear an und erreicht nach ca. 9µs sein Maximum. Sobald jedoch die Sekundärwicklung dazu kommt (ohne, dass sie angeschlossen ist), steigt der Strom so schnell an (nicht linear), dass in der Primärspule nur ganz kurze Impulse entstehen (ca. 1µs). Der Current-Mode-Regler kann kaum auf diesen schnellen Anstieg reagieren. Jedenfalls wird die hohe Ausgangsspannung mit diesen kurzen Impulsen nicht ansatzweise erreicht. Ich habe den Trafo im ausgebauten Zustand getestet - an der Elektronik liegt es nicht.

Wie kann die Sekundärwicklung eine solche Wirkung haben, obwohl sie gar nicht angeschlossen ist? Kann man das Problem irgendwie lösen?

Hier noch einige Daten:
Ausgangsleistung: 19,5W
Gesamtleistung (inkl. Verlust etc.): 30,8W
Frequenz: 60kHz
Max. Tastverhältnis: 0,5
Maximalstrom primär (Peak): 11,2A
Primärinduktivität: 8,185µH
Aemin: 49mm²
Bmax: 244,7mT
Kernmaterial: N27 (E30/15/7, EPCOS)
Luftspalt: 0,44mm
AL-Wert (resultierend): 161nH
Erforderl. Primärwindungszahl: 8
Resultierende Sekundärwindungszahl: 4766

Für die Primärwicklung verwende ich HF-Litze, Gesamtquerschnitt 2,2mm². Sie befindet sich unter und über der Sekundärwicklung, um eine optimale Kopplung zu erreichen.

Drahtdurchmesser sekundär: 0,036mm
Ohmscher Widerstand Sekundärwicklung: ca. 4k

Vielen Dank schon mal für eure Hilfe!

Gruß,
Thomas

#2

Wie kann die Sekundärwicklung eine solche Wirkung haben,
obwohl sie gar nicht angeschlossen ist? Kann man das Problem
irgendwie lösen?

Hallo Thomas,

statisch betrachtet kann in der Sekundärwindung kein Strom fliessen, aber im Zeitbereich µsec sieht das anders aus, da kommt die Kapazität der Windung ins Spiel, besonders bei hohen Windungszahlen. Man kann das auch so betrachten, dass die Sekundärwindung zusammen mit ihrer Windungskapazität einen Schwingkreis bildet. µsec entspricht MHz, das kommt gefühlsmässig schon hin.

Gruss Reinhard

#3

Hallo Thomas,

Wie kann die Sekundärwicklung eine solche Wirkung haben,
obwohl sie gar nicht angeschlossen ist?

Wie schon gesagt, Windungskapazitäten und die Induktivität. Ohne Belastung können auch noch SPannungsspitzen entstehen und zu Überschlägen führen.

Die Dinger sind recht heikel.
Wenn du den Gleichrichter und die Kapazität anschliesst, wird nochmals alles anders.

Wir hatten in eine Konstruktion einen Sperrwandler mit einem FET. Die Herstellung des verwendeten Typs wurde von Hitachi eingestellt und die vorgeschlagenen Ersatztypen hatten etwas andere Kapazitäten. Es blieb dann nichts anderes Übrig als die ganze Schaltung, incl. Trafo, neu zu dimensionieren.

MfG Peter(TOO)

#4

Hallo Peter und Reinhard,

Heisst das, dass ich mit der Frequenz runtergehen müsste (also den Trafo neu berechnen), oder kann man das evtl. kompensieren?

Gruß,
Thomas

#5

Hallo Thomas,

Heisst das, dass ich mit der Frequenz runtergehen müsste (also
den Trafo neu berechnen), oder kann man das evtl.
kompensieren?

Keine Ahnung was du gerechnet hast und ich hab auch keine Lust da was nachzurechnen.

MfG Peter(TOO)

#6

Hallo,

Zitat Thomas: „Wenn ich den Trafo ausschließlich mit der Primärwicklung teste, dann verhält er sich genau so, wie ich ihn berechnet habe.“

Das scheint mir ein grundsätzliches Problem zu sein - ein Trafo verhält sich niemals nie nicht wie die Primärwicklung allein. Er transponiert sozusagen die Bauteile an der Sekundärspule entsprechend der Windungszahl auf die Primäranschlüsse, ansonsten ist ein idealer Trafo so gut wie nicht vorhanden. Also wenn du sekundär einen 8-Ohm-Lautsprecher anschliesst und 10:1 Windungen hast, ist das das gleiche wie ein 80-Ohm Lautsprecher primär.

Will damit sagen, dass man das so sicher nicht rechnen kann.

Gruss Reinhard

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#7

Hallo,

Heisst das, dass ich mit der Frequenz runtergehen müsste (also
den Trafo neu berechnen), oder kann man das evtl. kompensieren?

Parasitäre Kapazitäten kannst du schlecht wegbekommen.
Da wäre eine komplette Neuentwicklung eh anfällig.

Ich würde das Konzept mal überdenken.
Womöglich wäre es einfacher, wenn der Übertragungsfaktor
nicht so groß ist.
Da brauchst du eben sehr viel Sekundärwindungen und einen recht
hohen Primärstrom.
Mit einer Primärspannung von 200-500V wäre das Windungsverhältnis
deutlich kleiner und die Dreckeffekte wohl besser beherrschbar.

DCDC-Wandler für solch hohe Spannungen kann man kaufen und
schnelle Halbleiter bis 1000V sollten auch kein Thema sein.
Gruß Uwi

#8

Hallo Uwi,

vielen Dank für die Tipps! Werde das nochmal neu planen…

Gruß,
Thomas

#9

800 Ohm…

Grüße

Uwe