Dimensionierung Schaltwandler von 6V auf 12V bis 14V - Moped, Mofa und Roller

Es wird ein Schaltwandler (Hochsetzsteller, Boost-Converter, Step-Up-Converter) dimensioniert, der eine Eingangsspannung von etwa 6V auf 12 bis 14 Volt transformiert

Heute bauen wir einen Schaltwandler von 6 auf 12 Volt.

Dimensionierung L und C

Rahmenbedingungen:
Ue = 6V
Ua = 14V
P = 17Watt
Ie = 17W/6V = 2.84A (= Eingangsstrom)
Ia = 17W/14V = 1.21A (=Ausgangsstrom)

Die Werte sind Theoretischer Natur, in durchschnittlich bis guten Fällen sind Wirkungsgrade von 75% erreichbar.

Dimensionierung L:

Die Dimension hängt von der zulaessigen Stromwelligkeit ab - Basis sollen 20% sein.

deltaIl = 0.2*Ie
deltaIl = 0.57A

Leistungsbilanz: Ua * Ia = Ue * Ie -> Ie = Ia * (Ua / Ue)

Es soll mit 8kHz Grundfrequenz getaktet werden (also hoerbar!) Anmerkung: Die niedere Frequenz ist günstig, was die Verluste im MOSFET angeht und ungünstig, was die Spulen und Kondensatorgröße betrifft.

Somit gilt:

L = (1/deltaIl)*(Ua-Ue)*(Ue/Ua)*(1/f)

fuer unsere Werte folgt fuer L:

L = (1/0.57A)*(14V-6V)*(6V/14V)*(1/8000Hz)
L = (1.7606)*(8V)*(0.4286)*(0.000125)
L = 6/8000H
L = 0.0007519 = 750µH



Dimensionierung Ca:

Dimension haengt hauptsaechlich von der zulaessigen Spannungswelligkeit und somit von der Impedanz des Kondensator ab.

Formel Ca:

deltaUa = ca: Id*Zmax

Z = R + jXc
Xc = -(1/(wC))

w = 2*pi*f = 2*3.14*8000 = 50265


Somit brauchen wir eine Spule bzw. Drossel, die locker mal 3A Dauerlast wegsteckt...





UPDATE 01.04.2008:

Das Ganze wird mit einem TL497 kombiniert aufgebaut und sieht dann beispielsweise so aus (der Brückengleichrichter bei der Batterie gehört erst einmal nicht dazu und ist für etwas anderes):


Das Bild Zeigt mittlerweile einen Aufbau mit einer 50µH Spule (4x 0,6mm Kupferdraht - für hohe Oberfläche und niederen Widerstand) Die Schaltfrequenz liegt mittlerweile bei etwa 18kHz. Somit ist der Berechnungsweg oben exemplarisch zu sehen und an die eigenen Frequenzwerte anzupassen - die Formeln stehen ja oben.

Ergebnis:
Ruhestrom bei 6V: 20mA = 120mWatt. Das ist ok. Maximalstrom am Ausgang: 3A bei 12V. Also alles in allem gut 30 Watt.

ABER: bei der aktuellen Dimensionierung liegt der Wirkungsgrad bei etwa 55% das ist reichlich schlecht. Untersuchungen mit dem Oszilloskop haben herausgebracht, dass der (wenn auch LogigPegel) MOSFET nur 3,5Volt Ugs = Gate-Source Spannung bekommt.

Mittlerweile wurde die Schaltung geanedert und es liegen 5,5Volt Steuerspannung am MOSFET an (genug für einen MOSFET mit logic level (LL) Kennzeichen wie den IRLZ 34 N) - aktuelle Messungen laufen...

- to be continued -