07.12.2018, 12:19 PM
Ich hatte das nie verborgen 
Nur schnell noch....ohh.....hmm.....shit......na egal!
Nicht alles was funktioniert sollte es auch.
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(2/4) Multiphase Step-Up Wandler - Boost Converter
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07.12.2018, 07:28 PM
Für diese Leistungsklasse fehlt mit mir leider Zeit noch Muse. Ein 12V 1400W Netzteil habe ich aber da.
02.01.2019, 07:38 PM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 02.01.2019, 07:40 PM von christianw..)
Frohes Neues und weiter gehts.
Verglichen wurden nun 3 verschiedene Drosseln:
Coilcraft XAL1510-472 (4u7H)
Coilcraft XAL1510-103 (10u0H)
Würth 7443930047 (4u7H)
Die XAL1510-472 und Würth 7443930047 wurden mit dem selben DCR-Anpassungsnetzwerk gemessen. Die technischen Parameter beider Drosseln sind laut Datenblatt gleich, allerdings zeigt sich, dass die Würth-Drossel durchweg zu einem besseren Gesamtwirkungsgrad beiträgt.
Cp: 220n
Rs: 10k
Rp: 20k5
Für die XAL1510-103 musste das Anpassungsnetzwerk geändert werden.
Cp: 470n
Rs: 10k
Rp: 4k7
Ist das Board im Shutdown, ergibt sich keine Differenz in den Verlusten - sollte klar sein.
Ist das Board aktiv und die Controller arbeiten im Pulse-Skip-Mode, ergeben sich ohne Last folgende Graphen:
Woher die Peaks bei 15V resp. 20V herkommen ist derzeit unklar, u.U. ein Phänomen subharmonischer Oszillation.
Nachfolgend wird das Board mit einer Minimallast von 5W beaufschlagt und die Effizienz bestimmt. Hieraus ergibt sich nachfolgendes Diagramm:
Der Einbruch bei beiden 4u7H Drosseln scheint auch ein parasitäres Problem zu sein. (Subharmonics) Es darf vermutet werden, dass Cp=220nF zu gering ist. Die 10u0H schlägt sich gut. (Mit Cp=470nF)
Im Detail (9-16V) sieht das so aus:
Im direkten Vergleich der beiden 4u7H Drosseln ergibt sich der prezentuale Effizienzvorteil für die Würth-Drossel zu:
Ein abschliessender Lasttest bis 150W bei Vin=12V zeichnet diesen Plot:
Hieraus lässt sich erstmal nicht erkennen, dass der Einsatz einer 10uH Drossel Vorteile bringt. Die beste Performanz liefert bisher die Würth 7443930047 mit 4u7H. Es ist allerdings davon auszugehen, dass die 10uH Drosseln sich bei konstanster Last und kontinuierlicher Kommutierung durch den geringeren Ripplestrom weniger erwärmen.
Für die XAL1510-103 ergibt sich für Vin=12V Pout=50W "Minilast" nach 30 Minuten eine Oberflächentemperatur von 42°C bei 20°C Raumtemperatur. Der Test für die Würth steht noch aus.
Hmm, hmm. Könnte der bessere Wert für die Würth-Drossel allein aus besserer geometrischer Symmetrie begründet sein? Die Verarbeitung der Teile sieht wesentlich hochwertiger aus.
Verglichen wurden nun 3 verschiedene Drosseln:
Coilcraft XAL1510-472 (4u7H)
Coilcraft XAL1510-103 (10u0H)
Würth 7443930047 (4u7H)
Die XAL1510-472 und Würth 7443930047 wurden mit dem selben DCR-Anpassungsnetzwerk gemessen. Die technischen Parameter beider Drosseln sind laut Datenblatt gleich, allerdings zeigt sich, dass die Würth-Drossel durchweg zu einem besseren Gesamtwirkungsgrad beiträgt.
Cp: 220n
Rs: 10k
Rp: 20k5
Für die XAL1510-103 musste das Anpassungsnetzwerk geändert werden.
Cp: 470n
Rs: 10k
Rp: 4k7
Ist das Board im Shutdown, ergibt sich keine Differenz in den Verlusten - sollte klar sein.
Ist das Board aktiv und die Controller arbeiten im Pulse-Skip-Mode, ergeben sich ohne Last folgende Graphen:
Woher die Peaks bei 15V resp. 20V herkommen ist derzeit unklar, u.U. ein Phänomen subharmonischer Oszillation.
Nachfolgend wird das Board mit einer Minimallast von 5W beaufschlagt und die Effizienz bestimmt. Hieraus ergibt sich nachfolgendes Diagramm:
Der Einbruch bei beiden 4u7H Drosseln scheint auch ein parasitäres Problem zu sein. (Subharmonics) Es darf vermutet werden, dass Cp=220nF zu gering ist. Die 10u0H schlägt sich gut. (Mit Cp=470nF)
Im Detail (9-16V) sieht das so aus:
Im direkten Vergleich der beiden 4u7H Drosseln ergibt sich der prezentuale Effizienzvorteil für die Würth-Drossel zu:
Ein abschliessender Lasttest bis 150W bei Vin=12V zeichnet diesen Plot:
Hieraus lässt sich erstmal nicht erkennen, dass der Einsatz einer 10uH Drossel Vorteile bringt. Die beste Performanz liefert bisher die Würth 7443930047 mit 4u7H. Es ist allerdings davon auszugehen, dass die 10uH Drosseln sich bei konstanster Last und kontinuierlicher Kommutierung durch den geringeren Ripplestrom weniger erwärmen.
Für die XAL1510-103 ergibt sich für Vin=12V Pout=50W "Minilast" nach 30 Minuten eine Oberflächentemperatur von 42°C bei 20°C Raumtemperatur. Der Test für die Würth steht noch aus.
Hmm, hmm. Könnte der bessere Wert für die Würth-Drossel allein aus besserer geometrischer Symmetrie begründet sein? Die Verarbeitung der Teile sieht wesentlich hochwertiger aus.
02.01.2019, 08:07 PM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 02.01.2019, 08:08 PM von voltwide.)
Die Vergleiche sind zweifellos interessant, bleiben aber auch problematisch. Eingesetzt in die reale Wandler-Schaltung kann man nie sicher sein, dass die Drosseln unter exakt denselben Bedingungen betrieben werden. Der Wirkungsgrad-Einbruch bei 5W wäre so ein verdächtiger Fall. Am Ende aber zählt der resultierende Wirkungsgrad, egal wie sich die Verlustanteile auf die einzelnen Komponenten verteilen.
...mit der Lizenz zum Löten!
02.01.2019, 10:01 PM
Der angebene Wirkungsgrad ist doch der resultierende Wirkungsgrad der Gesamtschaltung. Ich verstehe den letzten Satz nicht so ganz. Die Würth scheinen "besser" zu sein, irgendwie.
05.01.2019, 03:17 AM
(04.01.2019, 09:08 PM)christianw. schrieb: Klär mich mal auf.
Ich meine, dass beim Wechseln einer Drossel der insgesamt gemessene Wirkungsgradunterschied und die daraus resultierende Änderung der Verlustleistung nicht zwangsläufig allein in der Drossel wieder zu finden sein muß. Die von mir angesprochene verdächtige Kurve deutet mir darauf hin, dass bei verschiedenen Drosseln sich noch mehr ändert als die Drosselverluste alleine . möglicherweise irgendwelche parasitären Effekte wie unterschiedliche Wicklungskapazitäten, Änderungen der Betriebsparameter der MOSFETs (hard- oder soft-switching) und was dergleichen Möglichkeiten mehr sind.
...mit der Lizenz zum Löten!
05.01.2019, 10:14 AM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 05.01.2019, 10:17 AM von christianw..)
Ich habe alle 4 Drosseln gewechselt. Die Parameter für DCR und L sind von Coilcraft und Würth gleich angegeben.
Hmm, hmm.
Hmm, hmm.
05.01.2019, 01:06 PM
(05.01.2019, 10:14 AM)christianw. schrieb: Ich habe alle 4 Drosseln gewechselt. Die Parameter für DCR und L sind von Coilcraft und Würth gleich angegeben.Mir scheint wir reden aneinander vorbei. Bei Deinem 5W Test fällt ja dieser Wirkungsgradabfall auf, den beide 4,7uH Drosseln zeigen - die mit 10uH aber nicht. Der ripple-Strom wäre bei 4,7uH doppelt so hoch wie bei 10uh - das macht natürlich einen Unterschied an allen möglichen Ecken, nicht nur in den Spulen selbst.
Hmm, hmm.
...mit der Lizenz zum Löten!
05.01.2019, 02:03 PM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 05.01.2019, 02:05 PM von christianw..)
Das ist richtig, darum habe ich nur die beiden 4u7 miteinander verglichen, die 10u0 außen vor gelassen. Trotz gleicher techn. Parameter (nach Datenblatt) scheint die Würth besser zu sein.
Deine Aussage bzgl. Parasiten passt ja nun dahingehend dazu, dass ich auf bessere mechanische Symmetrie in der Drossel als mögliche Ursache sehe.
Der Wirkungsgradabfall zwischen 30-40V kommt ziemlich sicher von der DCR-Messschaltung, die ist noch nicht niederohmig genug.
Eine Kontrollmöglichkeit könnte sein, diesen Vergleich für die 10u0 zu wiederholen, dazu müsste ich welche bei Würth bestellen.
Deine Aussage bzgl. Parasiten passt ja nun dahingehend dazu, dass ich auf bessere mechanische Symmetrie in der Drossel als mögliche Ursache sehe.
Der Wirkungsgradabfall zwischen 30-40V kommt ziemlich sicher von der DCR-Messschaltung, die ist noch nicht niederohmig genug.
Eine Kontrollmöglichkeit könnte sein, diesen Vergleich für die 10u0 zu wiederholen, dazu müsste ich welche bei Würth bestellen.
14.01.2019, 07:36 PM
Zwischenzeitlich sind die Infineon FETs angekommen, also habe ich diese gegen die Toshiba verglichen, hier mit den bekannten Coilcraft XAL1510-103.
Nicht viel, aber immerhin 1.5-2% besser.
Nicht viel, aber immerhin 1.5-2% besser.
14.01.2019, 08:37 PM
(14.01.2019, 07:36 PM)christianw. schrieb: Zwischenzeitlich sind die Infineon FETs angekommen, also habe ich diese gegen die Toshiba verglichen, hier mit den bekannten Coilcraft XAL1510-103.
Nicht viel, aber immerhin 1.5-2% besser.
irgendwie waren Infineons bei mir auch immer die Besten, da kann man nix machen
...mit der Lizenz zum Löten!
22.01.2019, 07:34 PM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 22.01.2019, 07:38 PM von christianw..)
Die Firma Würth war so freundlich und hat einige Muster geschickt, so dass weitere Messungen vorgenommen werden konnten.
Die Boards sind jetzt mit Infineon FETs bestückt, hier zeigte sich durch den Tausch eine Verbesserung von ca. 2%. In vorherigen Messungen (noch mit Toshiba FETs) mit 4u7H Drosseln ergab sich, dass die Modelle von Würth im Vergleich zu Coilcraft besser abschnitten. Gemessen wurden damals Coilcraft XAL1510-472 gegen Würth 74439370047, betrachtet wurde der Wirkungsgrad bei 5W Minimallast für variable Eingangsspannungen. Im Bereich 9-16V waren die Würth etwa 3-4% besser.
Die Umrüstung auf 10uH soll die Kernverluste durch kleineren Ripplestrom minimieren, hier also der Vergleich von
Coilcraft XAL1510-103
Wuerth 74439370100 Hyperflux
Wuerth 74435561100 WE-PERM2
erwartet habe ich eine Verbesserung mit den Wuerth.. ist aber nicht.
So gesehen bleibt es wohl erstmal bei den Coilcraft XAL1510-103. Ein anderer Aspekt wäre nochmal die Frequenzbetrachtung, hier hat Coilcraft aufgerüstet und kann nun Verluste vs. fs plotten. Die absoluten Werte sind nicht entscheidend.. hmm..
Die Boards sind jetzt mit Infineon FETs bestückt, hier zeigte sich durch den Tausch eine Verbesserung von ca. 2%. In vorherigen Messungen (noch mit Toshiba FETs) mit 4u7H Drosseln ergab sich, dass die Modelle von Würth im Vergleich zu Coilcraft besser abschnitten. Gemessen wurden damals Coilcraft XAL1510-472 gegen Würth 74439370047, betrachtet wurde der Wirkungsgrad bei 5W Minimallast für variable Eingangsspannungen. Im Bereich 9-16V waren die Würth etwa 3-4% besser.
Die Umrüstung auf 10uH soll die Kernverluste durch kleineren Ripplestrom minimieren, hier also der Vergleich von
Coilcraft XAL1510-103
Wuerth 74439370100 Hyperflux
Wuerth 74435561100 WE-PERM2
erwartet habe ich eine Verbesserung mit den Wuerth.. ist aber nicht.
So gesehen bleibt es wohl erstmal bei den Coilcraft XAL1510-103. Ein anderer Aspekt wäre nochmal die Frequenzbetrachtung, hier hat Coilcraft aufgerüstet und kann nun Verluste vs. fs plotten. Die absoluten Werte sind nicht entscheidend.. hmm..
22.01.2019, 07:59 PM
(22.01.2019, 07:34 PM)christianw. schrieb: Die Firma Würth war so freundlich und hat einige Muster geschickt, so dass weitere Messungen vorgenommen werden konnten.
erwartet habe ich eine Verbesserung mit den Wuerth.. ist aber nicht.
haste die Würth xxx mit den Litzen statt massivem Draht schon versucht ? (bei meinem PFC waren das die einzigen, echt guten Drosseln)
Don't worry about getting older. You're still gonna do dump stuff...only slower
22.01.2019, 08:18 PM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 22.01.2019, 08:28 PM von christianw..)
Davon habe ich keine - und die passen auch nicht aufs PCB.
Anbei mal Plots für Lastsprung 0A-5A (250W) und 5A-0A in einen Widerstand. Das Teil läuft ohne Last im Pulse-Skip und schaltet dann auf FCC um.
0A-5A:
0A-5A Detail:
Es braucht fast 600ms, bis das Leerlaufspannungslevel wieder erreicht wird.
Ist die Ansprechzeit des Wandlers wie im zweiten Plot zu sehen ca. 200us?
5A-0A:
Vin=12V, Vout=50V
Anbei mal Plots für Lastsprung 0A-5A (250W) und 5A-0A in einen Widerstand. Das Teil läuft ohne Last im Pulse-Skip und schaltet dann auf FCC um.
0A-5A:
0A-5A Detail:
Es braucht fast 600ms, bis das Leerlaufspannungslevel wieder erreicht wird.
Ist die Ansprechzeit des Wandlers wie im zweiten Plot zu sehen ca. 200us? 5A-0A:
Vin=12V, Vout=50V
22.01.2019, 09:47 PM
Lastsprungverhalten misst man normal 20% - 80% Last. Bei 0% kann die Regelschleife nix mehr machen, bei 100% auch nicht...
23.01.2019, 01:49 AM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 23.01.2019, 01:49 AM von christianw..)
Kommt mir trotzdem arg langsam vor, die Simulation lässt eher was um 200us erwarten. Hmm..
So wie hier: https://stromrichter.org/showthread.php?...#pid302989
So wie hier: https://stromrichter.org/showthread.php?...#pid302989
23.01.2019, 06:55 PM
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 23.01.2019, 06:58 PM von christianw..)
Also nochmal, was war passiert? Ich hatte das Ith (Kompensation) RC-Glied mit 10k überbrückt, daher die langsame Performanz. Jetzt ist es gefixt.
Vin=12V
Vout=50V
Lastsprung 0-5A 0-250W:
Lastsprung 2-7A 100-350W:
Lastsprung 0-10A 0-500W:
Lastsprung 2-12A 100-600W:
Bei 12V Eingangsspannung also um 400us aus dem Leerlauf oder <300us bei 100W Grundlast. Schon besser.
Im Vergleich dazu mal einen TL494 Einphasen-Ebay-Wandler auf Alukern, so wie hier schonmal gezeigt:
Lastsprung 0-1A 0-50W:
Lastsprung 0-2A 0-100W:
Lastsprung 0-5A 0-250W:
Vin=12V
Vout=50V
Lastsprung 0-5A 0-250W:
Lastsprung 2-7A 100-350W:
Lastsprung 0-10A 0-500W:
Lastsprung 2-12A 100-600W:
Bei 12V Eingangsspannung also um 400us aus dem Leerlauf oder <300us bei 100W Grundlast. Schon besser.
Im Vergleich dazu mal einen TL494 Einphasen-Ebay-Wandler auf Alukern, so wie hier schonmal gezeigt:
Lastsprung 0-1A 0-50W:
Lastsprung 0-2A 0-100W:
Lastsprung 0-5A 0-250W: