Verschil buck converter en smarthpone lader

Als ik kijk naar het schema van een smartphone lader en van een buck converter dan zie ik dat een buck converter een flinke spoel in serie met de belasting heeft en een condensator erover en met een hoge frequentie geschakeld wordt.

Een smartphone charger werkt ook met hoge frequentie, maar heeft toch een kleine hf trafo die de spanning naar beneden haalt. Eigenlijk is het AC > DC > AC > DC.

Mijn vraag is, als de gelijkrichter en condensator er toch al DC van heeft gemaakt, waarom wordt er dan niet verder gegaan met het buck converter principe?

Niet mogelijk?
Kosten?
Andere reden?

Op dinsdag 4 juni 2024 12:10:23 schreef InHogereSferen:
Als ik kijk naar het schema van een smartphone lader en van een buck converter dan zie ik dat een buck converter een flinke spoel in serie met de belasting heeft en een condensator erover en met een hoge frequentie geschakeld wordt.

Een smartphone charger werkt ook met hoge frequentie, maar heeft toch een kleine hf trafo die de spanning naar beneden haalt. Eigenlijk is het AC > DC > AC > DC.
Niet mogelijk?
Andere reden?

Niet mogelijk, galvanische scheiding is een noodzaak. (voor de veiligheid)

Aaah, juist. Best wel logisch haha.

En het rendement van een buck converter neemt af naar mate er een groter verschil moet worden overbrugd.

En als ik bijvoorbeeld naar mijn elektrode las inverter kijk, die werkt met hoge stromen (ruim 200A).
Dat kan niet met zo een klein trafotje.

Hoe zou deze spanning omgevormd worden?

Op dinsdag 4 juni 2024 12:43:36 schreef maartenbakker:
En het rendement van een buck converter neemt af naar mate er een groter verschil moet worden overbrugd.

Dat wist ik niet, dankje! Wat is de verklaring? Meer verliezen in de spoel bij toenemende spanning?

de verliezen in de spoel nemen toe naarmate het spanningsverschil groter wordt.

Komt omdat de spoel maar voor één spanning/stroom met de hoogste efficiëntie werkt. Hoe meer je daar van afwijkt hoe groter de verliezen worden, in het koper en/of de kern.

Op dinsdag 4 juni 2024 13:10:38 schreef Paulinha_B:
Dat wist ik niet, dankje! Wat is de verklaring? Meer verliezen in de spoel bij toenemende spanning?

De energie die opgeslagen en weer teruggewonnen moet worden in de spoel die heeft een aantal meer "momenten/onderdelen" om verliezen in te genereren dan de energie die eigenlijk gewoon direct "rechtdoor" gaat.

Denk aan een DCDC converter die van 10V 9V probeert te maken. Ongeveer 90% van de tijd gaat er gewoon energie van de bron (10V) naar de 9V uitgang.

De energie die "overblijft" gebruik je om een spoel "op te laden"
en die ga je dan in 10% van de tijd weer ontladen naar de uitgang, zodat je maar 90% van de uitgangsstroom uit de bron hoeft te halen. In deze fase zijn er meer verliezen. Ook het schakelenlevert verliezen die niet te verwaarlozen zijn. Wordt de verhouding heftiger ga je ofwel grotere spoelen nodig hebben ofwel wordt de "on" tijd erg kort. Procentueel krijg je dan meer schakelverliezen.

@kris: Dat is het issue niet. Stel dat galvanaische scheiding van het net niet vereist is, kan je dan voor de 3.3V van je CPU een 320->3.3V DCDC converter gebruiken? Dat ding is altijd al ontworpen voor die 320->3.3V conversie, dus zou volgens jou verhaal wel efficient zijn. Dat is dus niet waar. enerzijds om de stroomvariaties binnen de perken te houden heb je een grote spoel nodig (Hoog aantal uH).

Daarnaast ga je de zeg "1A bij 3.3V" lopen schakelen met een mosfet die ook 400V aan moet kunnen. Gebruik je een trafotje, dan schakel je de 12mA die je op 320V nodig hebt, met een mosfet die 400V aankan en zeg 1A kan schakelen (volgens de fabrikant). Die heeft dan een RDSON van 2 Ohm, geen probleem. Moet die ook de 1A van de uitgang aankunnen dan heb je een veel duurdere mosfet nodig.

[Bericht gewijzigd door rew op (28%)]

Overigens merk je dit ook bij computervoedingen. Op 230V is het makkelijker om aan een 80+ specificatie te voldoen dan op 120V. Dit komt dan door de boost converter die aan de ingang zit. Ik vermoed dat het zonder de boost converter juist andersom zou zijn, want het rendement van een halve brug of flyback zal ook wel hoger zijn bij een kleiner verschil.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op (47%)]

Op dinsdag 4 juni 2024 13:52:12 schreef rew:
[...]

@kris: Dat is het issue niet. Stel dat galvanaische scheiding van het net niet vereist is, kan je dan voor de 3.3V van je CPU een 320->3.3V DCDC converter gebruiken? Dat ding is altijd al ontworpen voor die 320->3.3V conversie, dus zou volgens jou verhaal wel efficient zijn.

even goed lezen wat ik schreef aub. IN jouw voorbeeld zit je met een groot spanningsverschil, dus het rendement van de buck wordt slechter . En dat schreef ik toch? naarmate het spanningsverschil groter wordt enzv.. zie hierboven en zet je bril op :-)

edit : er zijn uiteraard meerder oorzaken waarom de efficiëntie daalt bij een grote verschilspanning. Ik vermeed de details/

Een smartphone charger werkt ook met hoge frequentie, maar heeft toch een kleine hf trafo die de spanning naar beneden haalt.

Toch de keer dat ik echt een schakeling hebt berekent en gebouwd. stond er in de formules dat als de verschilspanning te groot werd dan je spoel kon vervangen voor een hf trafo met primair dezelfde inductie als de spoel. Er was voor dat IC de 34063A wat in toen gebruikte geen aparte formule voor een hf trafo.

Wat ik toen ook wel logisch vond want per tijds eenheid is er voor de belasting een bepaalde hoeveelheid energie nodig die in doe spoel of in de hf trafo word opgeslagen als de fet in geleiding is en later weer word afgegeven als de fet uit gaat.

Bij een buck converter is de piek stroom primair ongeveer even groot als de stroom secundair. Dus een 20W Buck converter van 3.3V levert 6A aan de uitgang en trekt dan ook stroom-pieken van 6A aan de ingang. Bij hogere stromen wordt dat snel on-practisch.

De efficientie van een buck komt door de kortere duty cycle. Bij een groot spanningsverschil krijg je heel korte pulsen op de ingang en veel langere pulsen op de uitgang.

Dus een buck voor 300V naar 3V3 heeft een ingangs duty cycle van max 1%. Als je dan een hoge frequentie kiest (en dus kleine spoel en minder kosten) van bijv 1MHz, dan is de max puls breedte 10 nanoseconde. En dan moet je hele regelbereik tussen 0 en 10 nS pulsbreedte vallen. Tamelijk lastig om dat voor elkaar te krijgen.

Voordeel van een trafo is dat je daarmee wel met een kleine stroom aan de ingang een veel grotere stroom aan de uitgang kan maken. Kwestie van wikkelverhoudingen.

En als ik bijvoorbeeld naar mijn elektrode las inverter kijk, die werkt met hoge stromen (ruim 200A).
Dat kan niet met zo een klein trafotje.

Hoe zou deze spanning omgevormd worden?

Die gebruikt dan een iets groter trafo´tje :)

Mijn vraag is, als de gelijkrichter en condensator er toch al DC van heeft gemaakt, waarom wordt er dan niet verder gegaan met het buck converter principe?

HEt principe verandert er niet door. Het principe is dat je tijdelijk energie opslaat in een spoel of hf trafo en iets later je die energie ook weer afgeeft aan de belasting.

[Bericht gewijzigd door benleentje op (19%)]

Op dinsdag 4 juni 2024 14:20:26 schreef kris van damme:
En dat schreef ik toch? naarmate het spanningsverschil groter wordt enzv.. zie hierboven en zet je bril op :-)

Sorry, ik snap nog steeds niet waarom je die stelling verdedigt.

Als ik jou posting lees, dan zeg je dat een wide-input-voltage DCDC converter inefficient is omdat de spoel nooit voor alle spanningen optimaal kan zijn. Dat heeft er niets mee te maken. Het is het grote spanningsverschil tussen input en output wat een hoge efficientie in de weg zit.

Ik zeg dat een DCDC converter die precies voor 320V -> 3.3V ontworpen is ook inefficient zal zijn. Jou posting impliceert dat als een DCDC ontworpen zou worden voor precies deze spanningen het wel efficient zou kunnen zijn. Dat is niet zo.

Even voor de goede orde:

komt omdat de spoel maar voor één spanning/stroom met de hoogste efficiëntie werkt

Dit is het stuk waar ik het niet mee eens ben.

Op dinsdag 4 juni 2024 21:24:28 schreef rew:
[...]Sorry, ik snap nog steeds niet waarom je die stelling verdedigt.

Als ik jou posting lees, dan zeg je dat een wide-input-voltage DCDC converter inefficient is omdat de spoel nooit voor alle spanningen optimaal kan zijn. Dat heeft er niets mee te maken. Het is het grote spanningsverschil tussen input en output wat een hoge efficientie in de weg zit.

Ik zeg dat een DCDC converter die precies voor 320V -> 3.3V ontworpen is ook inefficient zal zijn. Jou posting impliceert dat als een DCDC ontworpen zou worden voor precies deze spanningen het wel efficient zou kunnen zijn. Dat is niet zo.

Even voor de goede orde:
[...]Dit is het stuk waar ik het niet mee eens ben.

Hier ben ik het ook niet mee eens. Een spoel heeft een paar meer parameters dan de inductie alleen. IJzerverliezen, koperverliezen, permeabiliteits verliezen, en bij hogere frequenties het skineffect. En er zijn er nog een paar meer.

Die transformatortjes uit voedingen die hoge vermogens moeten omzetten gebruiken ook in plaats van een dikke draad meerdere dunne draden parallel.

Een spoel doet het echt wel op veel meer frequenties. Het wordt wat anders als de primaire of secundaire kring wordt afgestemd zodat de spanning ook nog wordt opgeslingerd. Maar dan is het geen gewone buck converter meer.

Ik had een keer een voeding van een buizen autoradio met een mechanisch schakelaar om wisselspanning te maken. Daar kwam een blokgolf uit met verschrikkelijke schakelpulsen er op. Omdat die schakelaar (of vibrator) defect was had ik zelf een met een paar mosfets en een NE55 een elektronische vibrator gemaakt. Dat werktle opzich prima, alleen werd de trafo gloeiend heet. Dat was dus niet goed. De oorzaak hiervan bleek een condensator te zijn die over de secundaire kant van de trafo zat. Met die condensator vormde de secundaire winding een filter. Dat filter filterde al die schakelde pulsen en maakte van de lelijke blok een redelijke sinus. Met de nieuwe condensator werd de trafo niet meer heet. De waarde van de die condensator bleek ook erg belangrijk. Anders was het filter blijkbaar niet afgestemd.

Als je van een computervoeding de trafo uit elkaar peutert zul je ook zien dat de wikkelverhoudingen niet kloppen met de primaire en secundaire spanningsverhoudingen van de voeding. Hoe dat exact zit weet ik niet. Het ingangsspanningsbereik van een dergelijke voeding vaak wel heel groot. Van 90 tot 250 volt ofzo. Dat verschil kunnen ze elke geval wel met de pwm regeling opvangen. De trafo verhoudingen zijn in elk geval zeg maar bijzonder.

En als je zonder trafo van 230 naar 3 volt wilt heb je beste wel extreme onderdelen nodig. Er gaan in de spoel en het schakel element en in de capaciteiten extreme stromen lopen en er gaan extreme spanningen over de onderdelen staan. Je krijgt dus ook dure en extreme onderdelen. Draad en spoordiktes op de print worden een issue. En hebt een niet geïsoleerde en dus eigenlijk gevaarlijke voeding.

[Bericht gewijzigd door Ex-fietser op (37%)]

Op dinsdag 4 juni 2024 21:24:28 schreef rew:
[...]Sorry, ik snap nog steeds niet waarom je die stelling verdedigt.

Als ik jou posting lees, dan zeg je dat een wide-input-voltage DCDC converter inefficient is omdat de spoel nooit voor alle spanningen optimaal kan zijn. Dat heeft er niets mee te maken. Het is het grote spanningsverschil tussen input en output wat een hoge efficientie in de weg zit.

Ik denk dat je me verkeerd begrijpt, en misschien was ik niet duidelijk genoeg .. met één spanning/ stroom bedoel ik dat de efficiëntie het hoogst is als dus de ingangspanning= uitgangsspanning en ingangstroom = uitgangstroom .Uiteraard heb je dan geen buck nodig, maar dan kan één spoel het meest efficiënt "draaien".
Maar als de twee spanningen sterk afwijken, dus het gaat niet meer over één spanning en.. je zit ook niet meer in de buurt, dan gaat het rendement bergaf.(ik schreef citaat :"de verliezen in de spoel nemen toe naarmate het spanningsverschil groter wordt" en dat doelt uiteraard over het verschil in-en-out)
dat ligt uiteraard niet alleen aan de spoel, ook aan de extreme schakelvoorwaarden etc als je bvb van 310 naar 3,3V moet. Het wordt dan beel beter met twee spoelen= trafo, waarvan eentje geoptimaliseerd is voor de ingang en de andere voor de uitgang. Dat was de vraag van TS, en in dat licht moet je het antwoord begrijpen.Uiteraard heb je dan meteen de galvansiche scheiding die ik als eerste aangaf, meest logisch te begrijpen ook.
Ik heb het nergens over een wide ingang, en dat komt ook nergens in de vraag voor ?

OK. Wat je bedoeld hebt is precies wat ik ook zeg: We zijn het met mekaar eens.

Maar taaltechnisch begrijp ik nog steeds niet hoe ik jou statement anders had moeten lezen.