Switchmode spoeltje wikkelen

Op 4 januari 2011 19:31:02 schreef knifter:
Ik moet voor een MAX787 (5V Step-down converter) een 50uH spoeltje hebben.

(MAX787: http://www.google.nl/url?sa=t&source=web&cd=2&ved=0CCMQFjAB&url=http%3…)

Nu weet ik niet heel veel van spoelen en ben wat aan het zoeken gegaan. Ik heb intussen wat formules om e.e.a. te berekenen. Maar ik zit met aantal vragen over de kern:

* Heb ik uberhaubt een kern nodig? (Staat geen kern getekend in schema in datasheet volgens mij)
* Wat voor kern is hier handig, en waarom? (100 khz switching freq.)

Het gaat in principe ook zonder kern, maar dan is uw spoel een flinke kloeft omdat de inductie enkel door µ0 van lucht (4 pi * 10^7) bepaald wordt en dan heb je een veel windingen nodig om de nodige inductie te krijgen.
Je kan kant en klare spoelen kopen. De maximum stroom en hun DC weerstand zijn hier opgegeven.
Overschrijd de maximum toegelaten stroom niet, want vanaf dan werkt de spoel niet meer. Voor de rest moet je je niet veel aantrekken dan van de spoel.
Een kern berekenen is niet voor de poes. Je zit dan met de berekening van een magnetisch circuit, relatieve permeabiliteit, eventueel een luchtspleet, ect...

Op 4 januari 2011 19:31:02 schreef knifter:

Ik heb een aantal ringkernen uit SMPS's gespaard, in verschillende kleuren: grijs/ferriet, geel gecoat, licht+donkergroen gecoat. Ook in verschillende diameters. Volgens mij zijn dit de kernen van de 'chokes' op de powersupply.
* Kan ik deze gebruiken? Of waarom niet?
* Wat voor kern materiaal is dit? (Ferriet, Iron Powder, anders?)
* Zegt de kleur iets? (over bv. kern materiaal, verliezen etc)

Een onbekende kern eerst uitmeten. Het kan goed zijn dat het geen ferrietkern is, maar eentje met een flinke hysteresislus en misschien wervelstroomverliezen.
Uitmeten is de boodschap. Leg er enkele wikkelingen rond (vb 15).
Je kan die uitmeten door er een bekende condensator (beste is 100nF) parallel te zetten, en dan die parallelschakeling in serie zetten met een weerstand van 1K. Zet dan een blokgolf van een volt of 10 en een hertz of 500 op en meet over de spoel. Je zal een sinus zien die uitdempt. Als die vreselijk snel uitdempt heb je grote hysteresisverliezen. De inductie en vervolgens de relatieve permeabiliteit kan je uitrekenen.

Op 4 januari 2011 19:31:02 schreef knifter:
De ferriet gekleurde geleid slecht: in de orde van 500 Ohm, hoe ik ook meet (dus kan ook coating zijn die weerstand veroorzaakt?). Een donkergroene is licht beschadigd en lichter van kleur van binnen, deze geleid absoluut niet. Dus het lijken wel al verschillende kernen te zijn.

Alvast dank voor elk antwoord.

Zoals ik al zei, uitmeten is de boodschap.

Er zijn nogal wat verschillende kernmaterialen voor verschillende frequenties. Beter een complete kopen.
Kost maar 2 euro (dit is een 4A versie): http://nl.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getP…

Meestal wordt een type voorgeschreven, maar dit is een uitgefaseerd IC met weinig info.

Op 4 januari 2011 19:51:57 schreef Peter Claus:
Zoals ik al zei, uitmeten is de boodschap.

En veel trial en error.

Inductie en maximale stroom bepalen, verliezen minimaal houden (ivm rendement).
En niet in verzadiging laten komen, dan gaat de inductie achteruit en wordt de kern heet.

Tooltje voor onbekend kernmateriaal: http://www.circuitsonline.net/download/view/93

@Peter Claus: Ik snap dat dit de beste methode is. Maar mijn functie generator is nog niet 'af' (de waveshaper moet nog gemaakt), en dus heb ik geen signaal met een redelijke amplitude beschikbaar.
Ik had gehoopt dat die kleuren ergens voor stonden, maar dat blijkt dus niet zo. En het blijkt dus ook lastig om nog achteraf te bepalen wat voor kern het is. Hij moet uitgemeten.

@Arco: Bestellen ga ik nu ook doen. Maar ik heb zoveel kernen liggen dat ik gedacht had dat er wel iets mee te fabriceren viel.

@Henry: Bedankt voor de tool! Die houd ik er in. Ik moet nu wel eerst L weten om de kern terug te rekenen. Dus deze kernen zijn iets voor later.

Ik heb niet verteld dat ik slechts 500mA MAX er uit wilde hebben (USB). Dus e.e.a. kan een stuk lichter. Het is slechts om mijn telefoon op te laden vanuit mn 3S LiPo accus, zodat ik niet elke 15 min een stopcontact nodig heb tijdens vakantie. Ik had hier nog een MAX787 en 2x een 11.1V/1.7Ah lipo liggen. Met een 7805 verstook ik nogal wat warmte dus ik dacht dat dit een mogelijke oplossing was. Die 5A hoeft er dus echt niet uit (hoop ook van harte van niet....).

Ik heb intussen een aantal spoeltjes-op-oog-gelijk-aan... spoeltjes gepakt en hier gaat het ook al redelijk mee. Ik heb nu met een verbruik van 160mA een efficientie van 74%. Met 320 mA is dat 73%. Met een rimpel van 20 mV en een zeer scherpe piek van 300mV (dat is nog erg jammer). Maar ik heb dan nog wel een te kleine uitgangs capaciteit.

Ik bestel in iedergeval even de juiste onderdelen bij RS, hopen dat ze nog voor vrijdag binnen zijn. Zo voel ik me niet echt veilig om het aan mn telefoon aan te bieden..

E: waar komt trouwens die stap vandaag: op het moment dat hij aan/uit schakelt zie je de uitgang onmiddelijk 20mV omhoog/laag gaan. Is dit een parisitaire capaciteit (het zit op een breadbordje)? Daarna zie je de lineaire toename van de stroom door de spoel (okay). En dan die piek, is dat de reverse recovery van de schottky? Is deze dan te traag? Als ik de tijdbasis naar 20nS zet zie je dat het een uitstervend 'zingen' is.

Ik hoop wel dat je telefoon geschikt is om te laden vanaf usb.
er zal iets van een lader tussen de 5V en de telefoon accu moeten zitten, anders gaat de telefoon accu kapot.

Ik vermoed iets met je spoel, zo'n verschijnsel heb ik wel eens gezien bij het moment dat de spanning over een spoel ompoolt. De magnetische kern wil dan nog even niet mee of zo..? Ik heb geen wetenschappelijk verhaal om dat te onderbouwen.

op het moment dat hij aan/uit schakelt zie je de uitgang onmiddelijk 20mV omhoog/laag gaan.

Ik vermoed dat het de ESR van de elco is die je daar in actie ziet...

Op 5 januari 2011 09:26:33 schreef mr.stijntje:
Ik vermoed iets met je spoel, zo'n verschijnsel heb ik wel eens gezien bij het moment dat de spanning over een spoel ompoolt. De magnetische kern wil dan nog even niet mee of zo..? Ik heb geen wetenschappelijk verhaal om dat te onderbouwen.

Bij de step-down converter keert de stroom niet om. Zoals ik op het scoop plaatje zie zit hier in continuous current mode.

Zou de draad die van naar de vrijloopdiode loopt niet wat te lang zijn en parasitaire inductie vertonen?

Bekijk de schakeling fysisch eens goed.

Het enige wat gebeurt op het moment dat de stroom het hoogst is, is dat de mosfet uitschakelt en de diode de stroom overneemt.

Die 20 mV stap is de spanningsval over een ohmse weerstand, hier waarschijnlijk weerstand spoeldraad. Als het esr was dan zag je dat als een stap na de esl piek. Die piek is inductie. Je shakelt de spoel ineens uit en die wil zijn stroom constant houden dus vliegt de spanning omhoog.

Behalve wat je nu merkt moet je spoelkern ook nog het vermogen bij de schakelfrequentie aankunnen en niet satureren. Op de site van dos4ever staat veel uitleg.

Ik test spoelen voor deze toepassing met een testertje wat ook op die site staat ( hoofdstuk ....voor dummies)
http://www.pa4tim.nl/?p=1859 over die spoeltester
http://www.pa4tim.nl/?p=381 over esr en esl, daar zie je die piek ook.

Wat voor een diode gebruik je? Het moet wel een snelle zijn, voor schakelende voedingen. Een 1N4004 bijvoorbeeld voldoet niet.

Op 4 januari 2011 19:51:57 schreef Peter Claus:
Overschrijd de maximum toegelaten stroom niet, want vanaf dan werkt de spoel niet meer.

Let op: Ook al trek je maximaal 5A, kan de stroom door de spoel in sommgie gevallen toch hoger dan dat zijn.

Dat zie je bij die tester ook. Er loopt 1A per 100mV spanningsval over de 0,1 ohm meetweerstand. De labvoeding geeft dan veel minder aan. Scheelt bijna een factor 10.

Inderdaad moet je diode snel genoeg zijn. Ik had bij mijn eerste testjes een 1n4007 gebruikt maar dat werkt niet meer op 200KHz.

Allen bedankt!

@luukh: Uiteraard. Mijn telefoon laad uit zichzelf ook op uit USB. (HTC). Ik neem nog wat meer apparatuur mee, wat ook allemaal uit een usb-poort oplaad. Dus als het netjes 5V is (zonder de piek..) dan gaat dit prima.

@fred&others: ik heb een zomaar een spoeltje gepakt die op het oog goed leek (zeer slecht, ik weet het..), alleen om te testen. Ik ga straks de ohmse weerstand even meten en kijken of ik hier wat van kan brijen ivm met die 20mV. Het klinkt logisch.

@mbbneon&fred: Ik heb ook zomaar een schottky gepakt! Zeker niet de goede en zeer mogelijk ook een te trage. Ik snap dat de spoel de stroom in stand probeert te houden en dus de spanning omhoog schiet. Wat ik dus zie (die piek) is dus de reverse recovery time van de diode die te hoog is? (Deze gelijd nog niet en de spanning springt naar 'oneindig')

Ik heb overigens allemaal 'kleinere' componenten genomen. De spoel slechts 1.7A, een schottky besteld van veel kleiner caliber als uit die datasheet. Ik heb hooguit 500mA nodig (USB) en het is prima als de boel in elkaar stort of stuk gaat als het meer wordt, dan is er iets goed mis namelijk. Zeker omdat er een accu voorhangt die geen moeite heeft met tientallen Amperes... Er komen uiteraard ook 2 zekeringen in.

Het geheel is op een breadbordje geplugt dus dit is verre van ideaal. Tevens heb ik dus zomaar een schottky en enkele spoeltjes gepakt. Dat dit dus niet (goed) werkt is zeer begrijpelijk. De juiste onderdelen druppelen intussen binnen (RS, waarom 5(!) verschillende pakketen op 1 dag...). Maar het is dus gewoon interresse waar precies de 'features' op het scoopbeeld vandaag komen meer als onbegrip waarom het niet (goed) werkt hoor! Vindt het gewoon leerzaam om precies te weten waarom er wat gebeurd .

Heb intussen juiste spoel binnen (met ohmse weerstand van 0.165 ohm) dus ben benieuwd naar het verschil. Heb er later deze middag even tijd voor. Ik lees dan ook even aandachtig het stukje van Fred door!

pas op bij step-down, als de spoel verzadigt kan de uitgangsspanning wel eens heel snel gelijk worden aan de ingangsspanning.
Die scherpe piek in het scoopbeeld kan 2 oorzaken hebben.
1. je uitgangselco heeft een belabberde ESL (de ESR is ook niet al te goed zo te zien)
2. je scoop kan niet goed uit de voeten met de dV/dt van de geschakelde 12 volt op de spoel (uitschakelen van de Mosfet/inschakelen van de diode.) Hier wil nog wel eens overspraak tussen de kanalen optreden bij goedkopere digitale scopen.
Meet de rimpelspanning op de elco eens zonder dat je de blokspanning op de spoel meet.

En als de mosfet sneuvelt, staat de ingangsspanning ook op de uitgang. Dat vind ik een nadeel van een buck convertor. Je kan daarom altijd de SEPIC convertor overwegen.

De failure mode van een mosfet of transistor is in 99% van alle gevallen een kortsluiting.

Ja dat gevaar bestaat inderdaad. Maar ik heb dit nu liggen en dit zal het even moeten worden. Ik zet er wel een 600mA zekering voor of achter en op de uitgang nog een 5.6 zener. Hierdoor zou zekering er in iedergeval wel altijd uitvliegen. Hoop dat dit aardige bescherming bied.

@DC2PCC: 1. Hij zit met zn lange aansluitingen in een breadboard, dat zal de ESL niet veel goed doen. 2. is deels het geval: als ik de probe losneem van het andere kanaal zie WEL wat veranderen inderdaad, een tweetal kleine dipjes veranderd iets. Maar de piek blijft hetzelfde. (Rigol 1052->1102)

Waaraan zie je dat de ESR slecht is? De sprong?

Ik heb nu de 'juiste' spoel opgezet. En dit is het resultaat:

Hij begint te zingen bij het aanschakelen van de spoel. De plaatsing van de spoel heeft hier beetje invloed op. De stap is een stuk kleiner, deze lijkt dus inderdaad te komen door de ohmse weerstand van de spoel. De oude was ~1 ohm, de nieuwe iets minder.

Het verplaatsen van de elco en een 100n parallel hieraan neemt de piek behoorlijk weg (niet te zien in bovenstaande scoop). Dus de ESR heeft er zeker wat mee te maken. De 100n cap wordt wel erg heet.

Een andere schottkey heeft ook veel invloed op de piek (kleiner) maar dan wordt het zingen weer erger.

Ik ga het eerst eens ergens op solderen want de weerstanden van het breadboard hebben erg veel invloed. De juiste schottky (MBR735) komt morgen.

p.s. http://dm.ncl.ac.uk/peterevans/blog/wp-content/uploads/2009/05/dolby_s…

Nu juiste schottky er op gezet:

Met 5mA load (te weinig denk ik):

En met 320mA load:

Dus wel een heel stuk beter. De uitschieter is bijhoorlijk minder geworden.

Kan ik nog niets makkelijks doen om het op te schonen?

Bedankt allen! ik laat hem denk ik zo. Telefoon laad prima.

Een geschakelde voeding heeft altijd een minimum belasting nodig om goed te kunnen regelen.

http://www.eevblog.com/tag/tutorial/

EEV blog nummer 110, heel interessant, laat je precies zien wat je moet doen om een smps DC-DC te maken

Bedankt Fred. Ik kende hem al, maar heb hem nogmaals gekeken. EEVBlog is eigenlijk bijna altijd wel interressant!

De voeding heeft het overigens prima uitgehouden op vakantie. Heb ook enkele MC34063's besteld voor de volgende keer.

E: De performance van de DC-DC van EEVBlog bekeken is er eigenlijk niet zoveel mis met mijne: 300mVpp ripple bij 5-200mA met een efficiency van 74% is dus prima. Kan er nog een output filter achter hangen om de piek te onderdrukken.

[Bericht gewijzigd door knifter op maandag 17 januari 2011 14:48:15 (34%)]