www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step-Up mit MC34063 8V auf 14.2V 2.5A


Autor: Andre (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich möchte aus einer Spannung von 8 V (Spezieller Bleiakku) eine 
Spannung von 14.2V mit einer Belastbarkeit von 2.5A erzeugen.

Da es Wochenende ist und ich somit keine Speziellen Teile Bestellen kann 
muß ich mit dem MC34063 vorlieb nehmen. Das Design-Tool unter Nomad.ee 
spuckt folgende Werte aus:

Vin 8V (und sicher viele Ampere!)

Ct=259 pF
Ipk=9714 mA
Rsc=0.031 Ohm
Lmin=5 uH
Co=7279 uF
R=180 Ohm
R1=1.5k R2=16k (14.58V)

Berechnet bei 75 KHz Takt.

Die Drossel kommt mir ehrlich gesagt recht klein Vor. Kann ich dafür die 
Power-Induktivitäten von Reichelt PISR-6,8uH verwenden? Den Strom von 
etwa 10 A kann diese, ist es trotzdem möglich das diese in die Sättigung 
gerät?
Soll ich vielleicht lieber einen Ringkern verwenden? Ich hab von Würth 
noch 100uH 5A Drosseln da, die könnte ich umwickeln mit dickerem Draht 
und den Ringkern somit weiterverwenden. Darf ich die Drossel eventuell 
auch größer machen oder ist der angegebene Wert die "obergrenze"? Wie 
sieht es mit der Schaltfrequenz aus was ist bei solchen Strömen zu 
bevorzugen eher was höheres oder soll ich runter gehen und dafür die 
Drossel größer machen?

Eine schnelle Diode habe ich schon MBR2545 die sollte den Strom packen.
Der MC34063 schaltet den Strom natürlich nicht selbst sondern bekommt 
einen diskreten Treiber und einen FET (IRFZ34N) verpasst der dann den 
hohen Strom übernimmt.
Als Layout auf der Platine werde ich etwas mit dicken Leiterbahnen und 
möglichst kleinen kompakten Abmessungen erstellen, das ich gute Low-ESR 
Elkos verwende ist ebenso klar die hab ich auch schon (Yageo).
Da dies mein erster Schaltregler ist der so hohe Eingangsströme 
schaltet, wo liegt das Limit für die Kondensatoren bezüglich des 
Rippelstromes? Gibt es da Faustregeln was man denen Zumuten kann? Ich 
werde auf jeden Fall noch einige 100nF Keramikkondensatoren in der 
Schaltung verbauen zur Abblockung. Das ganze Modul kommt dann in ein 
Alugehäuse damit die Störungen weggesperrt bleiben und mich die 
Nachbarschaft nicht im Radio hört... :-)

Spricht da was dagegen oder ist das so realisierbar? Vorschläge nehme 
ich gerne Entgegen. Bauteile sind alle schon da oder in der Bastelkiste 
verfügbar wenn ich es damit realisieren könnte wäre das natürlich 
klasse.
An die Ausgangsspannung werden keine großen Qualitätsanforderungen 
gestellt da hängt naher ein kleiner Elektromotor dran.

Andre

Autor: Olaf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Die Drossel kommt mir ehrlich gesagt recht klein Vor.

Das ist das Problem wenn man solche Designtools verwendet und nicht nach 
Datenblatt selber rechnet. Man traut den Ergebnissen nicht. :-)

> Kann ich dafür die
> Power-Induktivitäten von Reichelt PISR-6,8uH verwenden?

Wenn sie den noetigen Strom kann, wieso nicht?

> Soll ich vielleicht lieber einen Ringkern verwenden?

Kannst du natuerlich auch. Aber wenn du schon eine Spule hast die den 
noetigen Strom abkann wuerde ich mir die Muehe nicht machen. Ich wuerde 
allerdings zu dem berechneten Maximalstrom noch 1-2A Sicherheitsabstand 
lassen.

> Darf ich die Drossel eventuell auch größer machen oder ist der
> angegebene Wert die "obergrenze"?

Auch da waere es besser gewesen das Datenblatt zu lesen. Dort steht 
naemlich das du den Minimalwert ausrechnest. Es darf also groesser sein.
Allerdings will man das normalerweise nicht weil die Spule dann so dick 
wird. Schliesslich muss sie ja immer noch den Strom abkoennen.

> Wie sieht es mit der Schaltfrequenz aus was ist bei solchen
> Strömen zu bevorzugen eher was höheres oder soll ich runter
> gehen und dafür die Drossel größer machen?

Der MC34063 kennt keine hohen Schaltfrequenzen. :-)
Ich lege meine Schaltungen immer fuer 80khz aus. Je hoeher desto besser. 
Wichtig ist nur das du deinen Mosfet richtig ansteuerst damit er das 
auch mitmacht.

> Als Layout auf der Platine werde ich etwas mit dicken Leiterbahnen und
> möglichst kleinen kompakten Abmessungen erstellen,

Wichtiger ist eine ueberlegte Leiterbahnfuehrung. Also so das die 
Leiterbahnen wo der grosse Strom fliesst auch moeglichst kurz sind und 
eine sensible Leiterbahn wie die Rueckkopplung zur Spannungsmessung 
nicht unnoetig parallel dazu verlegen.

> Da dies mein erster Schaltregler ist der so hohe Eingangsströme
> schaltet, wo liegt das Limit für die Kondensatoren bezüglich des
> Rippelstromes?

Kondensatoren haben kein allgemeines Limit. Sie haben einen ESR und der 
ist im Datenblatt angeben. Unter Umstaenden kann es sinnvoll sein 
mehrere Kondensatoren parallel zu schalten. Besonders wenn gerade 
Wochenende ist und man nichts anderes da hat. .-)
Du benoetigst ja Kondensatoren mit 16 oder 25V. Da hat man ja 
normalerweise nicht immer gleich was passendes da. Dann nimm notfalls 
erstmal normale und schalte davon 4Stueck parallel. Ich wuerde 
vielleicht noch einen moeglichst dicken Keramikkondensator an die 
Anschluesse loeten wie man sie auf alten Mainboards in der Naehe der 
Spannungserzeugung findet. Oder schau mal ob du noch ein defektes 
PC-Netzteil rumliegen hast. Am Ausgang der 12V sollten auch ein paar 
passende Elkos rumstehen.

> Das ganze Modul kommt dann in ein
> Alugehäuse damit die Störungen weggesperrt bleiben und mich die
> Nachbarschaft nicht im Radio hört... :-)

Wenn du Mist baust dann verlassen die Stoerungen das Gehaeuse ueber die 
Anschluesse. :-P

> Vorschläge nehme ich gerne Entgegen.

Hast du den Rsc rumliegen? Bei solchen Werten hab ich schonmal ein 
Stueck Leiterbahnschleife auf der Platine gemacht.

Ich wuerde im Layout neben der Diode noch Platz fuer einen Snubber 
vorsehen. Da kann man mit einfachen Mitteln die Stoerabstrahlungen 
deutlich verringern.

> An die Ausgangsspannung werden keine großen Qualitätsanforderungen
> gestellt da hängt naher ein kleiner Elektromotor dran.

Das stimmt nicht. Wenn deine Ausgangspannung schlecht ist dann bedeutet 
das ja das dort die Schaltfrequenz durchschlaegt und du sie dann ueber 
die Zuleitungen zum Motor abstrahlst.
Ich koennte mir auch vorstellen das du deine Schaltung etwas 
ueberdimensionieren musst weil ein Motor beim einschalten etwas mehr 
Strom zieht.


Olaf

Autor: Ingolf O. (headshotzombie)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Olaf schrieb:

>> Darf ich die Drossel eventuell auch größer machen oder ist der
>> angegebene Wert die "obergrenze"?
>
> Auch da waere es besser gewesen das Datenblatt zu lesen. Dort steht
> naemlich das du den Minimalwert ausrechnest. Es darf also groesser sein.
> Allerdings will man das normalerweise nicht weil die Spule dann so dick
> wird. Schliesslich muss sie ja immer noch den Strom abkoennen.

Im NOMAD steht beim berechneten L auch der Vermerk min!

Was hackst Du nur immer auf dem Tool rum, hast Du schonmal eine 
Vergleichsberechnung von Hand und per Tool gemacht, die verschiedene 
Ergebnisse ergab? Und falls ja, dann lag die Schuld nicht bei Dir?
Klar sind Datenblätter zum Studium da, aber die Berechnungsgrundlage im 
Tool ist keine andere!

Ich würde mit weniger als 75kHz reingehen, denn typ. sind 33 und max. 
42!

Autor: ... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andre schrieb:
> ich möchte aus einer Spannung von 8 V (Spezieller Bleiakku)

8V ist die max. Spannung? Bei einem Laststrom von 2,5A hast du am Anfang 
einen Eingangsstrom von ca. 5A (bei 90% Wirkungsgrad gerechnet). Das 
heißt, die Batteriespannung wird absinken. Bei nur 6V Eingangsspannung 
hast du lt. dem Berechnungstool schon einen Spitzenstrom in der Spule 
von ca 13,5A.
Für einen Motor als Last könnte man auch eine höhere Ripplespannung 
zulassen. Dadurch würden sich die benötigten Kapazitäten verkleinern.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ingolf O. schrieb:

> Ich würde mit weniger als 75kHz reingehen,
> denn typ. sind 33 und max. 42!

Diese Datenblattangabe spezifiziert den Bereich der Oszillatorfrequenz 
bei gegebenem Timing-Kondensator, nicht die empfohlene Betriebsfrequenz. 
Allerdings erkennt man daran, dass es bei einer Auslegung für 75KHz u.U. 
auf 95KHz rauslaufen kann.

Wenn man einrechnet, dass bei Einsetzen der Strombegrenzung (Rsc) die 
Schaltzyklen kürzer werden und diese Begrenzung je nach Dimensionierung 
und Last nicht nur im Grenzfall sondern auch im Normalbetrieb auftreten 
wird (je nach Auslastung und realer Induktivität, sowie in der 
Anlaufphase), dann scheint es mir sinnvoller, die Auslegungsfrequenz 
nicht allzu dicht an das Limit zu legen um beim Schaltzyklus nicht zu 
weit runter zu rutschen.

Zudem sollte man bei hoher Schaltfrequenz der Treiberschaltung etwas 
Aufmerksamkeit widmen, denn sonst bleibt bei max ~13µs Zyklus, dem 
natürlichen Tastverhältnis des Reglers von ~7:1 und einer gesättigten 
Abschaltzeit des Schalttransistors am Ausgang des MC34063 von 2µs von 
der vorgesehenen Abschaltzeit nicht mehr viel übrig. Dieser Effekt 
könnte meiner Einschätzung nach dazu führen, dass ein als 
Step-Up/Inverter konfigurierter Regler beim Einschalten unter Last u.U. 
überhaupt nicht richtig hochfährt. Als Step-Down ist das weniger 
problematisch, da der Strom in der Einschaltphase in die Last fliesst.

Obacht: Mit der Frequenz werden zwar die Komponenten kleiner, der 
Wirkungsgrad sinkt jedoch, weil die Schaltverluste durch die nicht 
perfekten Umschaltvorgänge ansteigen.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Obacht #2: Aufgrund der Arbeitsweise des MC34063A u.U. kann man einen 
Regelzyklus von einem Bruchteil der Schaltfrequenz erhalten, was über 
die Drossel durchaus hörbar werden kann, d.h. die Schaltung pfeift dann. 
Bei Reglern mit dezenterem Regelverhalten hat man dieses Problem nicht.

Autor: Olaf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Was hackst Du nur immer auf dem Tool rum, hast Du schonmal eine
> Vergleichsberechnung von Hand und per Tool gemacht, die verschiedene
> Ergebnisse ergab?

Ich habe mit solchen Tools zwei Probleme:

1. Wenn ich sie selber benutzen moechte dann habe ich immer vergessen
   wo ich sie finde. :-)
   Datenblaetter, Applikationen und was ist sonst noch fuer wichtig
   halte ist bei mir derzeit 2.2GB gross, liegt auf meinem Rechner,
   auf meinem Laptop und bei Bedarf auf einem USB-Stick. Ist also
   immer verfuegbar. Auch in 20Jahren noch wenn es eine ansonsten
   vielleicht ganz tolle Internetseite nicht mehr gibt.

2. Man sieht nur das Ergebnis, aber nicht den Weg.
   Dazu mal ein Beispiel. Wenn man in so einem Tool angibt das man
   z.B 10mV Ripple am Ausgang haben will, dann wird es einem einen
   bestimmten Kondensator ausrechnen. Sagen wir mal 470uF. Dann stellst
   du vielleicht fest du hast den nicht. Wenn du jetzt aber die Formel
   vor dir siehst wo man halt erkennt das die Kapazitaet von den
   Anspruechen an den Ripple abhaengt, dann wirst du vielleicht sagen
   das 20mV auch noch okay sind und einfach einen kleineren Kondensator
   nehmen.

Ausserdem muss ich zugeben das du mich da erwischt hast. <schaem>
Ich hab auch schon ein paarmal daran gedacht gerade fuer den MC34063 
selber ein kleines Programm zu schreiben das mir die Werte berechnet. 
Allerdings fuer den HP48 weil ich den auch immer dabei habe.

> Aufgrund der Arbeitsweise des MC34063A u.U. kann man einen
> Regelzyklus von einem Bruchteil der Schaltfrequenz erhalten,

Zum Beispel in einem Roehrenverstaerker nach dem einschalten wenn die 
Heizungen noch aufheizen und es einen Bereich gibt wo das Teil mit 15Hz 
arbeitet, aber bereits genug Elektronen rumschwirren um das fies hoerbar 
zu machen. ARGH!

Olaf

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Zu den Rechenvorschriften beim MC34063A: Es gibt da eine schöne 
Anleitung in Form einer Application Note. Der Haken daran ist, dass die 
zwar oft zu einem funktionierenden Ergebnis kommen mag, aber der Weg 
dorthin nur über gröbliche Missachtung der tatsächlichen Arbeitsweise 
des Regler führt.

Denn die AN suggeriert ein Ton/Toff Tastverhältnis, dass sich so oft 
nicht annähernd stabil einstellen wird. Das sich nur als zeitlicher 
Mittelwert dubiosester Tastverhältnisse einstellen wird, teilweise 
zyklisch das ganze Spektrum möglicher Tastverhältnisse durchlaufend. Und 
darin liegt dann der von mir skizzierte langsamere Regelzyklus, der über 
etliche Schaltzyklen läuft, nicht selten unter notwendiger Mithilfe der 
Strombegrenzung. Das funktioniert dann zwar trotzdem, aber nicht ganz so 
wie suggeriert.

Beit der berechneten Induktivität verhält es sich auch nicht besser. Die 
wird dort regelmässig als Lmin bezeichnet, was suggeriert, dass man 
durchaus drüber liegen kann. Meist stimmt das zwar (wobei sich dann aber 
der eben skizzierte Regelzyklus einstellen kann), bei einem 
Step-Up/Inverter mit grossem Spannungsverhältnis jedoch nicht, da ist 
das nämlich prinzipbedingt eher die Obergrenze.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.