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 [ 9 Beiträge ]  Gehe zu Seite 1,
Autor Nachricht
 Betreff des Beitrags: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
Hallo,
mein 630m Sender Nr. 5 ist fertig. Es ist [url=https://www.qrz.com/db/DL6TY:bz96vybu]DK6LYs bewährte Schaltung[/url:bz96vybu] und nach einer verdreifachung des Schaltmosfets (drei mal 52N50C3 ) läuft das Teil auch wirklich einwandfrei. Bei 200 Watt@50 Ohm wird der Kühlkörper ohne Lüfter nur wenig warm :D Ich denke bei 20-24V sollten mindestens 400Watt möglich sein.

Mein Problem:
Die Schaltung wird mit 14V aus dem 20A Trafo Stationsnetzteil gespeist und die Stromaufnahme ist unstet. Im Bild blau ist die Ausgangsspannung und gelb ist die Spannung AC gekoppelt an der Stromversorgung nach dem Choke (L1 in der beschriebenen Schaltung). Diese 'prellende' Stromaufnahme (sagt man so ?) ist der Ausschaltgrund für jedes Schaltnetzteil.
Nach dem Choke habe ich zwei 100V 680uF Elkos (braune LXV mit 105°C) und eine 10mH Spule mit 37Windungen über einen großen N30 Kern.

Jede Spule ist mit 2,5mm² Draht gewickelt und noch mehr Elkos in Reihe bringen nur wenig Verbesserung. Was könnte ich noch tun, um die Stromversorung besser zu 'entprellen' ? Elkos die einen niedrigeren Innenwiederstand haben ? Auf was muss ich schauen wenn welche suche ?

Danke + MfG
der hans


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
[quote]Hallo,
mein 630m Sender Nr. 5 ist fertig. Es ist [url=https://www.qrz.com/db/DL6TY:2z9od2wt]DK6LYs bewährte Schaltung[/url:2z9od2wt] und nach einer verdreifachung des Schaltmosfets (drei mal 52N50C3 ) läuft das Teil auch wirklich einwandfrei. Bei 200 Watt@50 Ohm wird der Kühlkörper ohne Lüfter nur wenig warm :D Ich denke bei 20-24V sollten mindestens 400Watt möglich sein.[/quote]

Auf den ersten Blick fällt auf, dass die Induktivität der Speisedrossel in der Schaltung von DL6TY um den Faktor 10 zu klein ist. Eine Daumenregel besagt, dass der Blindwiderstand der Drossel min. 30x höher als der Blindwiderstand der Shuntkapazität sein sollte. Die Aufgabe der Speisedrossel ist nämlich die niederohmige Spannungsquelle in eine gute, hochohmige Stromquelle zu verwandeln. Eine kleinere Drossel geht zwar auch, doch ist dann sowohl die Shuntkapazität als auch der Serienkreis anzupassen.

Wie sehen deine Bauteilewerte für 14V und Pout=200W aus?

Zur Dimensionierung eines Klasse-E Verstärkers gibt es Online-Rechner wie auch PC-Software:

http://people.physics.anu.edu.au/~dxt10 ... lass-e.php
http://www.vk2zay.net/calculators/?body=class-E.php
http://www.tonnesoftware.com/classedownload.html

[quote]Mein Problem:
Die Schaltung wird mit 14V aus dem 20A Trafo Stationsnetzteil gespeist und die Stromaufnahme ist unstet. Im Bild blau ist die Ausgangsspannung und gelb ist die Spannung AC gekoppelt an der Stromversorgung nach dem Choke (L1 in der beschriebenen Schaltung). Diese 'prellende' Stromaufnahme (sagt man so ?) ist der Ausschaltgrund für jedes Schaltnetzteil. Nach dem Choke habe ich zwei 100V 680uF Elkos (braune LXV mit 105°C) und eine 10mH Spule mit 37Windungen über einen großen N30 Kern.[/quote]

Sehe ich jetzt nicht als großes Drama, die Welligkeit beträgt nur wenige Volt. Nach den 2 Elkos sitzt ja noch eine weitere, größere Drossel, da sollte ein Schaltnetzteil keine Probleme machen.

[quote]Jede Spule ist mit 2,5mm² Draht gewickelt und noch mehr Elkos in Reihe bringen nur wenig Verbesserung. Was könnte ich noch tun, um die Stromversorung besser zu 'entprellen' ? Elkos die einen niedrigeren Innenwiederstand haben ? Auf was muss ich schauen wenn welche suche ?[/quote]

Speisedrossel richtig dimensionieren. Danach mehrere Low-ESR Elkos / Keramikkondensatoren parallel schalten.


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
[quote]Auf den ersten Blick fällt auf, dass die Induktivität der Speisedrossel in der Schaltung von DL6TY um den Faktor 10 zu klein ist. Eine Daumenregel besagt, dass der Blindwiderstand der Drossel min. 30x höher als der Blindwiderstand der Shuntkapazität sein sollte. Die Aufgabe der Speisedrossel ist nämlich die niederohmige Spannungsquelle in eine gute, hochohmige Stromquelle zu verwandeln. Eine kleinere Drossel geht zwar auch, doch ist dann sowohl die Shuntkapazität als auch der Serienkreis anzupassen.
[/quote]
In der Annahme, dass die Speisedrossel L1 in der Schaltung ist ... da hat mein blindes Auge wieder zugeschlagen. Im Schaltplan heists 10µH (Du sagst soll ist 100 uH), aber ich habe ca. 2 mH über einen unbekannten 1,4 Zölligen Ferritkern. Scheint aber trotzdem zu funzen ... vorher hatte ich da einen einzölligen Ferritkern mit 2 mH, der wurde zu heiß - der 1,4 zöllige wird fast nicht warm.

[quote]Wie sehen deine Bauteilewerte für 14V und Pout=200W aus?[/quote]
Berechnet: Parallel C mit 33 nF nach Masse, Reihen C 43 nF mit 2,8 uH Spule. Danach ein 1:4 Trafo mit BN43-7051
Die Serienspule nutze ich, um den ganzen Schwingkreis zu meiner gewünschten Frequenz hinzuziehen. Also 1-2 Windungen mehr und dann schauen bei welcher Frequenz die Resonanz für mich am besten ist, dann Windungen abschnippeln wenn nötig. Es ist schön zu sehen, dass die ganze Leistung über diesen Serien C geht. ein T140-2 ist für 200 Watt zu klein (wird schnell heiß), jetzt habe ich einen T200-2 mit 2,5mm² Schaltdraht, der wird auch schon warm. Bei 400 Watt werde ich wohl zwei T200-2 oder einen T200A-2 nehmen müssen.

[quote]
Zur Dimensionierung eines Klasse-E Verstärkers gibt es Online-Rechner wie auch PC-Software:
http://people.physics.anu.edu.au/~dxt10 ... lass-e.php
http://www.vk2zay.net/calculators/?body=class-E.php
http://www.tonnesoftware.com/classedownload.html
[/quote]
Die sind natürlich alle bekannt. Irgendwie habe ich aber nie verstanden was die V0 = "FET Saturation Voltage" ist. Ich nehme jetzt immer 5V an.

[quote]Eine Daumenregel besagt, dass der Blindwiderstand der Drossel min. 30x höher als der Blindwiderstand der Shuntkapazität sein sollte[/quote]
Sorry, das verstehe ich nicht. Wo ist meine Shuntkapazität ?

[quote]... Danach mehrere Low-ESR Elkos / Keramikkondensatoren parallel schalten.[/quote]
So etwas habe ich mir schon gedacht - und auch schon was gebastelt (siehe Bild; 4x 2200uF und zweimal 1,5 mH auf der Spule). Jetzt muss ich es nur noch einbauen. Leider sind es keine LOW ESR Elkos - sondern [url=http://www.yageo.ru/pdf/LH.pdf:ofji7xd1]solche mit 2200uF@100V 85°[/url:ofji7xd1]. Evtl. muss ich doch mal richtige LOW ESRs besorgen. Keramik Cs werde oben drauf löten.

Ich mache Meldung und danke für's Mitdenken lieber Ori0n :)

der hans


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
Mit dem neuen Filter ist es kaum besser - ich brauche wohl doch low ESR Elkos ...

Danke
der hans


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
Hi,
du kannst auch noch paar hochwertige Folien-C parallel schalten.
Wilde Schwingungen der Endstufe sind ausgeschlossen ?

73 de DL3FOX Uwe


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
[quote]Im Schaltplan heists 10µH (Du sagst soll ist 100 uH), aber ich habe ca. 2 mH über einen unbekannten 1,4 Zölligen Ferritkern. Scheint aber trotzdem zu funzen ... vorher hatte ich da einen einzölligen Ferritkern mit 2 mH, der wurde zu heiß - der 1,4 zöllige wird fast nicht warm.[/quote]

2mH ist zwar übertrieben aber OK, es sei denn die Eigenresonanzfrequenz der Drossel liegt ungünstig. Liegt diese zu tief, haben die zahlreichen Harmonischen mehr oder weniger freie Fahrt Richtung Stromversorgung.

[quote]Berechnet: Parallel C mit 33 nF nach Masse, Reihen C 43 nF mit 2,8 uH Spule. Danach ein 1:4 Trafo mit BN43-7051[/quote]

Der Parallelkondensator scheint mir deutlich zu klein zu sein für Pout=200W bei Ub=14V. Woher stammt dieser Wert? Trafo mit 1:4 bedeutet Wicklungs- oder Impedanzverhältnis? Man muss bedenken dass der optimale Lastwiderstand bei winzigen ~0,4...0,5Ohm liegt. Wie hoch ist im Moment der Wirkungsgrad der Endstufe?

[quote]Irgendwie habe ich aber nie verstanden was die V0 = "FET Saturation Voltage" ist. Ich nehme jetzt immer 5V an.[/quote]

Der Kanalwiderstand des Transistors im eingeschalteten Zustand ist nicht unendlich klein, somit fällt im Betrieb, je nach Höhe des Stromes durch den Transistor, immer eine kleine Spannung ab. Die Sättigungsspannung kannst du im Betrieb messen (DC-Kopplung am Oszi!) und zwar parallel zum Transistor. Die Drainspannung schwingt bei Ub=14V zwischen rund 45V und einer sehr kleinen Spannung (die Sättigungsspannung) die bei dir m.M.n. 2V (3 Transistoren parallel = RDSon sehr klein) nicht übersteigen dürfte.

Die Sättigungsspannung (worst case) lässt sich aber auch schätzen. Dem Datenblatt RDSon entnehmen und mit dem Spitzenstrom, der im Betrieb durch den Transistor fließt, multiplizieren. Der Spitzenstrom ist normalerweise ca. das 2,9 fache des Gleichstromes die die Endstufe aufnimmt. Den Spitzenstrom liefert das "Class-E" Tool von Tonne Software aber auch frei Haus.

[quote]Wo ist meine Shuntkapazität ?[/quote]

Das wäre die Kapazität die parallel zum Transistor liegt.


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
[quote]
[quote]Berechnet: Parallel C mit 33 nF nach Masse, Reihen C 43 nF mit 2,8 uH Spule. Danach ein 1:4 Trafo mit BN43-7051[/quote]
Der Parallelkondensator scheint mir deutlich zu klein zu sein für Pout=200W bei Ub=14V. Woher stammt dieser Wert? Trafo mit 1:4 bedeutet Wicklungs- oder Impedanzverhältnis? Man muss bedenken dass der optimale Lastwiderstand bei winzigen ~0,4...0,5Ohm liegt. Wie hoch ist im Moment der Wirkungsgrad der Endstufe?
[/quote]
Leider habe ich die Berechnung der Schaltung verschludert und kann die Auslegung der Schaltung nicht mehr nachvollziehen. Vorher habe ich eine Menge versuche mit 39V Versorgungsspannung gemacht (mindestens zehn), da ich passende Schaltnetzteile habe aber diese Schaltnetzteile verkrafteten das "prellen" der Stromaufnahme leider nicht. Auch dickste Kondensatoren und Spulen konnten die Spannung nicht ausreichend glätten - zumindestens bei Klasse-E Sender. Klasse AB Sender mit extra Spule zum einbringen des Stromes werde ich demnächst mal testen (siehe meinen 4. 630m Sender)

Der Wirkungsgrad beträgt etwa 0,91. Über zwei 0,01 Ohm Zementwiderstände habe ich 350mV gemessen und die Spannung fällt bei Last auf 12,4V. Am Ausgang sind 280Vss.

Das WindungsRatio des Ausgangstrafos berechne ich mit Wurzelsepp(50Ohm/x Ohm) wobei x die Ausgangsimpedanz der Schaltung ist die mir der Klasse-E Rechner vorgibt. Danach muss ich nur noch die Ausgangswicklung für die Frequenz und Ferritkern berechnen, dabei mit XL = 5*Zout = 250 Ohm annehmen und die Eingangswicklung anpassen.
[quote]
[quote]Irgendwie habe ich aber nie verstanden was die V0 = "FET Saturation Voltage" ist. Ich nehme jetzt immer 5V an.[/quote]

Der Kanalwiderstand des Transistors im eingeschalteten Zustand ist nicht unendlich klein, somit fällt im Betrieb, je nach Höhe des Stromes durch den Transistor, immer eine kleine Spannung ab. Die Sättigungsspannung kannst du im Betrieb messen (DC-Kopplung am Oszi!) und zwar parallel zum Transistor. Die Drainspannung schwingt bei Ub=14V zwischen rund 45V und einer sehr kleinen Spannung (die Sättigungsspannung) die bei dir m.M.n. 2V (3 Transistoren parallel = RDSon sehr klein) nicht übersteigen dürfte.

Die Sättigungsspannung (worst case) lässt sich aber auch schätzen. Dem Datenblatt RDSon entnehmen und mit dem Spitzenstrom, der im Betrieb durch den Transistor fließt, multiplizieren. Der Spitzenstrom ist normalerweise ca. das 2,9 fache des Gleichstromes die die Endstufe aufnimmt. Den Spitzenstrom liefert das "Class-E" Tool von Tonne Software aber auch frei Haus.
[/quote]
Im Datenblatt des 52N50C3 heists ja: "Worldwide best RDS(on) in TO-247" mit 0,07 Ohm - das will ich mal glauben ;)
Das blöde ist nur, den Strom erfahre ich nur wenn ich schon einen V0 in die Rechnung einsetze. Je nach V0 ändert sich der Spitzenstrom und damit muss ich den V0 neu berechnen. Ich nehme mal an dass muss man ein paarmal machen um sich dem echten Wert anzunähern ?

Anbei ein Bildchen vom aktuellen Stand (ist ja ständig Änderungen unterworfen). Übrigens merkt man sehr deutlich den Unterschied zu dem 30-40 Watt die ich vorher hatte. Mit Station aus LA, SM und OH kann ich jetzt stabil FT8teln :) Die zwei 680uF LXV Elkos die ich eingebaut habe sind übrigens schon low ESR Typen. Ich habe noch einen 2200 uF dazugepackt.

Danke Robert !
der hans


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
[quote]Der Wirkungsgrad beträgt etwa 0,91. Über zwei 0,01 Ohm Zementwiderstände habe ich 350mV gemessen und die Spannung fällt bei Last auf 12,4V. Am Ausgang sind 280Vss.
Das WindungsRatio des Ausgangstrafos berechne ich mit Wurzelsepp(50Ohm/x Ohm) wobei x die Ausgangsimpedanz der Schaltung ist die mir der Klasse-E Rechner vorgibt. Danach muss ich nur noch die Ausgangswicklung für die Frequenz und Ferritkern berechnen, dabei mit XL = 5*Zout = 250 Ohm annehmen und die Eingangswicklung anpassen.[/quote]

Formeln sind korrekt, der Ausgangswiderstand die der Rechner dir ausgespuckt hat, war wohl fehlerhaft(?). Dieser liegt bei nur ~0,36Ohm, wodurch der Ausgangsübertrager zwischen 1:11 und 1:12 Windungen haben sollte. Weil der Ausgangswiderstand so klein ist und weil die gewählte Betriebsgüte des Serienkreises (QB~24) ziemlich hoch liegt, fließt bei Pout=200W ein Spitzenstrom von 34A im Serienkreis und es fällt eine Spitzenspannung von typ. 280V an L respektive C ab.

[attachment=1:3mnc1njt]Class_E_ohne _Anpassung.png[/attachment:3mnc1njt]

Man könnte aber auch den Z=1:16 Übertrager beibehalten und über ein LC-Glied zuerst von 0,36Ohm auf 3,125Ohm zwischentransformieren.

[attachment=0:3mnc1njt]Class_E_mit_LC_Anpassung.png[/attachment:3mnc1njt]

Da der Wirkungsgrad im Moment sowieso schon bei > 90% liegt, ist es fraglich ob es sich lohnt die Schaltung zu modifizieren.

[quote]Im Datenblatt des 52N50C3 heists ja: "Worldwide best RDS(on) in TO-247" mit 0,07 Ohm - das will ich mal glauben ;)
Das blöde ist nur, den Strom erfahre ich nur wenn ich schon einen V0 in die Rechnung einsetze. Je nach V0 ändert sich der Spitzenstrom und damit muss ich den V0 neu berechnen. Ich nehme mal an dass muss man ein paarmal machen um sich dem echten Wert anzunähern ?[/quote]

Das stimmt, bei der Software ist dein Spieltrieb gefragt. Zu Beginn muss ein Ansatzpunkt gefunden werden, z.B. der Wirkungsgrad der Endstufe. Ein worst case von 90% bei Ub=12,4V bedeutet für ein Pout=200W dass die Endstufe ca. 17,9A Gleichstrom zieht. Der Spitzenstrom im Transistor liegt typ. um einen Faktor 2,9 höher, d.h. bei rund 51A. Da drei Transistoren parallel geschaltet sind und jeder im Idealfall ein RDSon von 70mOhm erreicht, läge damit die Sättigungsspannung bei ca. 1,2V.

[quote]Anbei ein Bildchen vom aktuellen Stand (ist ja ständig Änderungen unterworfen). Übrigens merkt man sehr deutlich den Unterschied zu dem 30-40 Watt die ich vorher hatte. Mit Station aus LA, SM und OH kann ich jetzt stabil FT8teln :) Die zwei 680uF LXV Elkos die ich eingebaut habe sind übrigens schon low ESR Typen. Ich habe noch einen 2200 uF dazugepackt.[/quote]

Das muss einen deutlichen Unterschied ergeben, zwischen den 2 Leistungen liegt immerhin mehr als eine S-Stufe. Nicht die keramischen Kondensatoren (z.B. mehrere 1u) parallel zu den Elkos vergessen.


  
 
 Betreff des Beitrags: Re: 630m Sender Nr. 5 - Probleme mit dem Strom
Hallo Robert,
danke für Deine Tipps. Für die Kondensatoren werde ich beim großen R. bestellen (zusammen mit ein paar andere Sachen).

Inzwischen habe ich auch den Ausdruck des CLASS-E Calculators wieder gefunden, nach dessen Plan ich den Sender gebaut hatte. Versorgungsspannung 39Volt, 287Watt und V0 von 5 Volt. Der Ausgangstrafo ist übrigens 1:5 und nicht 1:4 wie ich zuvor beschrieben habe. Es war wohl nur Glück, dass die Schaltung auch bei 12,4Volt mit gutem Wirkungsgrad läuft. :*|

Kommende Woche muss ich noch auswärts Arbeiten, dann eine Woche Urlaub in Sizilien - Ätna kucken :)

Danke Robert, für deinen Support.
der hans


  
 

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