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Wumpus-Gollum-Forum von "Welt der Radios".
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Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler
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07.10.19 13:53
wumpus 

Administrator

07.10.19 13:53
wumpus 

Administrator

Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo zusammen,

bei Wumpus Welt der Radios gibt es auch eine Seite über Anodenbatterien und Heiz-Akkus. Dort auch Hinweise zum heutigen Ersatz von Anodenbatterien.

Ich habe dort unten auf der Seite auch DC/DC Aufwärtswandler angesprochen. Darauf beziehend, bekam ich eine Nachfrage. Jemand hat im WWW ein solches Wandlermodul DC/DC 4,5 -32 zu 5-35 Volt gefunden. Es wird als Wandlerfrequenz 400 kHz genannt.

Ich habe da so meine Vorbehalte. Erste Oberwelle schon mitten im MW-Bereich. Glaube fast nicht, dass man das "ruhig" bekommt.

Meine eigenen Erfahrungen mit solchen DC/DC Aufwärtswandler resultieren noch auf die diskrete Transistortechnik mit Sperrwandler um 400 - 800 Hz. Schon da gab es gewisse Einstrahlungsprobleme.

Wer hat hier aktuellere Erfahrungen?

Hier noch die erwähnte Seite bei mir:

https://www.welt-der-alten-radios.de/a--...terien-522.html


Grüße von Haus zu Haus
Rainer, DC7BJ (Forumbetreiber)

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07.10.19 17:49
Reflex-Kalle 

WGF-Einsteiger

07.10.19 17:49
Reflex-Kalle 

WGF-Einsteiger

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo Rainer,

das sind dann wahrscheinlich die kleinen Boost-Converter Module mit einem XL6009/XL6019 IC und wenn man sie in ein abschirmendes Weißblechgehäuse einbaut, die Eingangs- und Ausgangsspannung über Drosseln von ein paar 100µH und einen Durchführungskonensator von ein paar 10nF nach draußen führt, dann stört da auch nichts den MW-Empfang. Je nach Betriebsart (Eingangssspannung, Ausgangsspannung/Ausgangsstrom) ist noch ein zusätzlicher, hochkapzitiver (mehrere µF) Keramikkondensator direkt am Eingang/Ausgang des Moduls hilfreich, um die Rippleströme in Grenzen zu halten. Alles kein großer Aufwand.

Gruß

(Reflex-)Kalle

07.10.19 19:18
wumpus 

Administrator

07.10.19 19:18
wumpus 

Administrator

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo Kalle,



die Frage wäre bei diesen Modulen, ob man sie sozusagen ausgangsseitig "in Reihe" schalten kann, um so 3 x 30 Volt = 90 Volt aufzubauen. Müsste eigentlich gehen, wenn man für jedes der drei Wandler eine eigene unabhängige Quell-Batterie verwendet (die nicht auf eine gemeinsame Masse arbeitet), also aus drei mal z.B. 6 Volt eben 90 Volt.


Grüße von Haus zu Haus
Rainer, DC7BJ (Forumbetreiber)

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Zuletzt bearbeitet am 07.10.19 19:27

07.10.19 20:09
Reflex-Kalle 

WGF-Einsteiger

07.10.19 20:09
Reflex-Kalle 

WGF-Einsteiger

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo Rainer,

prinzipiell wäre das so und nur so möglich.

Aber um höhere Spannungen zu erzeugen, gibt andere preiswerte Module. Insbesondere die, die Royer-Wandler sind, erzeugen praktisch gar keine Störstrahlung. Suchst du bei Ebay nach "DC-AC 40W 220V", dann findest du die kleinen Module. Die erzeugen annähernd eine Sinusspannung mit ca. 40kHz, aber die Wechselspannung ist stark von der Belastung und von der Betriebsspannung abhängig. Braucht man auf jedenfall noch eine Begrenzung/Stabilisierung z.B. mit einer Z-Diode.

Gruß

(Reflex-)Kalle

07.10.19 23:00
ingodergute 

Moderator

07.10.19 23:00
ingodergute 

Moderator

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo zusammen,

ich halte von Sperrwandlermodulen in dem Zusammenhang überhaupt nichts. Man kann sie in geschirmte Gehäuse packen und verdrosseln aber ganz ruhig bekommt man die Umgebung kaum oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand.
Im Gegensatz dazu können Gegentaktwandler mit Ferritkerntrafo (am besten mit zwei Schirmwicklungen zwischen Primär- und Sekundärwicklung - eine an primäre Masse, eine an sekundäre Masse) in einem geschirmten Gehäuse gut beherrscht werden. In den 80-er Jahren habe ich dienstlich einen solchen Wandler aufgebaut, der 12V in hochstabile 300V gewandelt hat und sehr störarm war. Er wurde in einem hochsensiblen Meßgerät eingesetzt. Saubere Masseführung, Verdrosselung und Durchführungskondensatoren für alle nach draußen führenden Leitungen haben die Abstrahlung verhindert.

Viele Grüße

Ingo.

_____________
Analog bleiben!

08.10.19 08:18
HB9 

WGF-Premiumnutzer

08.10.19 08:18
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo zusammen,

ich schliesse mich de Meinung von Ingo an, da habe ich sowohl privat als auch beruflich dieselben Erfahrungen gemacht.

Sperrwandler sind vom Prinzip her die schlechtesten Wandler, was die Produktion von Störungen angeht, auch die Auf- und Abwärtssteller (ohne galvanische Trennung) sind nicht viel besser, da die vollen Lastströme 'hart' ein- und ausgeschaltet werden. Bei Gegentakt-Flusswandlern kann man dagegen ähnlich wie bei der Horizontalablenkung in Fernsehgeräten 'sanft' schalten, indem man bewusst die Resonanz der Trafowicklung mit der dazu parallel liegenden Kapazität nutzt. So verschwinden nicht nur die meisten Störungen, es wird auch der Wirkungsgrad erhöht, da während dem Schaltvorgang keine Spannung am Schalter anliegt. Als weiterer Vorteil müssen die Schalter nicht besonders schnell sein, was die Bauteilwahl sehr erleichtert, insbesondere schnelle Dioden für höhere Spannungen sind selten und teuer.

In meinem Software Defined Radio arbeitet ein ungeregelter Gegentakt-Flusswandler, um aus der 6V-Batteriespannung 12V zu generieren. Dieser ist in einem Metallgehäuse und stört überhaupt nicht, die Schaltfrequenz ist um 50kHz. Da kein IC verwendet wird, ist die Schaltung sehr einfach zu bauen und die Bauteilbeschaffung kein Problem.

Ich habe den Schaltplan gerade nicht griffbereit, aber ich liefere ihn noch nach. Für eine 'Anodenbatterie' muss man nur noch eine passende Sekundärwicklung anbringen und spannungsfestere Dioden verwenden, dann ist das Problem gelöst. Eine Regelung der Ausgangsspannung ist nicht erforderlich, da das Übersetzungsverhältnis sehr wenig von der Last abhängt, und eine gewisse Spannungsschwankung musste man ja auch mit 'echten' Anodenbatterien hinnehmen.
Für Kofferradios mit den üblichen Batterieröhren der 'D'-Serie (1.4V-Heizung) kann man natürlich noch eine Heizwicklung samt Gleichrichter vorsehen, so dass man das ganze Gerät aus einer einzigen Spannungsquelle versorgen (z.B. 6V-Akku).

Gruss HB9

08.10.19 11:23
Reflex-Kalle 

WGF-Einsteiger

08.10.19 11:23
Reflex-Kalle 

WGF-Einsteiger

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Noch ein nettes Hallo von mir,

um die kleinen Royer-Wandler etwas genauer kennen lernen zu können, hatte mal jemand nette Videos dazu gemacht

https://youtu.be/CKJbGI_KyCc

https://youtu.be/tQu_TU-qXcc

https://youtu.be/FgK2dY3-sXU

Gruß

(Reflex-)Kalle

09.10.19 11:45
HB9 

WGF-Premiumnutzer

09.10.19 11:45
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Hallo zusammen,

hier noch die versprochene Schaltung vom Gegentakt-Flusswandler, sie ist im Anhang als PDF angehängt.

Im Wesentlichen ist es ein astabiler Multivibrator, bei dem als Arbeitswiderstände die beiden Hälften der Primärwicklung des Trafos dienen. Da der Strom abwechslungsweise in der einen und anderen Wicklung fliesst und die gegensinnig geschaltet sind, wird der Trafo abwechslungsweise in beide Richtungen magnetisiert und damit der Kern gut ausgenutzt, ohne dass es eine Sättigung geben kann.

Die Schaltung im Detail:

Die Betriebsspannung von 5..8V wird über das Eingangsfilter C6/C7/L3/C55/C4 auf die Mittelanzapfung des Trafos geführt. Je nach Anwendung kann das Filter auch einfacher sein, minimal notwendig ist C4, der sollte gute HF-Eigenschaften haben, also ein guter Folien- oder Keramikkondensator. Spule L2 sorgt dafür, dass während der Kommutierung des Stroms von einem FET zum anderen keine Stromspitzen entstehen können und ist ebenfalls nicht zwingend. R3 dämpft dabei parasitäre Resonanzen der Drossel.

Die beiden FETs T1a und Tib (ein Doppel-FET im SO8-Gehäuse) erhalten über R1 und R2 eine Vorspannung, damit sie ohne Ansteuerung nicht komplett gesperrt sind. Das ist nötig, damit der Wandler starten kann. Wenn er einmal läuft, ist die Vorspannung nicht mehr zwingend. Diese Spannung wird durch die rote LED stabilisiert, der Wert ist von den verwendeten FET-Typen abhängig und sollte nicht höher sein, als dass es zum Anschwingen braucht. Man kann auch Z-Dioden an Stelle der LED verwenden, die LED braucht aber weniger Strom als eine Z-Diode, so dass bei Verwendung von Z-Dioden R4 etwas verkleinert werden soll.

Die eigentliche Gate-Ansteuerung erfolgt durch die beiden Kondensatoren C1 und C2, die Kapazität bestimmt zusammen mit dem Widerstandswert von R1 und R2 die Schwingfrequenz, welche hier ca. 30kHz beträgt und spannungsabhängig ist, was aber nicht stört.

Die Funktion ist folgende, es wird von einer Speisespannung von 6V ausgegangen.
Nehmen wir als Startzustand an, dass T1a leitet und T1b sperrt, dann ist die Gatespannung von T1a positiv und von T1b negativ. Die Drainspannung von T1a ist praktisch Null und von T1b 12V (die Betriebsspannung 6V dürch Trafo L1 hochtransformiert). Somit steigt die Gatespannung von T1b bis auf Null Volt an, da C1 durch R2 entladen wird. Gleichzeitig sinkt die Gatespannung Richtung Null Volt, weil C2 durch R1 geladen wird. Sobald die Gatespannung in die Nähe der Schwellspannung abgesunken ist (ca. 2V bei diesem FET), beginnt die Drainspannung von T1a zu steigen, da der Innenwiderstand des FETs steigt. Das hat folgende Konsequenzen:
Die steigende Drainspannung von T1a bewirkt ein Absinken der Drainspannung von T1b, da diese Spannung über den Trafo L1 übertragen wird. Das Absinken der Drainspannung von T1b würd über C2 auf das Gate von T1a übertragen, so dass die Gatespannung von T1a weiter sinkt, was den oben beschriebenen Effekt verstärkt. Somit wird T1a schnell abgeschaltet und die Drainspannung steigt wegen des Magnetisierungsstroms von L1 schnell an, gleichzeitig sinkt die Spannung am Drain von T1b wegen der magnetischen Kopplung ab. Erreicht sie Null Volt, beginnt die Inversdiode in T1b zu leiten, so dass die Drainspannung nicht mehr weiter abfällt und entsprechend die Drainspannung von T1a bei 12V bleibt und nicht mehr weiter ansteigt.
Die ansteigende Drainspannung von T1a wird über C1 auf das Gate von T1b geleitet, so dass dieser eine positive Gatespannung bekommt und damit durchgesteuert wird.
Da C2 beim Schaltvorgang auf ca. 12V geladen war (Pluspol rechts), ist die Gatespannung von T1a nach dem Schalten etwa -12V.
Nun beginnt dasselbe Spiel umgekehrt, also T1b leitend und T1a gesperrt.

Diese Selbststeuerung hat gegenüber Fremdsteuerung neben der Einfachheit noch den Vorteil, dass eine starke Sättigung des Trafos L1 verhindert wird. Sobald nämlich der Trafo zu sättigen beginnt, sinkt die Drainspannung am gesperrten FET ab, was über den Rückkopplungskondensator (C1 oder C2) die Gatespannung des leitenden FETs reduziert und so einen vorzeitigen Umschaltvorgang einleitet, welcher den Trafo entmagnetisiert.

Da die ursprüngliche Schaltung "nur" ein Spannungsverdoppler ist, wird die Spannung an der Primärwicklung gleichgerichtet. Für höhere Spannungen spendiert man eine Sekundärwicklung mit passender Windungszahl. An der Primärwicklung (zwinschen den beiden Drains) liegt dabei eine Rechteckspannung von 12V Amplitude. Eine Vollweggleichrichtung ist dabei Pflicht, somit drängt sich ein Brückengleichrichter auf.

Ich habe den Trafo L1 auf einen N30-Doppellochkern von Epcos gewickelt, für höhere Spannungen nimmt man besser einen Topfkern (RM, P,...) aus N30 ohne Luftspalt. Die beiden Hälften der Primärwicklung werden dabei bifilar gewickelt, beim Übersetzungsverhältnis ist zu beachten, dass an der Primärwicklung bereits die doppelte Betriebsspannung anliegt.

Teil 2 folgt...

Gruss HB9

Zuletzt bearbeitet am 09.10.19 12:07

Datei-Anhänge
DCDC.pdf DCDC.pdf (16x)

Mime-Type: application/pdf, 19 kB

09.10.19 11:59
HB9 

WGF-Premiumnutzer

09.10.19 11:59
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Ersatz für Anodenbatterien: DC/DC-Aufwärtswandler

Weiter mit Teil 2:

Der Gleichrichter ist sinnvollerweise ein Brückengleichrichter, so braucht man nur eine Sekundärwicklung und die Dioden müssen nicht die doppelte Ausgangsspannung aushalten. Einweggleichrichtung ist hier strikt verboten, das würde den Trafo sättigen.
Die Dioden müssen schnell sein und die Spannung aushalten. Schnelle Dioden für viel Strom sind eher exotisch, daher sollte man sie nicht überdimensionieren.

Am Ausgang braucht es wegen der hohen Schaltfrequenz und der rechteckigen Ausgangsspannung keine grossen Glättungskondensatoren, ausser der Laststrom schwankt stark (z.B. beim Betrieb einer Gegentakt-Endstufe im B-Betrieb). Eine Entstördrossel kann hier nicht schaden und wegen der geringen Induktivität wird sie recht klein.
Werden grosse Pufferkondensatoren verwendet, ist der Ladestrom beim Einschalten zu beachten und ein passender Ladewiderstand vorzusehen. Die Kapazität erscheint nämlich um das Quadrat der Spannungsübersetzung vergrössert am Eingang, und die FETs vertragen nicht beliebig viel Strom, zudem wird das Aufstarten bei grossen Lastströmen erschwert oder verunmöglicht.

Für die Filterdrosseln L2..L4 habe ich solche von CoilCraft verwendet, die haben etwa 1cm Kantenlänge und sind 4mm dick, also richtig klein.

Wenn man ein Batterieröhrengerät mit einem solchen Wandler ausrüstet, hat man zusätzliche Optionen. Man kann z.B. die Endstufe über eine separate Wicklung (mit Gleichrichter und Entstörglied) heizen und so das Kathodenpotential von der Masse befreien. Dadurch kann man die Gitterspannung wie bei indirekt geheizten Röhren mit einem Kathodenwiderstand einstellen. An Stelle der teilweise verwendeten Gitterspannungsbatterien kann man diese Spannung ebenfalls mit einer Hilfswicklung erzeugen.
Weiter kann man auch alle Röhrenheizungen über eine Hilfswicklung (mit Gleichrichter und Entstörglied) betreiben, so entfällt die Heizbatterie. Verwendet man 2 Lithium-Akkus in Serie (ca. 7V), bekommt man so ein sehr leichtes und kompaktes Gerät mit langer Spieldauer. Bei Geräten mit vielen Röhren muss man eventuell stärkere Transistoren verwenden, die hier verwendeten erlauben ca. 4W Leistung bei 6V, bei guter Kühlung auch etwas mehr.

Beim Einbau ist darauf zu achten, dass das vom Trafo L1 erzeugte Magnetfeld nicht von der Ferrit- oder Rahmenantenne "eingefangen" wird, daher muss der Wandler in ein Weissblech-Gehäuse eingebaut werden. Da Rahmen- und Ferritantennen eine starke Richtwirkung haben, kann mit einer guten Einbauposition eine vollständige Störunterdrückung erreicht werden. Werden nur externe Antennen verwendet, gibt es keine Probleme, ausser das Magnetfeld koppelt in eine nicht abgeschirmte Schwingkreisspule des Empfängers.

Falls man den Wandler mit höheren Spannungen als 8V betreiben will (z.B. 12V-Autobatterie), ist zu beachten, dass an den Gates und den Drains die doppelte Betriebsspannung anliegt. Die hier verwendeten FETs vertragen 50V Drainspannung, aber nur 20V Gatespannung. Bei 12V-Betrieb (max. 16V) wird also die Gatespannung zu hoch. Das kann vermieden werden, indem C1 und C2 nicht direkt mit den Drains, sondern mit Anzapfungen der Primärwicklung verbunden werden, in diesem Fall müssten die Anzahpfungen etwa in der Hälfte der jeweiligen Primärwicklung sein.

Gruss HB9

Zuletzt bearbeitet am 09.10.19 12:19

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