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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltregler - starke Lastschwankungen


Autor: Leander (Gast)
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Hallo zusammen

Habe jetzt nichts über die Suchfunktion gefunden, deshalb neues Thema 
eröffnet...

Ich beschäftige mich gerade mit einer Schaltung, bei welcher der 
Stromfluss ständig schwankt, im grossen Rahmen (worst case zwischen 50mA 
und 3.4A, eher jedoch zwischen 100mA und 2.7A).

Bei bisherigen Schaltungen hatte ich keine so hohen "Stromfenster", die 
ich bei der Spulenwahl beachten musste, nun aber schon.

Als Schaltregler wollte ich den LM2678 verwenden, siehe Anhang. Doch 
geht das überhaupt? Es wird im Datenblatt zwar erwähnt, dass der Strom 
nicht gegen Null gehen darf, jedoch wird auch kein explizites Minimum 
angegeben. Aus den Nomographen ist so ein grosses Stromfenster auch 
nicht ersichtlich.


Schonmal Danke im Voraus für einige Tips, wird hier sicher noch einige 
andere Leuts interessieren :)



Gruss
Leander

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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R42 in deiner Schaltung ist falsch dimensioniert.

Autor: Leander (Gast)
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Haha...

Was für Details möchtest Du denn gerne wissen?

Habe mein Problem glaub deutlich genug geschildert. Geht hier nicht um 
Details, sondern prinzipiell darum, wie so ein Schaltregler bei sehr 
geringen Lasten reagiert.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Was für Details möchtest Du denn gerne wissen?

Die Schaltung, die aufgebaut wurde. Besonders alle Daten der Spule, 
des Transistors und der Diode.
Wie schnell schaltest du den Ausgangsstrom zw den beiden Werten um? 
Welche Schaltfrequenz hat der Wandler?

Autor: Leander (Gast)
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Spule: Siehe Anhang

Transistor: ist im LM2678 integriert

Diode: da werde ich ne Power-Schottky verwenden

Frequenz der Laständerung: bis zu 100kHz, eher 10-70kHz

Schaltfrequenz Regler: 260kHz fix



Gruss
Leander

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Naja, die Schaltfrequenz des Stromes ist schon sehr nahe an der des 
Reglers. Das ist schlecht.

Was genau ist jetzt das Problem?
Du scheinst die Schaltung ja noch nicht aufgebaut zu haben...

Autor: Leander (Gast)
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Nein, ist sie nicht. Deswegen frage ich hier ja auch nur grundsätzliche 
Dinge, ob ich mit Problemen zu rechnen habe, wenn der Laststrom des 
Schaltreglers zu tief wird.

Andere Meinungen?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Ich sehe eher darin ein Problem, das die Änderungsfrequenz des 
Laststromes an die PWM-Frequenz heranreicht. Das ist dann unmöglich 
sowas auszuregeln, da die Drossel ja (bedingt durch das L) eine Weile 
braucht um den Strom anzupassen. Das muss ja auch bei der 
Dimensionierung der Rückkopplung bedacht werden. Diese muss ja die 
PWM-Frequenz unterdrücken, die Laständerung aber nicht.

Ich würde mal sagen, du solltest mit der Stromänderungsfrequenz unter 
1/10 der PWM Frequenz bleiben.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Die Reaktionszeit des Reglers auf Lastschwankungen ist im Datasheet 
dargestellt. Ich denke nicht, dass der Regler allein damit klarkommt, 
zumal die LM2xxx Switcher meist mit eher geringem dI dimensioniert und 
folglich träge sind. Bis der also reagieren kann muss der Elko das 
abfangen.

Bleibt für mich auch die Frage, ob sich ein solcher Regler unter diesen 
Umständen möglicherweise zum Schwingen anregen lässt.

Autor: Leander (Gast)
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Na ich habs schon fast vermutet, dass die Dinger zu träge sind :(

Also müsste ich gemäss Matthias nen Schaltregler wählen, dessen 
Schaltfrequenz um die 700-1000kHz liegt. Da werde ich wohl beim layouten 
ziemlich aufpassen müssen...

Oder aber, ich regle mit dem Schaltregler z.B. von 12V auf 8V und danach 
mit nem schnellen Spannungsregler die restlichen 1-2V runter (Beispiel) 
grübel

Doofe Idee? ^^

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Schaltfrequenz um die 700-1000kHz liegt.

Was schaltest du denn so schnell??

Autor: Leander (Gast)
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Die 700-1000kHz bezogen sich auf die Schaltregler-Frequenz, nicht auf 
die Last ;)


Laserdioden

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Wie wäre mit einer ordentlichen Entkopplung der Last??
Somit "sieht" der Schaltregler nur DC.

Autor: Leander (Gast)
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Naja, die Schaltung ist schonmal so ausgelegt, dass 
Spannungsschwankungen ausgeregelt werden. Das ganze richtig entkoppeln, 
habe ich jetzt noch nie gemacht. Hättest Du da ne gute Adresse, wo man 
sich gut informieren könnte? (was auch bei diesen Strömen gut klappt)

Paar Application Notes oder so?

Autor: Gast (Gast)
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>wie so ein Schaltregler bei sehr geringen Lasten reagiert.

Er schaltet aus. Ab und zu schaltet er wieder ein, da der 
Spannungsteiler am Ausgang (für die Nennspannung) ein bißchen Strom 
verbraucht. U.U. gibt das dann Geräusche.

Rechne doch einfach aus, welche Spannungsänderung bei Deinen Strömen und 
Deiner Schaltfrequenz am Ausgangselko vom Schaltregler auftreten 
sollen/dürfen/müssen und wie schnell nachgeregelt werden soll.

Gut - Du weißt das alles nicht. Dann mußt Du halt probieren, wie sich 
der LM2678 verhält. Grundsätzlich sehe ich kein Problem darin, diesen zu 
verwenden.
Zum Spaß könnte man auch zwei Regler verwenden, die um "180° gedreht" 
schalten. Oder auch 4-Phasenregler verwenden .....

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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google mal emc design considerations.

da gibt es ne app note von atmel. die gilt eigentlich für alle gtakteten 
anwendungen.

Autor: Leander (Gast)
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Danke dir.

Du sprichst also von ner LC-Entkopplung oder so?
Wenn ja: war mich noch etwas zu heikel, da ich nicht wusste, was 
passieren würde, wenn ich nen zusätzliches LC-Glied am Ausgang des 
Schaltreglers ranhänge.

Oder mache ich mir da umsonst Sorgen?

Autor: Wolfgang Mües (Gast)
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Nein, Du machst Dir nicht unnötig Sorgen.
Ein zusätzlicher LC-Kreis am Ausgang kann den Schaltregler schon zum 
Schwingen bringen.

Was ist gegen die Verwendung eines ICs mit 1 MHz Schaltfrequenz und mehr 
zu sagen?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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So war das auch nicht gemeint. Du sollst dir eher mal die Desgin Rules 
für die Layouterstellung ansehen.

Durch geeignete Layouts und Abblockkondensatoren kannst du die 
Pulsströme drastisch verkleinern. SOmit sieht der Schaltregler nur noch 
DC.

Siehe Bild im Anhang (aus einem anderen Thread)

Autor: Leander (Gast)
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Hm, sprechen wir jetzt vom Selben?

Diese Abblockgeschichte ist mir bekannt, aber halt eher bei geringeren 
Strömen als 3.xA
Deshalb meine Frage, wie Du das bei den hohen Strömen gut abblocken 
würdest.

Nunja, trotzdem nebenbei nochmal meine andere Idee, nach dem 
Schaltregler die letzten 300-400mV mit einem schnellen LDO (ULDO) zu 
glätten.
Im Datenblatt benötigt der LM2678-Schaltregler bis zu 1ms, um grosse 
Stromänderungen auszugleichen! Ein schneller LDO schafft sowas innert 
etwa 2us! (Oder noch schneller, habe jetzt einen auf die Schnelle 
gesucht)



By the way:
Bei Digikey bin ich über ziemlich billige Schaltregler gestolpert. Einer 
davon ist bereits ab 1Stk. zu haben, für 2.94USD!! (Sharp)
Aber ob der was ist, naja. Datenblatt ist etwas knapp.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Welches Tastverhältnis hat denn deine Last?

ABer das passt schon. Das Abblocken ist ja dasselbe Problem wie oben. 
Nur sollte man halt mehrere geeignete C's parallel schalten.

Autor: Leander (Gast)
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Hm, das schwankt ständig. Gibt kein genaues Tastverhältnis, kann auch 
mal continiuous sein.

Also Du meinst abblocken alleine genügt? Na ok... Ich dachte, diese 
1-1.2ms sind dann doch etwas ZU lange, bis der sauber ausgeregelt hat. 
Meine Meinung war halt, dass Kondensatoren nur wesentlich kürzere Peaks 
abblocken/glätten können. Vor allem bei diesem Strom...

Betreff parallelen Kondensatoren, vielleicht interessierts ja jemand.
Siehe Anhang, Seite 99 (saubere Anordnung einzelner Kondensatoren)

>> Machen wohl einige direkt parallel, ich auch immer bisher. Ist wohl ned das 
beste ;)

...nunja, falls sich jemand dafür interessiert, sehr interessantes PDF!

Autor: Leander (Gast)
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Hm, ist wohl zu gross (ca. 10MB)

Falls sich jemand dafür interessiert, kann er mir ne Email schicken. Die 
PDF umfasst rund 255 Seiten über diverse Layouttechniken.

lucerne at gmx punkt ch



Gruss

Autor: Gast (Gast)
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>Im Datenblatt benötigt der LM2678-Schaltregler bis zu 1ms, um grosse
>Stromänderungen auszugleichen!

Wo bitte steht das?
Die 5A-Sprünge im Datenblatt erzeugen eine Änderung der Ausgangsspannung 
von ca. 0,1V.
Leider sagst Du ja nicht, wie stabil die Spannung bleiben muß und ob Du 
bei den Ausgangskondensatoren sparen mußt.

Autor: Leander (Gast)
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Die Spannung muss nicht sooo stabil sein. Schwankungen von +/- 200mV 
sind auch noch ok. Die Flanken der Spannungseinbrüche und -überschwinger 
dürfen bloss nicht zu steil sein.

Im Datenblatt sind auf einer Seite einige Diagramme abgebildet, so kam 
ich auf die 1 bis 1.2ms

Ausgangskondensatoren: was nötig ist wird nunmal gekauft. Die billigsten 
Kondensatoren will ich nicht verwenden, nein.

Aber es gab ja bereits ganz andere Bedenken, dass die Frequenz der 
Laständerung nicht sehr weit der Schaltfrequenz vom Schaltregler 
entspricht...
Deshalb kam mir auch die Idee mit einem zusätzlichen, schnellen (U)LDO.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>ber es gab ja bereits ganz andere Bedenken, dass die Frequenz der
>Laständerung nicht sehr weit der Schaltfrequenz vom Schaltregler
>entspricht...

Ja. Aber damit meinte ich die Laständerung, die der Schaltregler sieht.
Deshalb sollst du ja gut abblocken, damit der Schaltregler nur DC sieht!


>Die billigsten Kondensatoren will ich nicht verwenden, nein.

Bei den Frequenzen solltest du auch lieber Ordentliche nehmen.

Autor: Gast (Gast)
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>Die Spannung muss nicht sooo stabil sein. Schwankungen von +/- 200mV
>sind auch noch ok.

Dann weiß ich nicht, was Dein Problem ist.

Autor: Leander (Gast)
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Hm, oki. Bleiben wir mal bei der Abblock-Variante:

etwa 4-5 Kerkos zwischen 1nF bis 1uF und noch bisschen Tantal bis ca. 
100uF (mal-aus-dem-Ärmel-schüttel)

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>(mal-aus-dem-Ärmel-schüttel)

Wie wäre es mal mit einer Rechnung?

Autor: Leander (Gast)
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Hm, na bei dir denke ich, Du machst das beruflich und hast bestimmt 
schon langjährige Erfahrung. Hat halt noch nicht jeder hier, deshalb bin 
ich mich ja noch am Einarbeiten ;)

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Du machst das beruflich und hast bestimmt
>schon langjährige Erfahrung.

Eher zweiteres. Beruflich schreibe ich nur Software.

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