Svenska ElektronikForumet

Försöker göra en enkel, liten och billig DC/DC.
Krav: inspänning 10-16 volt.
utspänning 5 - 30 volt reglerbar.
utgående ström: 0-10 mA
effetivitet: oviktigt (gärna > 10%)

Har gjort följande koppling som fungerar, men jag är inte nöjd med dess arbetssätt.
Det jag inte är nöjd med är transistorn Q1:s snabba tillslag. Jag vill ha en linjär funktion här, men det går för fort så den får en on/off effekt. (mer om det nedan)

Översikt, funktion:

En 555:a fungerar som oscillator och ger ca 150-200 kHz ut. Signalen förstärks i en gatedriver TC4428 som ger en inverterad och en icke-inverterad signal ut. Dessa matas in i en pulstransformator som är kopplad 1:2 så att jag får ca 48 volt AC (fyrkantsvåg) ut teoretiskt sett. (Det blir dock högre spänning i praktiken, upp till 58 volt DC har jag mätt upp efter likriktning och glättning).

På andra sidan har jag en TL431 som börjar leda ström vid inställd spänningsnivå. Strömmen leds via en optokopplare (4N35) som fungerar som återkoppling till primärsidan.

Det är återkopplingsfunktionen som är lite "grovhuggen". Tanken är att jag linjärreglerar inkommande matningsspänning till rätt nivå med en transistor (bipolär eller MOS).

Jag valde först att göra en spänningsdelare av optokopparens transistor och ett motstånd som skulle ge en spänning ut omvänt proportionell mot strömmen genom optokopplaren. Vid ca 2 mA skulle spänningen dras ner till nära 0 volt. Vid 0 mA ska spänningen ut vara maximal. Jag ville koppla en NPN som spänningsföljare. Men den ville inte följa med. Även om jag kopplade basen direkt till V+ via ett 3k3 motstånd så var spänningsfallet över transistorn fortfarande flera volt. (i LTspice). Att byta till N-mosfet tänkte jag skulle ge större spänningsfall, då den måste nå gate-treshold innan något händer. Därför valde jag att sätta en P-kanals mosfet som på bilden. Men den reagerar lite för sent och lite för snabbt. Det blir en on/off-effekt, och med avkopplingskondensatorn mellan drain och GND så skapade jag en långsam oscillator som satte på och stängde av matningsspänningen, med en period på ca 2 ms. Detta fungerar visserligen - utspänningen blir reglerad. Men lösningen jag ville ha var ju en stabil linjärreglerad VCC till kretsarna, inte en dåligt gjord PWM. Så hur ska jag på ett bättre sätt få VCC att bli omvänt proportionell mot optokopplarens ström som följer mer långsamt / mjukt utan att skapa en oscillator?

Det kan även hända att reaktionen hos TL431 också är för snäv. Så fort jag når över inställd spänning så går strömmen upp med nästan lodrät kurva. Även här skulle jag behöva släta ut kurvan lite mer. Kanske med ett seriemotstånd?

TL431 (den version jag köpt) drar 0.4 (norm) till 0.7 (max) mA vid standby. Så för att denna denna ström inte ska gå genom optokopplaren har jag parallellkopplat optokopplare med ett motstånd på 620 ohm. (ger spänningsfall på 0.43 volt vid 0.7 mA) Optokopplarens LED börjar leda vid ca 0.7 volt.

(Symbolen "+12V" på schemat är alltså inte inkommande matningsspänning, utan den spänning jag får ut efter MOSFETEN's reglering och som används som matning till IC-kretsarna. Den borde kanske hetat "V-reglerad" eller något sådant. Inkommande matningsspänning heter "Vin". Optokopplaren är kopplad till Vin , jag hade ritat fel först och satt den på +12V)

Har du provat att sätta ett R och C i serie mellan "fbb" och Ref på TL431
för att "lugna ner den" en aning?
Ev ändra C5 också.

Återkoppla på CV istället för på RESET. Det kommer minska duty (samt ändra frekvensen). Med en bra kombination av kondensator på CV och NPN-koppling (eller direkt med opto-kopplaren) tror jag det kan bli en ganska bra reglering.

bearing: Spänningen regleras alltså inte av dutycycle eller PWM - det är alltid en 50/50 fyrkantsvåg ut. Det är amplituden jag reglerar genom att justera matningsspänningen linjärt. Så ändring av dutycyclen försämrar bara effektiviteten, men sänker inte utspänningen egentligen, med det sättet som jag kopplat transformatorn.

YD1150: jag ska kolla lite mer noga på databladet för TL431BIDBZR för att se om jag kan göra den lite "slöare"...

Aha. Verkar som om jag satt C5 på fel ställe. Den ska nog gå till katoden istället. Sedan hittade jag ett exempel i databladet som liknar min lösning väldigt mycket, fast de har en resistor i serie med optokopplaren.

Ur databladet:

Jag har provat ut själva energiöverföringen noggrannt under ganska lång tid på breadboard... men själva återkopplingen (som jag var osäker på) chansade jag så jag etsade några kretskort ... det visar sig att jag nog får etsa nya kort ganska snart... när jag väl moddat färdigt den här fina prototypen

Nu fungerar det mycket bättre.

Satte ett 1k motstånd i serie med optokopplaren (LED-sidan) samt en 2.2µF konding direkt mellan ref och katod på TL431. Kanske lite onödigt stor konding? Nackdelen med stor konding där är att justering med trimpoten tar lång tid innan den landar (>10 sek). Det är fortfarande en aning rippel (ca 125 Hz) på återkoppingen men det är lugnt . Ripplet på utgången (vid reglering till 15 volt ut) ligger på 12 mV och är acceptabelt.

Nu går det en jämn ström på ca 1.4 mA genom TL431 (och optokopplaren). Det är vid den nivån som återkopplingen börjar reglera.

Vid en last på 10 kΩ och utspänning på 24 volt ut så regleras inspänningen ner till ca 11 volt. Bara 2.4 mA ut så det var ju inte så jätteeffektivt. Jag undrar om det går att få ut bättre effekt på annat vis , med någorlunda standardkomponenter som inte är allt för dyra?

Normalt sett gör man det här med en UC3524 eller motsvarande. Visst, det är fullt möjligt att göra det med en 555:a, men du avslöjar dig själv som masochist

mmm..
UC3524 Type: Step-Down (Buck), Step-Up (Boost), Flyback, Forward Converter, PWM - Voltage Mode

Men jag har ingen aning om hur jag ska koppla en sådan till en enkel pulstransformator för att få en isolerad DC/DC. Flybacktransformatorer verkar ju vara stora och dyra och tillverkas inte för typ 10 mA ut utan vanligare för >1A ut.

vad 555:an gör är ju bara att skicka ut en 50%/50% fyrkantsvåg. Om jag ska pyssla med PWM så blir transformatoröverföringen mer komplicerad... (i alla fall för mig , någon får gärna tipsa om hur jag ska göra / vad för typ av transformator jag ska använda för att PWM ska fungera på en isolerad DC/DC med 10-15 volt in, 5-30 volt ut). Jag ska kolla upp Intersil's och National's sidor om isolerade DC/DC så får jag se om jag lyckas hitta en bra lösning.

Jag vill helst inte använda en massa dyra komponenter - då kan jag likaväl köpa en färdig modul (har dock inte hittat någon som täcker mina spänningskrav och de är dessutom ofta dimensionerade för onödigt hög effekt)

Däremot slog det mig... min allra första tanke (innan jag gjorde detta schemat med återkopplingen) var att bara köra på utan reglering och sedan helt enkelt sätta en linjär spänningsregulator på utgången. Förlusterna borde ju inte bli sämre än att linjärregulera på primärsidan. Jag tror att jag hoppade över just den lösningen för att jag inte hittade någon linjär regulator som tar 60 volt in... plus att det kändes lite fel att köra fullt ös genom trafon när jag inte behöver det. Men så här i efterhand kan jag nästan säga att min nuvarande lösning är ännu mer slöseri med energi. Nu reglerar jag visserligen ner spänningen på primärsidan till rätt nivå, men istället kör jag ju 1.4 mA genom TL431. Och med tanke på att min last troligtvis inte drar med än 1-2 mA (jag har den inte tillgänglig) så är det ju en betydande del av energin.

EDIT: nu när jag tittar på en del sådana här kretsar så minns jag flera anledningar till varför jag inte orkade använda någon av dem. De har ofta en begränsad VCC t.ex. 9-12 volt, och jag har in kanske 9-15 volt. det blir krångligt.. då får man sätta dit en LDO också.. och så blir det ännu fler kretsar! De kräver dessutom ofta flera induktanser, komplicerade (dyra) transformatorer (som jag inte vet var jag köper) och specialkretsar föråterkopplingen.... så jag vet inte vad som är mest machosistiskt ... jag försöker bara göra det enklaste.

Men är det nån här som tycker det är en baggis så visa gärna ett exempel.

Så här ser t.ex en principskiss från National ut. Inte jättesimpelt direkt:


och kommer man till de rent praktiska kopplingarna ser det inte roligare ut:


Och dessutom funkar dessa kretsar inte inom de spänningsintervall jag är ute efter!

Nu har jag modifierat det hela så den baseras på en helt annan princip - burst.
Genom att sätta en induktor i serie med utgången på sekundärsidan så kommer strömmen sakta att öka tills återkopplingen stänger av NE555 med reset. Då sjunker strömmen genom induktorn tills 555:an åter börjar oscillera.
Principen burst fungerar bra, om jag bara har en tillräckligt stor induktor. 68 mH fungerar bra.

Ripplet på utgången blir större - ca 100 mV och är väl på gränsen till acceptabelt... den är snyggt triangelformad som väntat.

Googla (bildsökning) på SG3525 så hittar du en massa exempel på hur man kan göra. Tex den här:

från http://sound.westhost.com/project89.htm

Ska du ha låg effekt kan man skala ner det där schemat mycket, färre och mindre mosfet, kondensatorer, infilter, kanske snubber osv. Det som blir kvar är kringkomponenterna runt SG3525, mosfets, transformatorn, likriktardioderna och några kondensatorer.

Nu är just det exemplet oreglerat men det går även att köra reglerat med SG3525.

Jag har spenderat flera dagar på att studera sådana där exempel för olika kretsar. Ingen har hittills funkat för de spänningar jag ska ha eller så krävs det dyra och sällsynta transformatorer.

Jag skrev en liten "kokbok" som heter: "Hur man kan göra en Push-pull spänningsomvandlare"
du hittar den i Guider / FAQ. Där hittar du lite info hur man
kan beräkna / linda transformatorn själv.

Om det är till någon hjälp?

Ska kolla upp den. Tack.

Ah, jag borde kanske ha följt upp lite bättre här, men det blev femdagars megaweekend och allt...

En av anledningarna till att jag nämnde just en 3524 är att den har rätt skapligt klipp i utgångarna redan, och ska du inte ha mer än 10mA ut så behöver du med största sannolikhet inte varken extra MOSFETar eller drivare. Fast det var förstås snarare hela den familjen jag tänkte på, eller mer specifikt 3525 jag borde ha tänkt på, som Borre mycket riktigt plockade upp. 3524 funkar bra till en push-pull, men i och med att du vill ha så pass mycket högre spänning här, med den trafon, så är det inte nåt bra val.

I den här applikationen, i och med att du redan har en bestämd trafo, och den är en pulstrafo med (relativt) hög induktans, verkar det ju bäst med en forward-omvandlare med fullbrygga som drivare, så den där induktorn i serie med sekundären är ett bra, en del skulle till och med säga nödvändigt, drag. (Om man inte bygger det allra allra suraste konsumentmög som inte får kosta nånting alls och inte behöver uppfylla några normer mer än Chinese Export, menar jag.) I normala omvandlare är den där spolen mer i stil med 6u8 - 68u, förstås, inte 68m ;)