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DC/DC Converter

Elektronik

Projekt MMD0337 - Sobald eine galvanisch getrennte Stromversorgung erforderlich ist, bieten sich DC/DC Wandler an. Eine sehr einfache Schaltung ist der Royer Wandler. Der Wandler kann mit nahezu jedem NPN-Transistor oder FET aufgebaut werden und es eignet sich nahezu jeder Ferrit Transformer beliebiger geschlossener Bauform. Wichtig zu beachten, dass der Royer Wandler nicht geregelt ist, d.h. die Last sollte konstant sein, um eine feste Ausgangsspannung zu erzielen. Anbei das Schema für einen DC/DC Wandler für Eingang 12 bis 24V DC und Ausgang +-12 (24V) bis +-24 (48V) für bis 30 Watt geeignet ist. Bei 24V muss die Windungszahl verdoppelt werden.

Ein paar Infos zur Schaltung:
Als Transistoren können alle Typen eingesetzt werden, die mindesten 80V vertragen und mindesten den doppelten benötigten Strom (hier >6A) haben. In der Schaltung rechts wurden Darlington Transistor vom Typ TIP142 eingesetzt, die eine Verstärkung hfe von 500 bis 1000 haben mit den passenden Startwiderständen R1/R2 von 100kR. Werden einfache Transistoren anstatt Darlington eingesetzt, ist für einen hfe von 30-50, R1/R2 auf 1kR zu verkleinern.
Die Drossel L1 ist wichtig und darf nicht weggelassen werden (diese trennt den Schwingkreis ab). Der Wert ist nicht so wichtig, ab 220uH ist ein guter Wirkungsgrad gegeben. Der Kondensator C2 bildet mit der Spule den Resonanzschwingkreis und ist elementar Wichtig. Der Kondensator muss ein MKP mit genügender Spannungsfestigkeit sein, um keinen Schaden zu nehmen. Der Schwingkreis bildet sich aus C2 und der Induktivität der primären Transformer Spulen.

Der Ferrit Transformator kann mit Kupfer Lack Draht oder PVC Isoliertem Standard Draht gewickelt werden (Wenn genügend Platz vorhanden ist).
Die Ausgangswicklung des Transformers kann der gewünschten Spannung angepasst werden, damit kann die Schaltung auch als Hochspannungstransformator verwendet werden. Beim Betrieb mit Hochspannungsausgang muss auf gute Isolierung geachtet werden! Es muss jede Lage mit 3 Lagen Teflon Band (vom Baumarkt beim Sanitär) isoliert werden. Bei Sekundär Seitigen 850 Windungen ergeben sich über 1'000V.

Ein paar Messungen (rechts der Wirkungsgrad):
U-In 12V, I-In=0.16A (P 1.9W) - UO=33.6V, IO 30mA 54%

U-In 12V, I-In=0.41A (P 4.9W) - UO=31.0V, IO 80mA 50%

U-In 12V, I-In=1.10A (P 13.2W) - UO=19.8V, IO 415mA 62%

U-In 24V, I-In=1.10A (P 26.4W) - UO=63.2V, IO 158mA 38%

Im Quick and Dirty Aufbau rechts ist zu sehen, dass die drei Windungen für die Steuerung nicht auf den Hauptspulenkörper aufgetragen wurden, sondern loose auf einen Schenkel gewickelt wurden (Violett).

Wenn bei einem Nachbau die Schaltung nicht funktionieren sollte, so als erstes die Steuer-Wicklung (Drei Windungen) prüfen und umgekehrt anschliessen.

Was zu den Berechnungen:
Drossel L1, Ringkern Material N27 z.B. N27-27mm, AL-2530, Formel: L = N*N * AL
Windungen N für L1 330uH ==> N = SQR( L / AL ) = SQR ( 330'000nH / 2530nH ) = 11.4 Wdg -> 12 Windungen
Wickeldraht Drossel L1 330uH für 3Amp => Kupfer Lack Draht 0.5mm2 oder Standard PVC Isolierter Draht 0.8mm Durchmesser

Transformator Wicklung Primär, Ring- oder E-Kern Material N27/N87 z.B. N27-30mm, AL-1700, Formel: L = N*N * AL

Die Induktivität L = N*N * AL = 10*10 * 1700 = 170uH je Primär Wicklung

Wickeldraht primär für die Stromdichte von 3Amp/mm2, wir haben 30W bei 12V => 2.5A auf 2 Wicklungen => 2x1.25A => 0.42mm2
Wickeldraht primär Durchmesser 0.8mm (0.5mm2) (Kupfer Lack Draht oder Standard PVC Isolierter Draht)

Resonanz Schwing Frequenz: F = 1 / ( 2 * Pi * Sqr( L * C ) ) => F = 1 / ( 2 * Pi * Sqr ( 170uH * 22nF ) ) = 82kHz

Resonanz Schwing Frequenz: F = 1 / ( 2 * Pi * Sqr( L * C ) ) => F = 1 / ( 2 * Pi * Sqr ( 170uH * 220nF ) ) = 26kHz (gemessen 25kHz)

Info: Die Widerstände R1/R2 sind mit 100kR rechnerisch zu gross, das funktioniert, weil die Darlington 5kR Widerstände zwischen B-E haben.