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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verständnissproblem Schaltregler


Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Huhu,

ich habe mir mittels der Webseite 
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html die Werte für mein 
geplantes SNT berechnet.
Was mich jedoch irritiert, je grösser der Ausgangsstrom, desto kleiner 
wird die Induktivität...
Müsste nicht mit steigender Ausgangsenergie auch die Speicherkapazität 
der Spule steigen?

Gruß Anselm

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> je grösser der Ausgangsstrom, desto kleiner wird die Induktivität...
Wenn du eine feste Ladezeit (Spulen werden mit Strom geladen und geben 
Strom ab) hast, dann muß die Induktivität kleiner werden, um den Strom 
höher ansteigen zu lassen.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Quatsch, geregelt wird über das Tastverhältnis. Zur Theorie der 
Schaltregler finde ich diese Seite gut:

http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html

Schaltnetzteile sind aber noch was ganz anderes!

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Schaltnetzteile sind aber noch was ganz anderes!
Grundsätzlich eigentlich nicht...
Es wird Energie in einem Magnetfeld gespeichert und anschliessend wieder 
abgegeben. Wie und wann die Energie ins Magnetfeld hinein und wieder 
herauskommt, das sind dann "nur" Detailfragen.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Nicht ganz. Der wichtigste "Detail" - Unterschied: Das "Herzstück" des 
Schaltnetzteils ist nicht nur eine Spule, sondern ein Trafo. Der 
primärseitig mit "zerhacktem" Gleichstrom gespeist wird - und der wird 
durch direkte Gleichrichtung der Netzspannung gewonnen. Also Vorsicht. 
<:-)

Autor: flätz (Gast)
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Die Energie in der Spule ist E=1/2*L*i^2, die kann also auch mit kleiner 
werdender Spule steigen, weil der Strom quadratisch eingeht.
Normalerweise setzt man aber bei der Berechnung einen zulässigen 
Ripplestrom an, der z.B. nicht höher als 30% des mittleren Spulenstromes 
werden soll.
Höherer mittlerer Strom -> höherer zulässiger Ripplestrom -> kleinere 
Spule

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Darf ich die Reihe mal fortsetzen:

flätz wrote:

> Höherer mittlerer Strom -> höherer zulässiger Ripplestrom -> kleinere Spule

-> höhere Frequenz -> höherer Energieumsatz (in der gleichen Zeit, also 
höhere Leistung)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> höherer Energieumsatz
nur wenn du es schaffst, den Strom in der Spule zu erhöhen.
Und dazu muß die Induktivität kleiner werden.

Um es zu wiederholen:
>> Energie in der Spule ist E=1/2*L*i^2
In dieser Formel kommt keine Frequenz vor  :-o

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Lothar Miller wrote:
>> höherer Energieumsatz
> nur wenn du es schaffst, den Strom in der Spule zu erhöhen.
> Und dazu muß die Induktivität kleiner werden.

Und die Frequenz höher.

> Um es zu wiederholen:
>>> Energie in der Spule ist E=1/2*L*i^2
> In dieser Formel kommt keine Frequenz vor  :-o

In dieser Formel nicht. Aber je kleiner die Induktivität, desto 
schneller ist sie auch in der Sättigung. Dann kann der Strom noch 
ansteigen, wie er will, es kann nicht mehr Energie gespeichert werden. 
Höchstens noch verheizt. Bis der Schalttransistor den Geist aufgibt 
(oder irgendwas anderes, je nachdem, wieviel Strom / Verlustleistung es 
verträgt).

Also je kleiner die Induktivität, desto höher muss auch die "Umlade" - 
Frequenz werden.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hartmut Kraus wrote:

> Aber je kleiner die Induktivität, desto
> schneller ist sie auch in der Sättigung.

Die Sättigung hat erstmal wenig mit der Induktivität an sich zu tun, das 
ist ein anderes Thema. Eine kleinere Induktivität kann bei gleichem Kern 
die gleiche Energiemenge speichern, wie eine größere Induktivität:
Verdoppelt man die Windungszahl, halbiert sich der zulässige Strom. 
Dafür vervierfacht sich die Induktivität.
Wenn man diese Werte jetzt in obige Formel einsetzt landet man wieder 
beim gleiche Wert für die Energie.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Benedikt K. wrote:

> Wenn man diese Werte jetzt in obige Formel einsetzt landet man wieder
> beim gleiche Wert für die Energie,

Die nur bei kleinerer Induktivität -> größerem Strom in kürzerer Zeit 
gespeichert und wieder entnommen ist -> es muss früher abgeschaltet und 
früher wieder eingeschaltet werden - > höhere Frequenz. <:-) Streite 
mich jetzt nicht weiter.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hartmut Kraus wrote:

> Die nur bei kleinerer Induktivität -> größerem Strom in kürzerer Zeit
> gespeichert und wieder entnommen ist

Da der höhere Strom aber Absicht ist, kann man die Zeit genauso groß 
lassen. Wenn man die Frequenz indirekt proportional zur Induktivität 
erhöhen würde, würde der Strom konstant bleiben, aber das möchte man ja 
nicht, sondern der Strom soll ja höher werden:
L~1/I, für f=const

Du beschreibst den umgekehrten Fall:
L~1/f, für I=const

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Stimmt, war mein Denkfehler. Hoffe, das Verständnisproblem des 
Threaderstellers war schneller gelöst. <:-)

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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g woll woll

Wenn ich mir den ausführlichen Artikel bei Sprout durchlese, frage ich 
mich welchen Strom denn nun meine Spule abkönnen muss..
Ue= 45V max sowie Ua = 5V Ia = 0.5A Verwendete Schaltregler LM2576-HVT 
(52KHz)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Der LM2576 hat eine Strombegrenzung. Wenn du das ganze wirklich 
ordentlich dimensionierst, muss die Spule diesen Strom vertragen, ohne 
in die Sättigung zu gehen.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Na, "aus dem Bauch 'raus" würde ich sagen: 0,5A sind doch kein Strom und 
5V * 0,5A keine Leistung. <:-)

Auf der Sprut - Seite sind auch praktische Beispiele von Schaltreglern 
zu finden, und gerade seine Spulen wickelt der Kumpel "nach Augenmaß". 
<:-)

Autor: flätz (Gast)
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> Ue= 45V max sowie Ua = 5V Ia = 0.5A Verwendete Schaltregler LM2576-HVT
>(52KHz)

> Der LM2576 hat eine Strombegrenzung. Wenn du das ganze wirklich
> ordentlich dimensionierst, muss die Spule diesen Strom vertragen, ohne
> in die Sättigung zu gehen.

Naja, Strombegrenzung wäre wohl bei fast 6A. Ganz schön viel Holz, wenn 
nur 0.5A gebraucht werden.
Ich schlage vor, die Ripple-Amplitude ir auf ca. 150mA zu legen. Das 
Tastverhältnis liegt bei ungefähr 0.1, Einschaltzeit ist also ca. 2us.
L=1/ir *40V *2us=ca.500uH -> 470uH
Die Spule müsste 0.5A+150mA=650mA -> 700mA vertragen.

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Nun meine letzte Frage für Heute:
Wie ist es mit Masseflächen? ich mache bei Analogschaltungen meisst ein 
grooooosses Viereck um die gesamte Schaltung und lass Eagle die Polygone 
freirechnen. Muss ich hier bei einem Schaltregler auf etwas bestimmtes 
achten?
Designregeln wie Diode und Quellkondensator möglichst nahe am Regler ist 
klar ;)

Gruß Anselm

Autor: A. K. (prx)
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In den Datasheets der Regler-ICs sind nicht selten Beispiel-Layouts drin 
(z.B. beim LM2594), und ziemlich häufig entsprechende Tipps und 
Empfehlungen.

Autor: flätz (Gast)
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Ich sehe gerade, dass ich bei der Rechnung oben den Stromripple als 
Spitze-Spitze Wert verwendet habe. Demnach reicht auch eine 270uH oder 
sogar 220uH mit 700mA:)

Autor: Tobi (Gast)
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Diesen Artikel lege ich dir ans Herz.
Darin die Notwendigkeit eines guten Layouts
anhand von zwei Layouts und diversen Messungen
so beschrieben, dass es auch der dümmste Ing.
begreift (war für mich also ideal :-)

http://www.channel-e.de/fileadmin/Bilder/designcor...

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