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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 5A 12V Schaltregler, so wenig Dropout wie möglich


Autor: Armin (Gast)
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Hi,

ich würde gerne ein Mainboard mit 12V DC In über LiPo Akkus versorgen. 
Da es sich um 4 Zellen handelt, liegt der Spannungsbereich je nach 
Ladezustand zwischen 12V und 16,8V.

Ich werde also einen buck-Schaltregler (Größenordnung 5A) bauen müssen, 
der die Spannung so hinwandelt, wie es das board braucht.
Klassischerweise benötige ich einen hohen Wirkungsgrad, denn die akkus 
müssen ja lange halten.

Leider kommen die akkus beim Entladen bis an den output von 12V schon 
gefährlich nahe hin. Dementsprechend wenig Dropout darf der Regler 
haben. Ich hoffe mal, dass das board ein bisschen tolerant ist und mit 
11,5V auch noch arbeitet, oder mit glück sogar erst bei 11V abschaltet.

Leider habe ich bisher noch keinen Buck-Chip gefunden, der das leistet. 
Viele benötigen einfach mal mindestens 14V!

Wenn ich erst auf 5V runterwandle und dann wieder rauf, fürchte ich, 
geht zu viel Wirkungsgrad flöten. Außerdem sind dann bei 5V mal eben 12A 
unterwegs.

Falls wir keine Lösung finden, werde ich für teures Geld ein 
"PicoPSU-120-WI". Das kann das angeblich und zwar mit richtig viel 
Prozent =)

Falls wir eine Lösung finden, werde ich dafür eine 5A-Induktivität 
brauchen. Hier bleibt mit Reichelt-Mitteln nur "selberwickeln". Leider 
gibt Reichelt die Einheit der Kerne manchmal in nH/Wdg², meistens aber 
in nH/Wdg an. Ich bild mir aber ein, mal im Netz gelesen zu haben, dass 
die Induktivität mit der Quadrat der Windungszahl zunimmt. Wie soll ich 
also die [nH/Wdg]-Kerne berechnen? Hinterher messen kann ich leider 
nicht -.-

Autor: gast (Gast)
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da fast alle komponenten der meisten boards <5V arbeiten ist das meist 
kein problem
einzig komponenten die 12V benötigen sind kritisch



bei den pico PSU aufpassen

die meisten picos  regeln nur die 5V und 3,3V  leitung
12V leitung ist rein durchgeschalten !!!

ich selber habe ein M3ATX
dort  wird wirklich auf 5V runter und dann auf 12V hinauf geregelt
stabiler betrieb geht so ab 8V
darunter klemmts einfach



generell ist es aber so das die 12V leitung nicht wirklich kritisch ist
da danach zu 98% alles runtergeregelt wird

Autor: G_dal (Gast)
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2 Möglichkeiten:

* Buck-Boost Regler, der regelt rauf und runter
Nachteile:
- schlechterer Wirkungsgrad als Buck
- Induktivität und Ausgangskondensatoren sind größer als beim Buck
- ...

* Der "Dropout" wie du ihn nennst hängt bei Buck mit der Schaltfrequenz 
zusammen (Stichwort: min. off-time)
d.h. je tiefer du mit der Schaltfrequenz gehst, desto tiefer ist dein 
"Dropout" -> Nachteil: größere Bauteile

Autor: G_dal (Gast)
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Autor: Franz (Gast)
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Hallo Armin ,
ich geb dir mal ein paar Bauelemente-Typen und Fotos von der 
betreffenden SV-Wandler-Platine PW-200-V (C mini-box.com)
1. IC  LM2642
2. Q5 + 6 + 9 + 10 (4 x MosFets) FDD6680A
3. MosFet´s (SO-8) Q2 = FDS 6679 / Q3 = FDS 6680
4. Q8  PS3510  M45  D058 (SO-8) ?
5. 6 x 1000 yF / 10 V  Rubycon
6. 2 x 390 yF / 35 V     "
7. 2 x L SCC-12850 -3R9  TMP  422T  (gelb)
8. 1 x L 1R8 TMP T (grau)

Was an Spulen (3x) drauf ist, siehe selbst (Fotos in Win-Rar). Der Rest 
an Hühnerfutter ist eher unbedeutend.
Einen Schaltplan davon zu erstellen übertrifft allerdings meinen 
momentanen Zeitplan und die Fähigkeiten.

Hoffe dir und allen anderen Interessenten etwas geholfen, und dem 
Hersteller / Vertrieb nicht sein zukünftiges Geschäft vermasselt zu 
haben.

Autor: Franz (Gast)
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Korrektur zu den beiden gelben L´s (Spulen) 7. , muß korrekt heißen: 
SSC-12850....

Autor: Günther Grundböck (grundy)
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also als buckboost den LM5118
oder als SEPIC den LM3478 oder 88
beispiele und simulation gibts auf national.com

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Autor: Armin (Gast)
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mir ist noch etwas eingefallen:

Direkt vor der Spannungswandlung sitzt meine Akku-Schutzschaltung, die 
mit einem IRF 9530, also P-MOS Anreicherungstyp arbeitet. Hier habe ich 
bereits eine saftige Wärmeentwicklung bei meinen 5A und den nötigen 0,7V 
Spannungsabfall.

ließe sich der Transistor evtl gleichzeitig für den Schaltregler 
einsetzen, um diese 0,7V Verlust und die entsprechende Wärmeentwicklung 
nur einmal zu haben?

Man müsste dazu das Gate über ein AND mit Regler und Ausgang der 
Schutzschaltung verbinden.
Der Nachteil ist eindeutig, dass der WandlerIC dann nicht mehr vom akku 
getrennt werden kann, wenn die schutzschaltung greift. Stattdessen 
versucht er, weiterzupumpen... außer man benutzt, falls vorhanden, einen 
on/off eingang
trotzdem bleiben einige µA Standybstrom, oder?

was haltet ihr von der Idee? Lohnt sich das vom 
Verlust/Gewinn-Verhältnis her?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Der IRF9530

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf9530n.pdf

hat tatsächlich 0.2 OHM R_ds_on. Das macht bei 5A dann eben schonmal EIN 
VOLT Spannungsabfall.

Müssen es denn 100Volt U_ds sein? Sicher geht hier auch ein MOSFET mit 
besseren Daten.
100V:
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf5210.pdf

55V:
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf4905.pdf

30V(Logik SO8):
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irf7424.pdf

Beid er Akkuschutzschaltung sind idR. zwei MOSFETs antiseriell 
geschaltet, um die interne Diode auszuhebeln, bzw. um die noch mögliche 
Stromflussrichtung über die jeweils noch vorhandene Diode vorgeben zu 
können, indem man nicht beide Fets sperrt, sondern nur einen in der 
Reihe.

Jedenfalls reduziert sich der Spannungsabfall bei 20mOhm schonmal auf 
lächerliche 100mV, was dann eben auch nur einer Verlustleistung von 
(statischen) 0.5Watt entspricht. Die Wärmeentwicklung sollte an dieser 
Stelle dann ebenfalls tolerabel sein.

Bis hierhin erstmal
viele Grüße

Axelr.

Autor: Armin (Gast)
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Der irf4905 ist also mein neuer Transistor! Hatte damals richtig 
probleme, überhaupt einen zu finden. Man klickt einfach nur bei reichelt 
wild rum, bis doch mal einer passt ^^

Deinen Text zur Akkuschutzschaltung habe ich nicht verstanden - 
warscheinlich gehst du von etwas anderem aus. Im Anhang mal der 
Schaltplan, auf dem meine Schaltung basiert...
Dann wird vllt klar, warum mir nicht klar ist, was du schreibst.

Im prinzip macht der FET in dieser Schaltung das selbe wie der Treiber 
eines Reglers. Also könnte man doch nur einen Leistungs-MOSFET nehmen 
und die beiden Gate-Signale (Protection und Regler) mit einem AND 
zusammenfassen!

Autor: Armin (Gast)
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so, ich muss mich gleichmal korrigieren.
Ich liebäugel mit dem LM3488 und der braucht extern kein PMOS sondern 
ein NMOS. Insofern werd ich mir mit der AND-Verschaltung schwer tun, 
oder?
Aber gut mit 100mV sind auch 2 MOSFETs erträglich.

jetzt bräuchte ich noch einen reichelt-Transistor wie den irf4905. mur 
eben als NMOS. Hat jemand Ideen?

im LM3488-datasheet wird der irf7807 vorgeschlagen - das scheint der 
entsprechende N-typ für irf7424 zu sein. SMD möchte ich allerdings 
vermeiden =). Außerdem gibt's den bei reichelt auch nicht.


sorry zwecks doppelpost.

Autor: gast (Gast)
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Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ok, so dachte ich mir das mit der Schaltung schon fast...

Da in deiner Schaltung 4Zellen verbaut sind - wieviele Schutzschaltungen 
hast Du? Eine?? Sind das nackte Zellen, oder hat evtl jede Zelle schon 
eine Schutzschaltung ab Werk?


Der IRF4905 schaltet bei den relativ geringen Spannungen deiner 
gezeigten Schaltung (AN EINER ZELLE) noch gar nicht richtig.
Also für den Betrieb an einer Zelle eigentlich ungeeignet.
So, wie der P-Mos in der Schutzschaltung aus dem Anhang verschlatet ist, 
bleibt seine interne Diode in Sperrrichtung und würde ein Nachladen der 
Zelle auch bei abgeschalteten MOSFET gestatten. Wenn dir das nichts 
ausmacht, kannst Du die Schaltung so lassen oder eben noch einen zweiten 
MOSFET gleicher Art dahinters schalten, nur eben "Spiegelbildlich".

Diese Mosfets heissen dann bei Visahy zB Bidirectional Fet oderso.
http://www.vishay.com/docs/72941/72941.pdf

Die gibt es dann nicht bei Reichelt, klar ;-))

Den könntest Du dann statt deines IRF4905 einbauen. G1 und G2 kämen dann 
zusammen.

Dann kann kein noch so großer Ladestrom deine Zelle zerstören.
Die Zellen mögen es nämlich nicht, wenn diese im tiefentladenen Zustand 
mit 1-2Ampere geladen werden.
Und das werden sie, wenn in reihenschaltung eine den Geist aufgibt! Da 
kann die Schaltung dreimal abschalten. Die restlichen Drei Zellen geben 
der einen, schlappen, mächtig eine mit.

Wenn Du nun tatsächlich nur eine (Schutz)Schaltung quasi für <12Volt 
vorgesehen haben solltest, würde ich jeder Zelle in der Reihenschaltung 
wenigstens eine Schottkydiode in Sperrrichtung spendieren, damit die 
Zellen nicht umgepolt werden.

Die Regler würde ich tatsächlich mit MAX1745 für die 12V Schiene bauen.
Für die 5V und die 3.3V ebenso.

der Schaltkreis hat eine Freigabepin. Bei LOW Pegel dort (PIN7) geht der 
einfach aus :-))

Wenn Du also sowieso nur eine Schutzschaltung hast, kannst Du deinen 
IRF4905 weglassen und den Ausgang der Schutzschaltung über einen kleinen 
Transistor an die PIN7s der MAX1745 legen.
Also so in etwa würde ich das bauen. Geht sicher einfacher und hängt ja 
auch immer davon ab was man da hat und was man günstig oder überhaupt 
bekommt.

BTW: @all

habt ihr gewusst, das man jetzt als Bastler (fast) direkt bei farnell 
bestellen kann!?!

Gruß
Axelr.

Autor: Armin (Gast)
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Farnell finde ich immer noch zu teuer, auch wenn man da jetzt bestellen 
kann =)

Also mein Akkusetup:
Das nennt sich 4S3P, was bedeutet: Ich habe mir 3 Batterypacks mit je 4 
seriellen Zellen besorgt. Über die Balancerkabel werden die 3 Packs 
parallel geschalten. Die Einzelzellen sind ungeschützt, die Protection 
schaltet das gesamte System bei < 12,xx V ab - den genauen Wert weiß ich 
nicht mehr.
Wenn jetzt also eine Zelle ausfällt, sterben schonmal die beiden 
parallelen Zellen mit. Um die seriellen zu schützen, empfiehlst du also 
Schottkydioden, hab ich das richtig verstanden? Ich komme aber nur über 
die ultradünnen Balancerkabel an die Einzelzellen hin. Wenn da 5A 
durchgehen dürfte doch ohnehin bald schluss sein, oder?
Offene Fragen:
- Warum schottky und keine normale diode?
- Was macht die Diode hier überhaupt? Du meinst, sie fängt beim Laden 
Spannungsstöße ab? Hab ich nicht ganz verstanden.
- Kann ich die parallelen Zellen vielleicht dadurch eine Zeitlang 
schützen, dass ich die einzelnen Balancerleitungen über Widerstände 
zusammenschalte? z.B. 20-30 Ohm
Dann müsste man den Fehler aber schnell genug bemerken, was nicht ganz 
einfach ist! Und wie schließe ich das ganze Pack dann ans Ladegerät? 
Kann mir kaum vorstellen, dass das Ladegerät dann noch richtig 
balancieren kann...


Der Ladevorgang geht bei mir übrigens nicht durch die Schutzschaltung 
den umgekehrten Weg. Der Ladestrom wird vom Ladegerät selbst begrenzt. 
Deswegen müsste ich mit dem 4905 doch ganz gut fahren, oder?
Den Vorschlag mit dem Freigabepin find ich auch ganz gut. Man muss nur 
sehen, was der entsprechende Wandler dann im Standby zieht. Auf der 
anderen Seite kommt eh noch ein Schalter hin, falls die Sache mal n paar 
Wochen im Regal steht.


Vermutlich werde ich nur einen Wandler brauchen, der auf 12V wandelt. 
Viele mainboards haben die restlichen wandler onboard.
Mir ist aufgefallen, dass bei den empfohlenen SEPIC Wandlern scheinbar 
auch nur ENTWEDER upstep ODER downstep wandlung möglich ist.
Wenn ich mir etwa den LM3488 simulieren lassen möchte (11V bis 17V --> 
12V,5A), meint er nur "design could not be created with this device.
Also wird es ein buckboost. Entweder LM5118 oder der LTM4605, wobei der 
LT schon ziemlich mächtig ist. Mal sehen, ob die von nem 30 EUR chip 
überhaupt samples rausrücken ^^

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Auweia, das ist mir alles zu verfahren.
Du betreibst hier kein Modellauto!!

Akkus parallel über die Balancerkabel? Neee, so einfach ist das nicht.
Ich möchte das nun auch nicht näher ausführen.
Ist mir beim aktuellen Wissenstand auf deiner Seite zu heikel. Tut mir 
leid.

Kann gut sein, das ich das nun komplett falsch vertstehe, oder liege.
Aber glaube mir, ich habe in Sachen Lithiumxyz einiges erlebt (bzw. 
einige meiner Kunden).

Nimm dir einen Notebook-akku und sieh dort hinein.
Genauso und nicht viel anders kannst Du das aufbauen.

Die einzelnen Batterien (Reihenschaltungen) kannst Du dann evtl. über 
"ideale Dioden" parallel betreiben.
http://www.elektroniknet.de/home/bauelemente/produ...
Wenn das/die Akkupack/s steht/stehen, dann kannst Du Dir Gedanken über 
den Stepup/down Regler machen. Ist mein Rat. Machen kannst Du was Du 
willst, klar...

AVR-406, hies die so? da stehts auch gut drinn beschrieben. ansonsten 
bei TI gibt es entsprechende Schutz- und LadeIC zu kaufen.

Gruß
Axelr.

Autor: Armin (Gast)
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Einen 3S3P Notebookakku hatte ich bereits offen. Da sind die Zellen 
natürlich direkt verbunden über eine ordentliche Leitung. Dazu müsste 
ich die fertigen Akkupacks aber aufmachen, was MIR wiederum zu heikel 
ist!

Naja wenn du meinst, das ist die bessere Idee, denk ich da mal drüber 
nach ^^

Aber ehrlich gesagt versteh ich den Grund nicht. Denn normaler 
Balancerstrom ist ohnehin recht klein. Das einmalige Balancen am Anfang 
lässt sich über einen vernünftigen Widerstand bewerkstelligen und wenn 
eine Zelle tiefentladen ist, gibt's ohnehin ziemliche Probleme. Egal ob 
durch dicke oder durch Balancerleitungen - die haben mit Glück noch 
etwas Widerstand...
Knallen wird's nur bei Überspannung.

So lange du deine Erfahrungen nicht teilst, kannst du mich auch nicht 
beunruhigen =)



Dioden oder Ähnliches konnte ich im Notebookakku nicht finden. zumindest 
nicht VOR den Balancerleitungen. Auch hier waren die Zellen parallel und 
seriell verbunden. Natürlich nicht durch Balancerleitungen, aber 
trotzdem direkt.

Die drei fertigen Packs nur am Ende zu verbinden, würde ja bedeuten, 
dass ich sie einzeln aufladen und balancen muss, was mir wiederum zu 
lange dauert.

Autor: Armin (Gast)
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So ich habe mich nun für den LM5118 entschieden und ihn mir auf der 
national Website auslegen lassen. Das entsprechende PDF ist im Anhang!

Gefällt mir schon sehr gut. Den Ausgang von der Schutzschaltung kommt 
also an den Enable-Pin - dafür kann ich UVLO einfach an + hängen.

Aber: Wie sieht es mit den beiden Transistoren aus, die da verbaut 
werden? M1 und M2 in der Teileliste. Hat hier wieder jemand geeignete 
Reichelt-Alternativvorschläge?
M1: Toshiba TCPA8022-H
M2: Renesas RJK0332DPB
Mir ist nichtmal klar, warum da verschiedene nötig sind.

Wie findet ihr eigentlich Transistoren, wenn ihr welche braucht?

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