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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltnetzteil mit Controller bauen?


Autor: Ben2 (Gast)
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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.

Autor: Stefan Kleinwort (Gast)
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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

Autor: Winfried (Gast)
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Mach doch mal einen Schaltplan, dann kann ich es mir besser vorstellen.

Winfried

Autor: Patrik (Gast)
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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.

Autor: Steffen (Gast)
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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.

Autor: Stefan Kleinwort (Gast)
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>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

Autor: Winfried (Gast)
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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

Autor: Ben2 (Gast)
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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.

Autor: Ben2 (Gast)
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"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.

Autor: Ben2 (Gast)
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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.

Autor: Claus Thaler (Gast)
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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/...

Technisch also machbar, man muss halt entscheiden, ob man es aus
Sicherheitgründen dann letztendlich macht. Auch ein fertiges IC kann
abrauchen...

Autor: buz11 (Gast)
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"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 .

Autor: Walter B (Gast)
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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.

Autor: buz11 (Gast)
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"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 .

Autor: buz11 (Gast)
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... und wozu hat der ADuC841 2-fach PWM  ?

Autor: Winfried (Gast)
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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

Autor: Axel Stab (Gast)
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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

Autor: Walter B (Gast)
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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?

Autor: Ben2 (Gast)
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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?

Autor: Axel Stab (Gast)
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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

Autor: Winfried (Gast)
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> 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

Autor: Winfried (Gast)
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@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

Autor: Stefan Kleinwort (Gast)
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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

Autor: Walter B (Gast)
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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.

Autor: buz11 (Gast)
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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 .

Autor: buz11 (Gast)
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" 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 .

Autor: Walter B (Gast)
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Dann sollten wir uns ja einig sein!

Autor: Axel Stab (Gast)
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@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

Autor: sumsum (Gast)
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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

Autor: Kurt (Gast)
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Hier findest du einen sehr guten Regler mit Beschaltung sowie die
zugehörigen Übertrager für verschiedene Leistungen

www.kaschke-smartpower.com
www.powerint.com

Autor: Michael (Gast)
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Echter PWM Controller der automatisch zwischen buck/boost wechselt:

LTC3780

Echt sau Stabil da syncroner Gleichrichter der Energierichtung undrehen
kann.

Mfg Michael

Autor: Michael (Gast)
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