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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltregler-Topologie: 3V.12V -> 5V/0,45A & 12V/0,8A


Autor: Micha (Gast)
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Hallo zusammen,

zu meinem Problem:
für eine Schaltung, die über ein Steckernetzteil gespeist wird und eine 
Batterie als "Notstromversorgung" hat suche ich einen Schaltregler. Die 
Eingangsspannung liegt zwischen 3V und 12V. Die 
5V/0,45A-Ausgangsspannung muss dauernd verfügbar sein, während die 
12V/0,8A nur alle paar Minuten für wenige Sekunden benötigt wird. D.h. 
die 12V könnten auch abschaltbar sein. Galvanische Trennung ist im 
Steckernetzteil vorhanden, also nicht nötig.

Variante 1: zwei getrennte SEPIC-Wandler; der für 12V abschaltbar
  + 12V abschaltbar
  - hoher Schaltungsaufwand

Variante 2: zwei getrennte Flyback-Wandler; der für 12V abschaltbar
  + 12V abschaltbar
  - hoher Schaltungsaufwand

Variante 3: Flyback-Wandler mit zwei Sekundärwicklungen
  + moderater Schaltungsaufwand
  - 12V nicht abschaltbar

Variante 4: Boost-Wandler auf 12V, Buck-Wandler von 12V auf 5V
  - hoher Schaltungsaufwand
  - 12V nicht abschaltbar

Variante 5: Flyback/SEPIC-Wandler mit 1 Sekundärwicklung, Boost-Wandler 
von 5V auf 12V
  + 12V abschaltbar
  - hoher Schaltungsaufwand

Welche Variante ist für diese Anwendung am sinnvollsten? Gibt es 
vielleicht weitere Varianten, an die ich nicht gedacht habe? Wichtige 
Kriterien sind Effizienz, Kosten und Platzbedarf. Leider fehlt mir die 
Erfahrung in dieser Hinsicht, so dass ich das nicht selbst einschätzen 
kann.

Autor: Micha (Gast)
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Variante 5 macht natürlich nicht wirklich Sinn, da die Effizienz 
(deutlich) schlechter als bei den anderen Varianten sein wird.

Autor: Micha (Gast)
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Hat jemand Erfahrung mit Flyback- und SEPIC-Wandlern und kann abschätzen 
wie es in diesem Fall mit der erreichbaren Effizienz aussieht? 60%, 70%, 
80%, 90% - was könnte realistisch sein?

Autor: Micha (Gast)
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Wovon ich rede:
ich möchte aus einer Spannung zwischen 3V und 12V mittels Schaltregler 
zwei Spannungen erzeugen: 5V/0,45A und 12V/0,8A. Eine galvanische 
Trennung ist nicht nötig.

Ich hatte gehofft hier Tipps zu bekommen welche Topologie für diese 
Anwendung sinnvoll bzw. empfehlenswert ist.

Autor: Bernd (Gast)
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Da deine Eingangsspannung sehr stark variiert und du eine hohe Effizienz 
anstrebst, wäre es sicherlich gut auch mal über einen Buck-Boost-Regler 
nachzudenken. Dieser ist effizienter als ein Sepic (bitte nicht 
streiten) und benötigt nur eine Spule je Spannung.

Nun weis ich nicht, ob du die ganze Regelung selber aufbaust, oder 
ferige Schaltregler-ICs verwenden möchtest.

LT hat sicherlich interessante Ware im Angebot, welche wesentlich mehr 
liefern kann, als das was du forderst. (Spannung und Strom)
http://parametric.linear.com/html/buck-boost_regulator
Sicherlich gibts auch welche mit multiple-output.

Die Frage ist eher was du löten kannst.. ;)

Autor: oszi40 (Gast)
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Aus 3V was Gescheites zu machen ist nicht so easy.
Schau mal was die üblichen DC/DC Wandler in diesem Bereich können.

Autor: Sven (Gast)
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Bei LT oder National mal die Suche bemühen, da kannst Du Eingang und 
Ausgang festlegen, er schlägt Dir passende Wandler vor. Die Kunst ist 
dann rauszubekommen, welche bei Reichelt lieferbar sind. ;-)

Ich würd da zweimal die gleiche Schaltung nehmen, Buck-Boost mit Enable, 
und entsprechend dimensionieren.

LT1111 wär ein Kandidat, der kann ab 2V aufwärts. Hat leider kein 
Enable.

Autor: Sven (Gast)
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Seh gerade, der LT1111 kann nur Buck oder Boost.

Autor: Bernd (Gast)
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Es muss ja nicht immer Reichelt sein! Farnell hat sicherlich welche im 
Angebot...
http://www.hbe-shop.de/katalog/

Autor: Micha (Gast)
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Danke erstmal für die Antworten!

Bernd schrieb:
> Da deine Eingangsspannung sehr stark variiert und du eine hohe Effizienz
> anstrebst, wäre es sicherlich gut auch mal über einen Buck-Boost-Regler
> nachzudenken. Dieser ist effizienter als ein Sepic (bitte nicht
> streiten) und benötigt nur eine Spule je Spannung.
Nachteil dabei ist die negative Ausgangsspannung. Oder habe ich dich 
falsch verstanden und du hattest was anderes gemeint? Die +5V und die 
+12V sollen dasselbe Bezugspotential haben.

> Nun weis ich nicht, ob du die ganze Regelung selber aufbaust, oder
> ferige Schaltregler-ICs verwenden möchtest.
Ich bevorzuge fertige ICs, soweit vorhanden.

> LT hat sicherlich interessante Ware im Angebot, welche wesentlich mehr
> liefern kann, als das was du forderst. (Spannung und Strom)
> http://parametric.linear.com/html/buck-boost_regulator
> Sicherlich gibts auch welche mit multiple-output.
Die meisten von denen haben leider einen recht kleinen 
Eingangsspannungsbereich oder die Mindestspannung ist größer als 3V. 
Aber das würde ich notfalls in Kauf nehmen.

> Die Frage ist eher was du löten kannst.. ;)
Ziemlich viel (außer BGA) ;)


oszi40 schrieb:
> Aus 3V was Gescheites zu machen ist nicht so easy.
> Schau mal was die üblichen DC/DC Wandler in diesem Bereich können.
Was meinst du mit "übliche DC/DC-Wandler?


Sven schrieb:
> Bei LT oder National mal die Suche bemühen, da kannst Du Eingang und
> Ausgang festlegen, er schlägt Dir passende Wandler vor.
Bei National konnte ich leider nichts passendes finden, LT hat aber ein 
paar interessante.

Leider wird dort jeweils keine Topologie vorgeschlagen, so dass ich mir 
diesbezüglich noch immer unschlüssig bin.

Autor: Bernd (Gast)
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Micha schrieb:
>> LT hat sicherlich interessante Ware im Angebot, welche wesentlich mehr
>> liefern kann, als das was du forderst. (Spannung und Strom)
>> http://parametric.linear.com/html/buck-boost_regulator
>> Sicherlich gibts auch welche mit multiple-output.
> Die meisten von denen haben leider einen recht kleinen
> Eingangsspannungsbereich oder die Mindestspannung ist größer als 3V.
> Aber das würde ich notfalls in Kauf nehmen.

Das stimmt. Du musst weiter suchen, einen eigenen Regler bauen, oder 
Abstriche in deiner Anforderung machen.
Du kannst natürlich auch einen Buck bzw Boost vorschalten... ;) Aber das 
widerspricht deiner Anforderung nach Effizienz.


Micha schrieb:
>> Da deine Eingangsspannung sehr stark variiert und du eine hohe Effizienz
>> anstrebst, wäre es sicherlich gut auch mal über einen Buck-Boost-Regler
>> nachzudenken. Dieser ist effizienter als ein Sepic (bitte nicht
>> streiten) und benötigt nur eine Spule je Spannung.
> Nachteil dabei ist die negative Ausgangsspannung. Oder habe ich dich
> falsch verstanden und du hattest was anderes gemeint? Die +5V und die
> +12V sollen dasselbe Bezugspotential haben.

Welche negative Ausgangsspannung?


Nimm einen Buck-Boost von LT. Diesen kannst du auch in LTSpice 
simulieren. Dieser ist effizienter als ein Sepic und erspart dir die 
Arbeit einen passenden Übertrager zu finden (beim Flyback / Flyforward). 
Letzteres sollte nicht unterschätzt werden.

Autor: Micha (Gast)
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Bernd schrieb:
> Welche negative Ausgangsspannung?
Beim Buck/Boost ist die Ausgangsspannung doch negativ, oder nicht? 
Zumindest bei der "normalen" Ausführung wie z.b. hier 
http://focus.ti.com/lit/sg/sluw001d/sluw001d.pdf. Oder verstehe ich da 
etwas falsch?

Bernd schrieb:
> Letzteres sollte nicht unterschätzt werden.
Diesbezüglich habe/hatte ich auch die größten Bedenken, ja.

Autor: Bernd (Gast)
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In deiner Tabelle steht unter Buck-Boost: inverting
Es gibt auch einen Buck-Boost, der nicht invertiert... Ich dachte du 
hättest dir die Produkte bei LT angeschaut. ;)

Micha schrieb:
> Leider wird dort jeweils keine Topologie vorgeschlagen, so dass ich mir
> diesbezüglich noch immer unschlüssig bin.

Habe ich doch nun schon mehrfach...
Was hast du denn gegen Buck-Boost auszusetzen?

Was für einen Stromverbrauch hast du eigentlich? Also konkreter: 
Kontinuierlich? Plusierend? Hast du immer einen gewissen minimal Strom? 
...?

Autor: Bernd (Gast)
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Ich habe mir deinen Link von TI mal genauer angeschaut und weis jetzt, 
warum du nicht so recht für den Buck-Boost zu haben bist.
Die genauer Bezeichnungen der einzelnen Topologien sind verwirrend und 
werden auch manchmal gerne durch einander geworfen. Der LT3440 (z.B.) 
ist ein Synchronous Buck-Boost DC/DC Converter. Er enthällt zwei NMOS 
und zwei PMOS und generiert dir die Spannung Uout aus einer 
Eingangsspannung Uin, welche unter oder über Uout liegen kann. Das ganze 
geschieht durch intelligentes Schalten der Mosfets (Schalten, Spule 
laden, umschalten, entladen, ...).
In deutsch ist genau so ein Wandler, welcher vier Mosfets hat und eine 
Spule, bezeichnet als: Aufwärts- Abwärtswandler.

Autor: Micha (Gast)
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Bernd schrieb:
> In deiner Tabelle steht unter Buck-Boost: inverting
> Es gibt auch einen Buck-Boost, der nicht invertiert... Ich dachte du
> hättest dir die Produkte bei LT angeschaut. ;)
Das habe ich schon gesehen. Da die "normale" Version aber invertiert 
habe ich nochmal nachgefragt. Damit wir auch vom selben reden...

Bernd schrieb:
> Habe ich doch nun schon mehrfach...
> Was hast du denn gegen Buck-Boost auszusetzen?
Nichts. Siehe oben.

Bernd schrieb:
> Was für einen Stromverbrauch hast du eigentlich? Also konkreter:
> Kontinuierlich? Plusierend? Hast du immer einen gewissen minimal Strom?
> ...?
~120mA bei 5V fließen dauernd, kurzzeitig können es bis zu 450mA werden. 
Die 800mA bei 12V fließen nur alle paar Minuten für ein paar Sekunden.

Autor: Micha (Gast)
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Bernd schrieb:
> Der LT3440 (z.B.)
> ist ein Synchronous Buck-Boost DC/DC Converter.
Der sieht für die 5V nicht schlecht aus, abgesehen vom sehr geringen 
Spannungsbereich. Ich werde mir mal überlegen ob und wie ich die 
Eingangsspannung entsprechend "hinbiegen" kann.

Ich kannte von den Buck/Boost bisher hauptsächlich den LTC3780 welcher 
durch die extern nötigen Schalter recht komplex wird (konnte aber auch 
schlimmer sein).

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