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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MC34063 Step-Down, 4V -> 2.5V, Spannung bricht ein


Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Ich möchte mit meinem MC34063 2.5V, 30mA aus 4-7V erzeugen. Die 
Eingangsspannung kommt von 4 in Reihe geschalteten Akkus und kann daher 
bis auf 4V absinken.

Die berechneten Werte hierfür sind:
Ct=341 pF
Ipk=60 mA
Rsc=5 Ohm
Lmin=71 uH

da die Akkus jedoch eher die meiste Zeit eine Spannung von 5V aufweisen 
sollten, habe ich auch hierfür die Werte berechnet und für die Schaltung 
verwendet:

Ct=264 pF
Ipk=60 mA
Rsc=5 Ohm
Lmin=165 uH

Wenn ich jedoch nun die Eingangsspannung unter 4,4V ansetze kann die 
Ausgangsspannung nicht mehr gehalten werden und bricht schon bei 
geringer Belastung ein. Bei 4V Uin bringt es der Regler nur noch auf 
2,2V Uout. Wenn ich eine geringere Induktivität nehme funktioniert es 
wieder gut, aber hab ich da dann bei einer größeren Eingangsspannung 
nicht Einbußen bei der Effizienz?

Noch ein paar allgemeine Fragen:
Wozu ist der Widerstand Rsc gut? Wieso hängt die Kapazität des 
frequenzbestimmenden Kondensators von der Eingangsspannung ab? D.h. die 
Frequenz ist bei anderer Eingangsspannung immer anders also arbeitet der 
Regler nur für eine bestimmte Spannung effektiv, oder?

lg PoWl

Autor: Mike (Gast)
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Tja, ein Blick ins Datenblatt hätte dir schon helfen können. Dort siehst 
du dann mal was noch so alles zwischen der Spannungsversorgung und der 
Spule ist. Da ist auch ein nettes Diagramm das dir zeigt, dass der 
Ausgangstransistor (wenn als Emitterfolger geschaltet) schon bei kleinen 
Strömen eine Uce von 1,4V hat. Dazu kommt dann noch Rsc (ist übrigens 
Teil der Strombegrenzung) und der Innenwiderstand deiner Spule.

Ich würde vorschlagen du benutzt einen externen PNP Transistor als 
"saturated switch". Schaltplan siehe Datenblatt...

Autor: Frank B. (frankman)
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> Wenn ich jedoch nun die Eingangsspannung unter 4,4V ansetze kann die
> Ausgangsspannung nicht mehr gehalten werden und bricht schon bei
> geringer Belastung ein. Bei 4V Uin bringt es der Regler nur noch auf
> 2,2V Uout. Wenn ich eine geringere Induktivität nehme funktioniert es
> wieder gut, aber hab ich da dann bei einer größeren Eingangsspannung
> nicht Einbußen bei der Effizienz?
Die Effizient wird bei einer Spule mit kleinerer Induktivität nicht 
kleiner. Allerdings steigt die Ripple-Spannung bei kleineren Strömen.

Autor: Paul H. (powl)
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danke, ich werde das mal probieren.

sagtmal, es kann doch nicht sein dass mein AVR-ADC mit der 
Ripplespannung bei einem glättungs-C von 100µF noch Probleme bekommt 
ohne dass da großartig Strom fließt, oder?

meine Messfolge sieht jedenfalls so aus:
0
0
0
8
0
0
5
0
1
2
0
0
0

Immer so kleine Spikes. Andere Störungen sind ausgeschlossen, wenn ich 
einen 1000µF Kondensator nehme dann kriege ich, wie gewünscht, nur 
Nullen. 100nF Abblockkondensatoren sind brav verbaut, sternförmige 
Masseversorgung.

Auf dem Oszi sehe ich auch eine seltsam unregelmäßige Ripplespannung. 
Habe das ganze noch nicht ohne AVR getestet. Muss ich das noch irgendwie 
speziell filtern?

lg PoWl

Autor: Andreas K. (a-k)
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Die vom Regler erzeugte Ripplespannung kann unregelmässig werden, wenn 
der Regler weit unterhalb seiner Nennlast und daher lückend arbeitet.

Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Wieso arbeitet der Regler denn dann lückend? Ginge es nicht, die ON-Zeit 
der Spule noch weiter zu verkürzen? Oder wird die Belastung irgendwann 
so gering dass die Induktivität dann hierfür nicht mehr ausreicht?

http://powl.dyndns.org/elektronik/mc34063/

Ich habe mal ein paar Bilder gemacht. Die obere Kurve zeigt die Spannung 
vor der Spule, die untere die Spannung nach der Spule, also Lastseitig. 
Zunächst betreibe ich den Regler per Poti im Kurzschlussbetrieb und 
regle den Strom dann mit einem Poti weiter runter. Ab ca 50% Dutycycle 
treten seltsame Schwingungen auf, die sich dann bei noch weiterer 
Lastreduzierung so lang werden, dass sie den ganzen Bildschirm 
ausfüllen. Wenn ich dann mal einen längeren Zeitabschnitt anschaue wird 
auch klar, dass der Regler unregelmäßig lückend arbeitet.

Was sind das für seltsamen Schwingungen und wieso kommen die bei zu 
geringer Last? Wieso habe ich trotz dickem Elko und kleinem Stromfluss 
noch so eine "große" Ripplespannung? Es scheinen 20..50mV sein. Strom 
floss gradmal 15mA, Elko 2200µF.

lg PoWl

Autor: Andreas K. (a-k)
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Solche Schwingungen entstehen, wenn die Spule völlig leerläuft und die 
parasitären Komponenten dadurch die Chance kriegen, einen schönen 
kleinen Schwingkreis aufzubauen. In einem der NS Simple Switcher 
Datasheets wird das ausdrücklich gezeigt. Kriegt man reduziert, indem 
man qualitativ schlechte verlustreiche Komponenten verwendet (kein 
Witz). Oder lückenden Betrieb vermeidet.

Autor: Paul H. (powl)
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Ahh, ok. Mit dem Thema sollte ich mich mal noch befassen. Wieso muss es 
zum kückenden Betrieb kommen, wieso wird die Frequenz nicht konstant 
beibehalten und nur der Dutycycle noch weiter verkleinert?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Der MC34063A arbeitet anders als die NS Simple Switcher sowieso nicht 
mit konstanter Frequenz.

Ich bin hier wirklich nicht der Experte für Switcher, aber klar ist 
auch, dass sich Schalttransistoren nicht beliebig schnell aus- und 
einschalten lassen, und allein dadurch schon keine beliebig kurzen 
Zeiten erreichbar sind.

Autor: Paul H. (powl)
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Ich glaub ich werde wohl auf so einen NS simple switcher umsteigen. der 
MC34063 macht mir zuviele Zicken..

Autor: Andreas K. (a-k)
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Vorsicht. 4,5V rein 2,5V raus ist zumindest für die alten LM257x 52KHz 
Typen mit bipolarem Schalter wohl nix, da ist ein MOSFET Switcher 
sinnvoll, weil sonst der Spannungsverlust im Schalttransistor alles 
dominiert. Das sind bei NS erst die 260KHz Kollegen, und bei dieser 
Frequenz wird's interessant mit Layout und passenden Komponenten.

Autor: Paul H. (powl)
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Haben die wirklich 2V Spannungsabfall? Wo kann ich das im Datenblatt 
nachlesen? Kann ich nicht noch einen externen FET nehmen? Seufz, das 
Thema Schaltregler muss man wohl erst studieren um es für eigene 
Schaltungen verwenden zu können.

Was würdest du mir denn empfehlen: Ich brauche 1-30mA bei konstanten 
2,5.. besser 3V. Die Akkuspannung varriert im Bereich von 4-9V, meistens 
werden es so 5V sein. Die Ausgangsspannung muss relativ ripplefrei sein 
weil der ADC meines AVRs ansonsten wie gesagt so unschöne Spikes in die 
Messung reinbaut.

lg PoWl

Autor: Andreas K. (a-k)
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Bei der Leistung: einen Linearregler. LDO.

Autor: Paul H. (powl)
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Hm.. wirst wohl recht haben, ein Linearregler erscheint da lohnenswert. 
Was würdest du tun, wenn du unbedingt einen Schaltregler verwenden 
wolltest?

Gibt es ausser den beiden "Standardschaltreglern" noch andere gängige 
bei Reichelt die etwas unkomplizierter zu verwenden sind? Ausserdem 
welche die auch mit geringer Spannung von 1V funktionieren?

lg PoWl

Autor: Frank B. (frankman)
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Paul Hamacher wrote:
> Ahh, ok. Mit dem Thema sollte ich mich mal noch befassen. Wieso muss es
> zum kückenden Betrieb kommen, wieso wird die Frequenz nicht konstant
> beibehalten und nur der Dutycycle noch weiter verkleinert?

Weil du den Duty cycle nicht einfach unbegrenzt kleiner machen kannst.
Du must die Spule anpassen, oder eine Grundlast vorsehen. (LED und R)
Hätte sogar den Vorteil, das man sieht, ob der Regler läuft.

Deine Plots sehen ja wirklich übel aus. Das sind ja echt krasse 
Störungen beim Einschalten. Schau nochmal Dein Design an, da stimmt echt 
was nicht!

Poste mal dein Layout! und den Schaltplan!

Achte auf folgende Dinge:
1. Spule größer machen, bei kleinem Strom!
2. Spule darf nicht in die Sättigung gehen!
3. Eingangs-C so dicht wie möglich an den Switcher, der muss den 
internen Leistungshalbleiter schnell schalten, da zählt jeder 
Millimeter!!!!
4. Die Sense-Leitung des Reglers soll weit weg von der Spule sein!
5. Wenn du einen Spannungsteiler für die Sense-Leitungs hast, so nah, 
wie möglich an den Regler!
6. Trenne die Analog-Masse und Power-GND! Führe die unter dem Regler an 
EINEM Punkt zusammen. An der AGND hängt üblicherweise nur der AGND-Pin 
des Reglers und der Rückleitungspfad für die Sense.  Siehe Datenblatt
7. Lese im Datenblatt nach, ob , bzw. welche Kondensatoren für die 
Ausgangsspannung zulässig sind, es gibt Regler, die KEINE Keramischen 
C´s am Ausgang haben dürfen, und es gibt Regler, die SOLLEN keramische 
C´s am Ausgang haben!
8. Plane zur Not, wie oben beschrieben, eine Grundlast ein.
9. Entkopple den VIN-Pin des Reglers notfalls mit einem Extra C100n 
keramisch und 10y Tantal, sehe nur für diesen Zweig einen SMD-Ferrit 
oder eine kleine Induktivität vor.

Autor: Frank B. (frankman)
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Paul Hamacher wrote:
> Hm.. wirst wohl recht haben, ein Linearregler erscheint da lohnenswert.
> Was würdest du tun, wenn du unbedingt einen Schaltregler verwenden
> wolltest?
>
> Gibt es ausser den beiden "Standardschaltreglern" noch andere gängige
> bei Reichelt die etwas unkomplizierter zu verwenden sind? Ausserdem
> welche die auch mit geringer Spannung von 1V funktionieren?
>
> lg PoWl

So ein Schmarrn, das bekommt man hin! Nicht immer gleich einen LM78xx 
nehmen, wenn der Schaltregler nicht läuft!

Autor: Andreas K. (a-k)
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Frank B. wrote:

> So ein Schmarrn, das bekommt man hin! Nicht immer gleich einen LM78xx
> nehmen, wenn der Schaltregler nicht läuft!

Klar geht das. Aber in dem Leistungsbereich mit störempfindlicher 
Messung tut man sich mit einem Linearreger leichter.

Zudem geht ich davon aus, dass bei so niedrigen Spannungen der 
Wirkunsgrad eines MC34063A mit seinem Darlingtonschalter nicht so viel 
über dem eines Linearreglers liegt, dass sich der Aufwand wirklich 
lohnt.

Wenn man hier aufgrund von Batteriespeisung wirklich sparen will/muss, 
ist wohl ein anderer dafür optimierter Switcher effektiver.

Autor: Michael (Gast)
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Hallo zusammen,

manchmal kann man das retten mit einer R-C-Reihenschaltung über der 
Spule. Enspricht den besagten Verlusten. So aus dem Bauch 4n7 und 1k. 
Ansonsten sieht das bei diesen Reglern (MC34063 und TL43x) und kleinem 
Strom leider immer so aus.

Grüße
michael

Autor: Andreas K. (a-k)
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Etwas Information über den lückenden Betrieb, in Bild und Text, findet 
man im Datasheet vom LM2594. Und die Design-Software von NS scheint 
dieses Thema ebenfalls zu berücksichtigen.

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