GRUNDIG Satellit 700 defekt

Ja, Typo -- ist korrigiert.

Michael

OK, FT25-75!

Für die Interessierten, hier die Q-Kurven zum Material 75:
amidon.de/contents/de/d831.html
Für Resonanzanwendungen ist das Material nicht so schön, sollte jedoch gut für SNTs sein.
Schon bei kleinen Frequenzen ist Q nicht wirklich überzeugend, dafür µ angenehm hoch.
Sinngemäß ist µ' das normale µ und µ'' steht für die Verluste, Güte.
Von 10 kHz auf 100 kHz ist ein Anstieg von fast einer Dekade, also mehr Verluste.
Das sollte die unterschiedlichen Messwerte Induktivität erklären.

Als ich damals was zu den Kernmaterialien schrieb, vernachlässigte ich die Sättigung.
Ich ging von lediglich Signalspannung aus, rechnete nicht mit nennenswert Last bei 30 V.
Christian schrieb was bei seinen Versuchen dazu, dürfte Sättigung sein.
Du kannst es ausprobieren, indem Du als Trafo misst, also mit entsprechender Last sekundär.
Nimmst Du mehr Kerne übereinander, kommt die Sättigung später, ausprobieren.

Andreas

Hallo Michael,

die hohe Stromaufnahme bei Ausgangsspannung unter Versorgungsspannung deutet darauf hin, dass keine Schwingung zustande kommt. Der Schalttransistor ist immer offen. Das war bei meinen Versuchen stets ein Zeichen, dass die Rückkopplungsspule falsch herum angeschlossen war. Wenn die Polung stimmt, sollten zumindest Schaltvorgänge zustande kommen.

Sättigung: mit dem kleinen Ringkern sah die Stromkurve anders aus als die von mir gepostete. Sie verlief nicht linear, sondern zunehmend steiler. Ein deutlicher Knick, wie bei einer Sättigung zu erwarten, war aber nicht zu verzeichnen. Ein zweiter Unterschied betraf den Startwert nach der Entladung. Der Ringkern startete immer direkt von der Nulllinie, der größere E-Kern stets etwas im negativen Bereich. Ich habe diesen Strom nur indirekt, als Spannung über den 1-Ohm-Widerstand zwischen Emitter und Masse gemessen. Einen Reim kann ich mir nicht so recht drauf machen, da dieser umgekehrte Stromfluss auch durch den Transistor "falsch" herum geflossen sein muss. Als hätte die Spule noch Restmagnetismus gehabt, dessen Energie zurück in den Pufferkondensator gespeist wurde.

Viele Grüße
Christian

Moin, moin, Christian hat recht, und mir ist das gestern Abend auch noch aufgefallen ... denn das Problem hatte ich in der Tat schon einmal genau so, als ich das Überkreuzen vergessen hatte, bei einem der vorigen Versuche. Was war passiert ? Nun, weil ich einen Ringkern genommen hatte, und die Wicklungen gegenüber angeordnet, muss ich NICHT mehr überkreuzen, das macht schon die Geometrie ! Hier ist ein Bild:



Nachdem ich also diese kleine Dummheit meinerseits korrigiert hatte, lief der Wandler problemlos, macht 30,5 V, und an 22 kOhm immer noch 30,3 V. Damit wird die Schaltung laufen, denn auf einen sehr stabilen Wert der 30 V kommt es nicht an. Der ändert sich mit der Temperatur sowieso, wegen der Regelung mit nur einer Z-Diode. Der Draht über dem Kern hat zwei Funktionen: einmal fixiert er ihn (mittels einer winzigen
Menge Klebstoff), und dann verbindet er zwei Teile der Masse, die sonst unverbunden bleiben.

Übrigens ist dies die Platine aus dem Satellit 500, später war mehr in SMD gemacht, hier ist es noch mit klassischen Transistoren ausgeführt. Die Schaltung ist aber gleich. Jetzt muss ich noch testen, ob die Einstreuung klein genug bleibt ...

Besten Gruss,

Michael

Nachtrag: Mir fehlte ja ein Teil des Abschirmbechers. Da habe ich jetzt ein Stück mu-Metall-Folie eingesetzt, um eine komplette Abschirmung sicherzustellen. Klappt, jetzt läuft UKW wieder problemlos, und auch ohne Störung. Also geht das mit dem kleinen Ringkern wie oben beschrieben: Zwei davon, mit Sekundenkleber gestapelt. Dann 3,5 Windungen (0,3 mm CuL) versus 27 + 15 (0,1 mm CuL). Vom Einbau her passt es auch, die Wickelei ging ganz gut. Ca. 50 cm für die größere Wicklung, wie Andreas schon geschrieben hatte.

Michael, freut mich!

Da bei Toroiden das Feld geschlossen ist, sollte da nichts streuen.
Dem Bild nach zu urteilen sollte das Gebilde in ein Filtergehäuse passen.
Wäre dann was fürs Auge, technisch nicht notwendig.

Andreas

Andreas,

ja, stimmt -- es hätte in das alte Gehäuse gepasst, aber dann wäre die Fummelei mit den kleinen Drähten zu arg, oder ich hätte es an den alten Fuss anlöten müssen.

Weil nun alles in einem Weissblechgehäuse steckt, habe ich mir das gespart. Und in der Tat kann ich keine Einstreuungen feststellen, anders als mit den bisherigen Lösungen .

Besten Gruss,

Michael

Danke -- mit Eurer Hilfe kommt man immer irgendwann zum Schluss ... aber Andreas hat mich noch auf eine Idee gebracht. Da ich ja genug von diesen kleinen Kernen bestellt hatte, werde ich noch einen wickeln, und mal versuchen, wie gut der sich in das alte Togo-Filtergehäuse einbauen lässt. Dann habe ich einen in Reserve ... und werde ihn vermutlich nie brauchen ...

Michael

Am Wochenende habe ich etwas mit der Simulation der Kerneigenschaften in Microcap gespielt. Dort gibt es für viele verschiedene Kernmaterialien Modelle, die die Sättigung, die Remanenz und die Permeabilität abbilden. Ob auch die Frequenzabhängigkeit mit drin ist, habe ich noch nicht herausgefunden.
Ergänzt um die Geometriedaten (magnetischer Querschnitt, mittlere Länge der Feldlinien, ggf. noch Luftspalt) ist damit das Rechenprogramm dann deutlich besser in der Lage, wirklichkeitsnahe Ergebnisse zu liefern. Statt einem Wert für die Induktivität erwartet das Programm dann die Anzahl der Windungen für eine dem Kern zugeordnete Spule. Auch der Simulationsgeschwindigkeit kommt die Nutzung eines Kernmodelles zugute, da weniger steile Schaltimpulse auftreten. Und es lassen sich magn. Größen, z.B. Flux oder magnetische Feldstärke mit plotten. Sehr interessant auch die Änderung der Induktivität mit zunehmendem magn. Flux.
Es ist ein weites Feld, Induktivitäten mit Kern sind recht komplexe Gebilde...

In LTSpice gibt es für einzelne Induktivitäten ebenfalls eine einfache Möglichkeit, die Kerneigenschaften zu berücksichtigen, allerdings kann man die Werte für Remanenz, Koerzitivkraft und Sättigungsflux + Geometriewerte nur direkt dem Induktor und nicht dem Koppelelement K zuweisen. So lassen sich leider keine Transformatoren auf einfachem Weg abbilden. Aber es muss irgendwie auch mit diesem Programm gehen, ansonsten wäre eine Anwendung für Schaltnetzteile sinnlos, weil zu unpräzise. Ich war jedenfalls überrascht, wie stark der Einfluss auf das Ergebnis ist.

Beispiel folgt...

Viele Grüße
Christian

Ferrit, Segen und Fluch!

Auch ich habe mich noch nicht besonders intensiv mit dem Thema befasst.
Benötige ich für HF Induktivitäten, nehme ich möglichst Luftspulen.
Es gibt keine Sättigung und man kann sich exakt seinen Traumwert wickeln.
Haken ist natürlich, daß so eine Spule schnell unhandlich wird wie die hier:
dl2jas.com/selbstbau/l-tuner/l-tuner.jpg
Ein Bekannter von mir, auch Funkamateur, arbeitet in einer Entwicklerbude.
Die haben vom Chefentwickler die Weisung, möglichst Luftspulen zu nehmen.
Da gab es wohl mehrfach Pannen mit Sättigung, Güte, etc.

Bei Übertragern wie Baluns oder Ununs geht es kaum ohne Kern, ist aber auch möglich.
Nicht nur Funkamateure nehmen da gern Eisenpulverkerne, z.B. von Amidon.
dl2jas.com/selbstbau/1kern1/1balun1.html
Das µ ist zwar eher klein, dafür bekommt man die Kerne fast nicht in die Sättigung.
Den Kern im Bild testete ich mit locker 100 Watt HF Kurzwelle, es geht auch mehr.

Bei Schaltnetzteilen wie hier muss man schon einen Ferrritkern nehmen.
Genaue Induktivität und Resonanzanwendung interessiert hier normalerweise nicht.
Der Hauptfallstrick ist hier normalerweise die Sättigung.
Kommt man in den Bereich der Sättigung, sind schnell die Schalttransistoren platt.
Je nach Material kann auch bei starker Sättigung das Ferrit Schaden nehmen.
Ich hatte mal ein Extrembeispiel, da zerplatzte richtig das Ferrit, viele Teile.

Andreas

Wie behandelt Microcap die Nichtlinearitäten von Kernmaterialien? Ein kleines Beispiel:



Datenblatt zum simulierten Ringkern

Angenommen, mit dem Ringkern TX 39/20/13, Material 3F3, soll eine Drossel oder ein Übertrager aufgebaut werden. Die Primärwindung soll 100 mH besitzen. Der Mini-Rinkernrechner spuckt folgende Größen aus:



Berechnungsblatt des Mini-Rinkernrechners

Also das Ding ist ja mit fast 40 mm Durchmesser schon ordentlich groß und 0,33 mm Drahtdurchmesser lassen auch eine vernünftige Strombelastbarkeit erwarten. Ob dem so ist, siehe weiter unten...




Eingabemöglichkeiten in Microcap zum Kern des Koppelelements K1

In Microcap muss man dem Koppelelement nun das Kernmaterial zuweisen, außerdem muss man die zugehörigen geometrischen Parameter aus dem Datenblatt ergänzen:
Effective Area 112 mm², der Kernquerschnitt, muss in cm² umgerechnet werden und wird im Feld "Area" eingetragen, Effective Length ebenso von mm in cm umgerechnet, kommt in das Feld "Path". Da es ein Ringkern ist, und das Material auch keinen verteilten Luftspalt aufweist, kommt bei "Gap" der Wert 0 rein. Die restlichen Werte sind materialspezifisch und stammen aus der Modellbibliothek von Ferroxcube. Sie modellieren die Form der Hysteresekurve und sind bis auf MS nicht selbsterklärend. "MS" entspricht grob der Sättigungsmagnetisierung.

Eine simple Modellierung mit einer Spule und zwei Widerständen an einem Rechtecksignal ergibt dann Folgendes:



L1 ist an den eben modellierten Kern gekoppelt, L2 entspricht einer Luftspule nominell gleicher Induktivität, ohne Kern. Im Diagramm sieht man, dass sich die Stromverläufe stark unterscheiden. Die Luftspule L2 gehorcht den Werten, die man mit einer statischen Induktivität auch von Hand errechnen könnte. Der Rechteckpuls wird umgeformt in steigende und abfallende Stromstärkeverläufe mit exponentieller Form. L1 hingegen weicht stark davon ab. An den Umschaltpunkten weist sie eine sehr steile Änderung des Stromes auf, kurz davor entspricht der Stromfluss dem, was man rein durch die Begrenzung durch den Widerstand R2 erwarten kann: 100 mA, die Spule ist ab da nahezu wirkungslos, wogegen die Luftspule den Wert immer noch leicht begrenzt. Der Kern befindet sich also schon bei 100 mA Stromfluss in der Sättigung.

Mit den Modelparametern lassen sich nun auch die magnetischen Kenngrößen plotten. Beispielhaft hier die magnetische Flussdichte im zweiten Graphen und darunter die Hysteresekurve des Kernmaterials, die magnetische Flussdichte B über der magnetischen Feldstärke H, dargestellt. Die magnetische Feldstärke H lässt sich ebenfalls über die Zeit plotten, wird hier aber im Wesentlichen vom Stromfluss und der Windungsanzahl bestimmt und bietet deshalb nichts wesentlich Neues.
Am interessantesten finde ich den Graphen ganz unten, die dynamische Induktivität der Ringkernspule. Man sieht, dass der Momentanwert stark schwankt, je nach Momentanwert der magnetischen Flussdichte und deren Änderungsrichtung. Fazit: Was man in Ruhe an einer Ringkernspule an Induktivität misst, kann stark von den Werten im Betrieb abweichen.

Ist nun alles gut, wenn man die Spule nicht in die Sättigung treibt?



Nach Vergrößern der Widerstände auf 50 Ohm erreicht die Spule mit 20 mA Stromfluss jedenfalls nicht mehr ihren Punkt der Wirkungslosigkeit an den Umschaltpunkten. Und doch weicht der Stromverlauf von dem der Luftspule deutlich ab, besonders wieder direkt nach den Umschaltpunkten mit steilen Änderungen, obwohl sie direkt vorher noch strombegrenzend wirkte. Ein Blick auf die Induktivitätskurve zeigt: Dort geht die Induktivität kurzzeitig und plötzlich gegen Null. Ursache ist die Hysterese des Kernmaterials. Ein Wechsel in der Richtung der Magnetfeldlinien macht den Kern kurzfristig wirkungslos. In der Hysteresekurve entspricht das den kurzen waagerechten Kurvenbereichen. Also auch hier, trotz Betriebes unterhalb der Sättigung, die momentane Induktivität einer Spule mit Ferritkern ist alles andere als konstant.

Das Modell, das Microcap für die magnetischen Kerneigenschaften nutzt, lehnt sich an eine Entwicklung von Jiles und Atherton aus dem Jahr 1986 an, benutzt aber nur vier von 5 Parametern. Den fünften Parameter berechnet das Programm intern aus den restlichen vieren anhand einer Weiterentwicklung des Modelles. Es wird oft und gern in Simulationen genutzt, da es mit wenigen Kenngrößen auskommt und ausreichend genau die magnetischen Nichtlinearitäten abbildet. Damit ist es nun möglich, den Verlauf der Hysteresekurve abzubilden und momentane Induktivitäten aus den Windungszahlen der Spulen und den Geometrieangaben zum Kern zu ermitteln. Auch die Koppelung mehrerer Windungen an einen Kern lässt sich abbilden.

Wichtig: Frequenzeinflüsse und Temperatureinflüsse werden nicht berücksichtigt.


Viele Grüße,
Christian.

In LT-Spice sind die Möglichkeiten leider begrenzt. Man kann wohl eine nichtlineare Induktivität mit passenden Statements erzeugen. Aber es funktioniert leider nicht, solche Spulen dann direkt mit dem K-Statement zu koppeln. Findige Menschen haben deshalb die Lösung ersonnen, einen idealen Transformator mit Hilfe von abhängigen Stromquellen aufzubauen und diesem am Eingang eine nichtlineare Spule parallelzuschalten. Die Schaltung befindet sich in den Beispieldateien unter "...examples\Educational\NonLinearTransformer.asc".

Interessante Analyse, Christian, und wieder mal ein Beispiel, warum es sicher alles andere als trivial ist, ein gutes Schaltnetzteil zu bauen.

Besten Gruss, und vielen Dank,

Michael

Christian, sehr aufschlussreich!

Die Effekte sind mir bekannt, siehe Segen und Fluch.
Verringere mal noch weiter den Strom, die Hysterese sollte langsam verschwinden.
Interessant dann die Diagramme I(L1) und I(L2) sowie die Hystereseschleife.

Dazu fiel mir spontan ein alter Manta-Witz ein.
Mantafahrer an der Ampel, neben ihm ein Mann im Elektrorollstuhl.
Mantafahrer: Hey Alter, wie schnell fährt die Karre?
Rollstuhlfahrer: 5 km pro Stunde.
Mantafahrer: Alter, da kannst Du ja gleich zu Fuß gehen!

Andreas

Variation, erweitert um deutlich geringere Ströme:
Der Vorwiderstand wurde als Variable hinterlegt, die nacheinander folgende Werte annimmt: 10, 33, 100, 330, 1000 Ohm. Je höher der Widerstand, umso geringer ist der Stromfluss durch die Spule.

Magnetisierungskurve:




Strom und Induktivitätswerte der Spule:




Die Induktivität nähert sich mit geringeren Strömen dem Designwert von 100 mH an, es bleibt aber noch immer durch die Hysterese in der Magnetisierungskurve eine schwankende Angelegenheit, selbst bei nur einem Hundertstel des Sättigungsstromes.


Magnetisierungskurve mit Luftspalt (50 µm) und ohne Luftspalt im Kernmaterial




Strom, Induktivitätswert der Spule



Man sieht schön, wie ein höherer magnetischer Widerstand durch den Luftspalt im Kern die Magnetisierungskurve linearisiert. Auch die Hysterese geht zurück. Leider aber auch der Induktivitätswert. Aber die Spule gerät nicht mehr in die Sättigung.

Es wird deutlich: Induktivitäten mit Kern sind im Vergleich zu einem Widerstand oder Kondensator deutlich komplexere Gebilde.

Christian, schön die Schwächen von Ferrit gezeigt!

Man sollte die Diagramme nicht zu sehr verallgemeinern.
Hysterese und Sättigung hängen stark vom Ferritmaterial ab.
Meist wird es mit steigendem µ unschöner.
Bei Schaltnetzteilen ist das beherrschbar, man muss es nur wissen.
Aufpassen muss man, wenn es auf Güte ankommt, Filter.
Nicht ohne Grund findet man selten Ferrit in Frequenzweichen für Lautsprecher.

Andreas

Andreas, Christian,

danke für Eure Mühe --- ergibt sich dadurch jetzt noch ein Hinweis auf eine evtl. bessere Methode, eine Spule für den kleinen Sperrwandler zu wickeln ? Das Knifflige daran wird ja dann sein, genug Info über den verwendeten Kern zu haben. Mit der Bewicklung wie oben gezeigt klappt es immerhin, auch unter der Last von 1,5 mA, und der Empfänger läuft seither einwandfrei.

Besten Gruss,

Michael

Michael, beim SNT passt das schon!

Bei Schaltnetzteilen muss man halt mit der Sättigung aufpassen.
Wenn sich da die Induktivität etwas ändert, ist das eher sekundär.

Anders sieht es bei Güteanwendungen wie ZF-Filter aus.
Da wird kaum die Sättigung interessieren, keine Leistung.
Meist ärgern einen da die frequenzabhängigen Verluste.
Bei Ferrit muss man halt immer wieder einen sinnvollen Kompromiss anstreben.
Deswegen verwies ich mehrfach auf Datenblätter von Kernmaterialien.

Andreas