Ok hier die Idee, wüsste gerne was ihr dazu meint: Ein Controller wird benutzt um mit PWM einen Step-Down Converter zu betreiben. Also PWM-Ausgang über Treiber an MosFet und der schaltet dann die Spannung, dahinter ein LC-Tiefpass zum glätten. Die Spannung kann über Tastatur eingestellt werden indem der PIC das Tastverhältnis ändert. Die geglättete Spannung wird an einen LM317 gegeben um diese Spannung noch zu stabilisieren. Die Spannung beim LM317 wird ja normalerweise eingestellt indem man das Massepotential des ADJ-Pins über einen Spannungsteiler "aufstockt". Das erledigt jetzt ein Transistor zwischen ADJ und Masse, der mit einem Widerstand am Ausgang des LM317 verbunden ist. Über die Basis des Transistors kann jetzt der Spannungsteiler eingestellt werden. Die Basis wird über einen DAC an den Controller angeschlossen, sodaß sich der LM317 digital regeln läßt. Der Controller stellt die Ausgangsspannung des LM317 so ein dass sie immer 3V unter der Eingangsspannung liegt. Und fertig ist das Schaltnetzteil! Oder auch nicht... ;) Das wüßt ich gern von Euch.
Wenn Dein PIC abstürzt, ist es vorbei mit der Elektronik, die hinter dem Schaltnetzteil hängt. Das ist das Hauptproblem. Dazu braucht es kein fehlerhaftes Programm, ein EMV-Impuls irgendwann reicht. Stefan
Mach doch mal einen Schaltplan, dann kann ich es mir besser vorstellen. Winfried
Und wie würde sich das auf den EMV Impuls auswirken ,wenn man den PIC in so ne Art Mini-Metallkäfig setzt . Diese Vorgehensweise findet man z.B. bei Handys. Dort werden auch bestimmte Bereiche mit Käfigen abgeschirmt.
Wesentlich sicherer, einfacher und genauer ist es, wenn Du einen integrierten Schaltwandler verwendest. Da gibt es etliche auf dem Markt für alle Anforderungen. Der PIC ist zu langsam, um schnelle Lastwechsel auszugleichen. Die Spannung kannst Du dann über ein digitales Poti einstellen.
>Und wie würde sich das auf den EMV Impuls auswirken ,wenn man den PIC >in so ne Art Mini-Metallkäfig setzt . Diese Vorgehensweise findet man >z.B. bei Handys. Dort werden auch bestimmte Bereiche mit Käfigen >abgeschirmt. Das ist eine Frage des Restrisikos. Abschirmung macht die Sache vielleicht sicherer, aber eben nicht 100%ig. Ich habe kaum ein (gekauftes) Gerät, was nicht schonmal abgestürzt ist. Wie sich die Schaltung beim Programmieren und Entwickeln verhält, kommt noch hinzu. Ich mache auch am liebsten alles mit mc, aber für Schaltnetzteile würde ich auf fertige Chips zurückgreifen, die Qualität und Sicherheit ist wesentlich höher, für denselben oder geringeren Preis. Stefan
Das wäre ja auch mal eine generelle Frage oder Konsequenz: Darf man Microcontroller für Einsatzfälle benutzen, wo ein Absturz verheerende Folgen hat? Ich denke, es kommt drauf an. Man hat ja immer noch den Watchdog, der den Prozessor zurücksetzt und die Appl. startet neu. Das geht aber nur für Anwendungen, wo auch ein Aussetzer von vielleicht 0.5 Sekunden ok ist. Bei einer Motorsteuerung im Auto geht das noch, bei einem Schaltregler nicht mehr. Vor 10 Jahren habe ich viel mit dem PIC gemacht, ich hatte ein Gerät, was permanent lief und immer mit rumgetragen wurde. Ich bin mir ziemlich sicher, dass das Programm fehlerfrei war und trotzdem stürzte das Teil so alle paar Wochen, manchmal auch Monate undefiniert ab. Mehrere Geräte verhielten sich da genauso. Bei stationären Geräten laufen manche schon jahrelang ohne irgendein Problem. Nach all meinen Erfahrungen mit Microcontrollern wäre ich auch vorsichtig, Hardware zu designen, wo man sich hundertprozentig auf das Funktionieren des Microcontrollers verlassen muss, weil sonst irgendwas abraucht. Man kann natürlich auch Schutzschaltungen für den Fehlerfall vorsehen. So könnte man z.B. das Schalten des Wandler-Tranistors so machen, das bei zu langem On-Impuls des Controllers eine externe Schaltung das nicht zulässt. Winfried
Wie könnte so eine Schaltung denn aussehen die bei zu langer ON-Zeit das Ding resettet? Mit analogen Schaltungen kenn ich mich nicht so aus, ich würd da einfach 'nen zweiten PIC dranklemment (irgendso'n 8-Pin Billigteil) der mit Capture&Compare die On-Zeit stoppt, aber das ist wahrscheinlich totaler Overkill :) Bei der Schaltung stell ich mir das so vor: PWM-Ausgang des PIC liegt am Gate eines N-Kanal FET (ich dachte an IRL3803) und dessen Drain-Source schaltet wiederum das Gate eines P-Kanal-FET (IRF4905 z.B.), der die Eingangsspannung (ca. 25 Volt) mit einer Spule (400-1000 uH) verbindet. Die gepulste Rechteckspannung lädt dann die Sule auf und über eine Freilaufdiode entlädt sich das Ding während der off-Zeit. Parallel zur Spule ein 47uF Elko, damit ist der Stepdown-Converter fertig. Der PIC generiert ein 50Khz PWM-Signal (dazu reicht ein 4Mhz-Typ) und steuert mit dem Tastverhältnis die Ausgangsspannung. Die wird nochmal mit 'nem Elko geglättet und dann an den LM317 gegeben. Wie ich den steuere weiß ich noch nicht genau, aber ich denke mal die Idee mit dem Transistor am ADJ-Pin ist nicht verkehrt, weil eine ähnliche Schaltung auch im Datenblatt ist. Den Transistor könnte man ganz elegant mit 'nem seriellen DAC steuern. Der Controller kriegt dann irgendwie vom Benutzer die Soll-Spannung und stellt dann das Tastverhältnis so ein dass am StepDown-Converter 3 Volt mehr rauskommen, und den LM317 stellt er genau auf die gewünschte Spannung ein.
"Wesentlich sicherer, einfacher und genauer ist es, wenn Du einen integrierten Schaltwandler verwendest. Da gibt es etliche auf dem Markt für alle Anforderungen. Der PIC ist zu langsam, um schnelle Lastwechsel auszugleichen." Ist mir schon klar dass es das alles fertig gibt, aber da hab ich nix von. Ich mach das primär um was dabei zu lernen (und Spaß machts eben auch); klar wenn ich ein perfektes Schaltnetzteil will kauf ich mir gleich ein fertiges oder hol mir so'n IC und bau einfach die Schaltung aus dem Datenblatt nach. Aber da lernt man nix bei.
Die Regelung zum Ausgleich von Lastwechsel soll ja der LM317 übernehmen. Der StepDown-Converter soll nur die Verluste verringern indem er die Eingangsspannung 3 Volt über der gewünschten Ausgangsspannung hält.
Bei atmel gibt es eine Application Note für eine Schaltregler-Anwendung mit einem Microcontroller, im Zusammenhang mit Digitalfilter. Es ist problemlos möglich, einen Controller auch als schaltregler zu verwenden, hier am beispiel einer Konstantstromquelle http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/current_supply.pdf Technisch also machbar, man muss halt entscheiden, ob man es aus Sicherheitgründen dann letztendlich macht. Auch ein fertiges IC kann abrauchen...
"Auch ein fertiges IC kann abrauchen..." Wie wahr ! Hab mir einen Modellbaufahrregler (Steller ) mit'm MC gebaut . Stürzte anfangs auch mal ab . ( ca. 30A Anfahrstrom ! ... ) Nach abschirmen nicht mehr . Mit dem step down/up converter ( max. 6A Iout , 12A Iin ) für ein Ladegerät hatte ich noch gar keine Probleme . Nicht 1 Absturz . Ob Glück oder Verstand , weiss nicht ... Die MOS-FETs treibt der MC ( ADuC841 ) mit dem ICL7667 .
Leistungselektronik steuert man direkt erstmal mit reiner Hardware. Deren Parameter konfiguriert man dann mit einem MC. Nicht sinnvoll ist es, PWM Signale direkt per MC zu erzeugen. Softwarefehler erzeugen erhebliche Hardwareschäden und die Zuverlässigkeit im praktischen Betrieb ist deutlich geringer. Im Vergleich zu Spezialbausteinen ist die Störanfälligkeit der MC erheblich geringer.
"Nicht sinnvoll ist es, PWM Signale direkt per MC zu erzeugen. Softwarefehler erzeugen erhebliche Hardwareschäden und die Zuverlässigkeit im praktischen Betrieb ist deutlich geringer." Stimmt nicht . Der C164 macht die PWM nebenbei ( hardware )und steuert z.B. das Programm namhafter deutscher Waschmaschinen millionenfach .
Wie schon geschrieben, würde ich die Hardware so designen, dass selbst bei Softwarefehler nichts passiert. Wie das konkret geht? Das PWM-Signal vom Microcontroller wird über ein Kondensator/Widerstand und nachgeschaltetem Schmitt-Trigger geleitet. So kann die High-Phase (Transistor-On) niemals länger als die Kondensator-Umladezeit sein. Im Normalfall überschreitet man die nie, im Fehlerfall verhindert es jedoch, dass der Transistor dauerhauft durchschaltet. Eine Diode könnte während der Low-Phase den Kondesator schneller wieder umladen. Damit hätte ich dann ein gutes Gefühl, sowas über einen PIC zu realisieren. Winfried
Angehängte Dateien:
-
power4.jpg
51 KB
Hallo,
hier Maßnahmen für einen ausfallsicheren Betrieb einer uC-Schaltung:
1) Immer den Watchdog benutzen (nur ein einziger Reset-Aufruf in der
Hauptschleife, niemals aus einem Interrupt). Das bringt schonmal 'ne
ganze Menge.
2) Ggf. einen externen Watchdog verwenden, gibt's natürlich fertig
("Supervisor"), kann man aber auch selbst basteln: uC erzeugt in der
Hauptschleife eine Frequenz. Die wird über einen Kondesator (als
DC-Sperre) und eine Diode an ein RC-Glied geleitet. Ein Komparator
schaltet bei Unterspannung (durch ausbleibende Frequenz) alles ab, was
Schaden anrichten könnte. Ist auch gut gegen Boot-Probleme, der
Komparator kann auch gleichzeitig noch die Betriebsspannung überwachen.
3) uC-unabhängige Überstromabschaltung einbauen (s.Anlage "current
limiter"), zweckmässigerweise mit einer Kippstufe (2 Transistoren
o.ä.), damit nix schwingt.
Mit Maßnahme 2 plus ein paar Funktionen zum Speichercheck kriegt man so
eine Schaltung schon durch den TÜV für Geräte der Gefahrenklasse 2
("Personen nicht ständig im Gefahrenbereich"). Habe das hinter mir,
übrigens mit einem PIC, die Geräte wurden mehrere hundertausend Mal
gebaut. Es gab zwar Ausfälle, aber keine "spinnenden Geräte".
Schlechtes EMV-Design ist natürlich immer eine potentielle
Störungsquelle. Einen Metallkäfig braucht man aber deswegen noch lange
nicht, im Handy ist das was anderes - da geht's um ganz andere
Frequenzen und (beabsichtigte!) Feldstärken. Schaltregler bleiben
eigentlich eine recht niederfrequente Angelegenheit, wenn man steile
Stromflanken vermeidet. Also kurze Leitungen und reichlich Masseflächen
zwischen Transistor und D/L/C spendieren.
Beim uC ist der Oszillator eine sensible Angelegenheit. Am besten
Resonatoren benutzen, die schwingen stabiler. Und auch hier unbedint
kurze Leitungen und eine Massefläche (zumindest Leiterbahn) rundrum.
Ich bin auch gerade dabei so ein Netzteil zu bauen, es soll 48V/10A
rausgeben. Da wird's mit fertigen Chips schon sehr schwierig. Die
Regelung soll ein AVR 2313 machen. Bei Interesse an Mitarbeit oder am
Gerät (oder z.B. der Platine) bitte melden.
Viel Erfolg
Axel
PWM ist dafür gedacht, z.B. analoge Referenzspannungen / Regelspannungen zu erzeugen. PWM ist NICHT dafür gedacht, über eine nachgeshaltete Treiberstufe direkt die IGBTs eines Stromrichters zu schalten. Leider sehen die MC Bastler schnell, daß der Chip eine PWM hat und sofort wird ein Schaltnetzteil gebaut. Vergleicht man den Funktionsumfang eines ECHTEN PWM Controllers mit dem der Softwarelösung, so fallen Unzulänglichkeiten besonders in Bezug auf Überstromschutz und Primärstromnachbildung auf. Schon die Nachbildung eines TDA4605 ist per MC kaum möglich. Und wozu das ganze? Sparen eines 1$ Bauteils? Oder Unkenntnisse der Leistungselektronik im ASM Code verstecken?
Hatte ich schon erklärt warum ich das mit MC machen will: WEIL ICH DABEI WAS LERNE! Wenn ich Deinen TDA4605 benutze ist das bestenfalls 'ne Lötübung, mehr nicht: Schaltplan runterladen, Bauteilekaufen und zusammenlöten. Was hab ich davon?
Hallo Walter, ich möchte einen Stepdownregler (kein primär getaktetes Schalnetzteil) bauen, von ca. 50-60V auf ca. 42-48V am Ausgang, bei max 10A. Bitte nenn mir doch ein passendes 1$ Bauteil. Kann z.B. der TDA4605 eingesetzt werden? Gibt es eine Appnote dazu? Gruß Axel
> PWM ist NICHT dafür gedacht, über eine nachgeshaltete > Treiberstufe direkt die IGBTs eines Stromrichters zu schalten. Ich denke, es kommt immer auf die Dimension drauf an. Um eben mal einen kleinen Step-Up-Wandler für 12V/200mA zu erstellen, geht das alles wunderbar und macht auch Sinn, wenn man da einen Chip spart. Baut man einen Stromrichter mit großer Leistung, wo man sowieso einiges an recht teuren Bauteilen reinstecken muss, macht das wohl weniger Sinn, auch wenn es gehen würde. Grundsätzlich sehe ich nicht, warum man mit einem MC und PWM keine Wandler/Schaltnetzteile bauen sollte. Es gibt auch einige Produkte mit PIC/AVR, die genau das tun und verkauft werden. Winfried
@Axel: Die Schaltung ist aber sehr exotisch, ob das sauber funktioniert, das Schwingen des Wandlers nur über die Reglerrückführung zu realisieren? Und wie effizient ist das? Und mit welchem Rippel musst du rechnen? Ich denke, es ist besser, zumindest einen Oszillator irgendwo zu haben, der eine Frequenz erzeugt, mit der man dann wandelt und dieser wird dann an- und abgeschaltet. So ist das beim MC34063 realisiert. Ist natürlich auch eine Sparschaltung. Was mir auch noch auffällt: Die Basis von Q4 hängt in der Luft, sollte sauber gegen Masse mit einem Widerstand gekoppelt sein. Der OPV sollte auch noch einen Stützkondensator bekommen. Ein Darlington hat auch immer das Problem einer hohen CE-Sättigungsspannung. Würde ich wegen Verlustleistung evtl. anders machen. Winfried
Oje, da habe ich ja was losgetreten :-( Wichtig ist vor allem, dass man beim Entwickeln nicht nur an den "normal" laufenden Chip denkt, sondern auch den Worstcase mit im Auge behält. Stefan
Hatte ich schon erklärt warum ich das mit MC machen will: WEIL ICH DABEI WAS LERNE! ->Das ist das Problem. Die heutigen Ingenieure -schon beim Studium erkennbar- wollen alle Probleme nur noch mit Software lösen. Kaum jemand ist noch bereit, die Grundlagen der Schaltungstechnik zu erlernen. Meist ist dann sogar noch ASM zu schwer; 4 Zeilen C Code erfüllen den Zweck ja noch besser. Wenn ich Deinen TDA4605 benutze ist das bestenfalls 'ne Lötübung, mehr nicht: Schaltplan runterladen, Bauteilekaufen und zusammenlöten. Was hab ich davon? ->Bringe es zum laufen! Wirst sehen, daß es mehr als eine Lötübung ist. Um die Sache unnötig zu erschweren, kannst du ja den Controller nachbauen: Grundprimzip: -Rechteckschwingung erzeugen. -Rechteck zum Dreieck integrieren. -Mit Komparator die Dreieckspannung mit einer Referenzspannung vergleichen. Ergebnis ist eine PWM Spannung - ganz analog erzeugt. -Strombegrenzung und Regelkreis noch dimensionieren. Als Step-Down-Wandler füe 1$ eignet sich der TL494 von TI.
Mein MC DC-DC Wandler funktioniert , obwohl er nicht sollte . Hatte erst gar nicht die Absicht , es mit'm MC zu machen . Nur , ich fand keinen " ECHTEN PWM Controller " der mir nur den Strom konstant hällt , und automatisch zwischen buck/boost wechselt . Wäre nett , wenn mir einer einen PWM Controller empfehlen könnte .
" Oder Unkenntnisse der Leistungselektronik im ASM Code verstecken? " Mit Leistungselektronik kenne ich mich schon lange gut aus . Und bei ASM bin ich noch ein Anfänger .
@Winfried: finde die Schaltung auch nicht toll, ist gar nicht von mir, sollte nur ein Beispiel sein, eine zusätzliche Überstromabschaltung prinzipiell aussieht. @Walter: Danke für den Tipp mit em TL494! Hast Du vielleicht auch noch einen Schaltungsvorschlag für eine passende Leistungsstufe parat? Ich habe vor 10 Jahren studiert, da hat man solche Dimensionierungen noch ausführlich berechnet. Was haben wir da nicht alles Laplace-transformiert. Das Wissen ist aber ziemlich eingerostet, denn ich musste ja seit dem (als Elektronikentwickler!) meistens programmieren. Das wiederum wurde bei weitem nicht so ausführlich vermittelt wie's gebraucht wurde... Axel
hi leute, @axel: als schalter verwende ich immer einen Fet oder IGBT, beliebiges Fabrikat, am besten als N-Kanal oder NPN. alt Treiber für das Gate kommt bei mir nur eins in Frage: UCC3732* von TI. die machen 9A beim Millerplateau und sind somit etwa 25ns schnell! SNT sekundär mit 20A ausgang ist eigentlich kein problem. pwm-chips finde ich eigentlich cool, nur mit analoger elektronik kann man nicht viele "spielchen" treiben. Da fallen mir so manche ein: Einschaltstrom begrenzen/erhoehen, maximale leistung (ok, das geht.), strom mit spannung erhöhen/erniedrigen, etc ... naja.. vielleicht wird das nächste teil was. clemens
Hier findest du einen sehr guten Regler mit Beschaltung sowie die zugehörigen Übertrager für verschiedene Leistungen www.kaschke-smartpower.com www.powerint.com
Echter PWM Controller der automatisch zwischen buck/boost wechselt: LTC3780 Echt sau Stabil da syncroner Gleichrichter der Energierichtung undrehen kann. Mfg Michael
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