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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Meinung zu meiner Schaltung


Autor: Elias B. (bouni)
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Hallo allerseits,

ich habe eine Schaltung zusammengebastelt und hätte gerne eine Meinung 
von euch :)

Zu erst mal was die Schaltung machen soll:

- Versorgt wird die Schaltung mit 24VDC.
- Der AtMega fragt 3 EIN Taster & 3 AUS Taster ab.
- Jedes Tasterpaar schaltet ein Schütz EIN/AUS.
- Ausserdem soll die S0-Schnittstelle von einem Drehstrommessgerät [1] 
abgefragt werden.
- Der Status der Schaltung und der aktuelle Zählerstand soll über den 
CAN Bus abgefragt werden.
- Die RS232 Schnittstelle soll lediglich zu 
Debuging/Konfigurationszwecken verwendet werden

Danke schon mal im Voraus

Bouni

[1] http://www.elektroladen24.eu/index.php?cat=KAT18&p...

Autor: MaWin (Gast)
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Kann man so bauen, aber ein BS170 ist nicht gerade eine Powerendstufe.
Entscheidend ist noch die Leiterbahnführung der Platine.
Falls die Steuerung in einem gestörten (Industrie-)umfeld sitzt, müssten 
Ein- und Ausgänge noch gegen Störungen immunisiert werden.

Autor: Elias B. (bouni)
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Hi MaWin,

Hab einen Spulen Strom der Schütze von 210mA gemessen.
Die Schaltung kommt im Heim/Hobby Bereich zum Einsatz.

Wo ich mir unsicher bin ist beim CAN Teil der Schaltung und bei 
AVCC/AREF.

Gruss Bouni

Autor: remote1 (Gast)
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Ich vermisse die Terminierungswiderstände beim CAN.

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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Sieht auf den ersten Blick ganz gut aus.
Einen Quarz kannst du weglassen, clkout vom MCP an den AVR.
Der MCP2515 und 2551 sollte noch je einen eigenen 100n bekommen.

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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Stimmt AVcc muss an +5V angeschlossen werden.

Autor: Elias B. (bouni)
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Hi,


Terminierungswiderstände hab ich glatt vergessen :/
Wo müssten denn die 100n's hin?
AVCC direkt an +5V?

Ausserdem weiss ich nicht ob die S0 Schnittstelle irgendwelche 
Beschaltung braucht? (Pullup, etc.)

Danke schon mal

Autor: remote1 (Gast)
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H.joachim Seifert schrieb:
> Einen Quarz kannst du weglassen, clkout vom MCP an den AVR.

Davon würde ich im Experimentierstadion abraten. Die Kommunikation zum 
MCP läuft ja über SPI, welches nun direkt von dem Takt des MCP abhängig 
ist.

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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Das macht gar nichts. SPI ist doch unabhängig von der Taktrate.
Nach power-on liefert der MCP clk/16, also ein MHz. Was ja in der 
Anwendung für den AVR auch reichen würde :-)
Dann schreibt man ein paar Bytes an den CAN-Controller, und schon hat 
man die gewünschte Frequenz.
Funktioniert wirklich prima, habe ich schon in vielen Anwendungen 
gemacht. Und man sieht gleich, ob die Kommunikation mit dem 
CAN-Controller funktioniert.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Elias B. schrieb:
> Wo müssten denn die 100n's hin?
Möglichst dicht an die nächsten Vcc-GND-Pärchen am uC. Die Dinger heißen 
im Fachjargon Entkopplungskondensator oder Pufferkondensator...
            |   IC
  Vcc----o--| Vcc
         |  |
        === |
         |  |
  GND----o--| GND
            |

> AVCC direkt an +5V?
Kannst du ohne weiteres machen.
Es gibt aber im Datenblatt einen Schaltungsvorschlag, der eine bessere 
Entkopplung des AD-Wandlers und damit bessere Messergebnisse verspricht.

Autor: Elias B. (bouni)
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Hallo zusammen,

ich hab dem AVCC mal keine Beachtung geschenkt weil ich ihn eh nicht 
verwenden werde.
Aber wenn das so ist leg ich ihn auf +5V :)

Noch ne Frage nebenbei:

Was ist ein Standart Durchmesser für via's in Eagle?
Bzw. was nehmt ihr da im Normalfall?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Zum Thema "Terminierungs" bzw. "Abschlusswiderstände" des CAN:
Du hast nicht gesagt, ob diese Schaltung überhaupt in der Nähe eines 
Endes des Busses ist. Ferner ist deine gewünschte Bus-Geschwindigkeit 
unbekannt (ein "Low-Speed-Bus", < 125kbit/s (?), "muss" nicht terminiert 
werden). Ein "High-Speed" CAN-Bus sollte an seinen beiden "Enden" 
terminiert werden, wobei am Bus selbst ja durchaus 64 Teilnehmer hängen 
können. Insofern: ggf. den/die Abschlusswiderstände einfach in das 
Buskabel integrieren o.ä..

Beziehen sich denn alle CAN-Teilnehmer auf das selbe GND? Wie lang ist 
die geplante Buslänge? Wie viele Teilnehmer soll es geben? Was ist die 
geplante Busfrequenz?

Am CAN kannst du optional noch eine Schutzdiode (z.B. NUP2105) vorsehen, 
sowie eine Gleichtakt-Drossel (z.B. ZJYS81R5) vorsehen um die 
Störfestigkeit zu erhöhen.

Vielleicht wären auch noch ein paar LEDs hilfreich bei der 
Inbetriebnahme und um dem User "am Gerät" den Status anzuzeigen.

Ein 7805 (Linearregler) am Eingang um 24V in 5V zu wandeln ist auch 
nicht gerade das effizienteste... angenommen die Schaltung hat eine 
Stromaufnahme von 50mA bei 5V so liegt die "5V-Leistung" bei 0,25W. Die 
Leistungsaufnahme der Schaltung beträgt aber 1,2W (24V * 50mA), die 
Effizienz somit bei ca. 21%. Ferner muss fast 1W am Linearregler in 
Wärme umgewandelt werden. Basierend auf der Annahme, dass es sich bei 
deinem 7805T um ein TO-220-Gehäuse handelt würde der Linearregler 
immerhin eine Temperatur von knapp 54°C über *Umgebungstemperatur* 
haben (ohne Kühlkörper).
Ein kleiner Schaltregler könnte hier Abhilfe schaffen.

Der 10µF Eingangskondensator C13 ist ggf. auch etwas zu klein 
dimensioniert. Ich würde ihn auf 100µF - 330µF vergrößern um 
Lastsprünge, verursacht durch das Schalten der Schütze, besser 
abzupuffern.

Was für eine Art von Kondensator hast du da vorgesehen? Al-Elektrolyt? 
Tantal?

Das Board-Layout spielt evtl. ebenfalls eine Rolle...

Hoffe dir damit geholfen zu haben,
Alex

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Elias B. schrieb:
> Was ist ein Standart Durchmesser für via's in Eagle?
> Bzw. was nehmt ihr da im Normalfall?

Das kommt ganz darauf an,
a) welcher Strom da fließt
b) was "man" fertigen (lassen) kann

Für Signale nehme ich oft 0,4mm, für "Power" 0,8mm.

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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AVcc versorgt aber PortA, egal, ob du den A/D-Wandler benutzt oder 
nicht.
Via? Kommt auf deinen Platinenhersteller an. Ich nehme meist 0.3mm, das 
können fast alle.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Ferner hat der Atmega16A wenn ich mich recht erinnere interne 
"Pull-Ups". Die Widerstände R5 bis R10 könntest du also vermutlich 
problemlos weglassen.

Und nochmal generell: Die Schaltung ist nicht besonders störsicher 
aufgebaut. Für Hobby / zu Hause mag es klappen. Bei etwas "raueren" 
Umgebungsbedingungen "im Feld" kann es zu Komplikationen kommen.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Ach so: eine 1N4148 ist als Verpolungsschutz vielleicht auch nicht so 
das Mittel der Wahl. Besser wäre z.B. eine MURS120 o.ä.. Gleiches gilt 
auch für die Freilaufdioden der MOSFETs.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Kannst du vielleicht auch noch auf diese "S0-Schnittstelle" näher 
eingehen?
Es gibt leider im Netz kein Datenblatt zu diesem Stromzähler. Braucht 
der wirklich nur +5V und liefert dann auf "S0" etwas zurück? Braucht der 
kein "GND" als Referenz für "S0"?

Autor: Elias B. (bouni)
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Erst mal Danke für die Ausführlichen Hilfen :)

@Axel

Ja alle CAN Teilnehmer werden sich auf den selben GND beziehen.
Wie viele es werden kann ich noch nicht abschätzen, aber mehr 64 werden 
es wohl nicht sein.
Auch die Geschwindigkeit spielt keine Rolle, da der CAN eher Mittel zum 
Zweck ist (Datenübertragung ist nicht Zeitkritisch)

Welchen Schaltregler würdest du denn empfehlen?

@H.joachim Seifert

Das mit PORT A wusste ich gar nicht :/ Schon wieder was gelernt :)

Autor: Elias B. (bouni)
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Ok.

Dann werd ich mal die Bauteile austauschen.

Ich habe auch kein Datenblatt zum Zähler das mehr hergibt als das 
Internet, aber die S0 Schnittstelle ist soweit ich weis nur ein 
Transistor der Impulse ausgibt.
Siehe: http://www.mikrocontroller.net/articles/S0-Schnittstelle

Autor: Elias B. (bouni)
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@Axel

Kann ich die MURS120 auch gleich als Freilaufdioden verwenden?

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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Und warum nimmst du dann nicht die empfohlene S0-Empfängerschaltung? Die 
funktioniert jedenfalls. Deine wahrscheinlich nicht.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Elias B. schrieb:
> Kann ich die MURS120 auch gleich als Freilaufdioden verwenden?

Ja.

Elias B. schrieb:
> @Axel

Alex ;-)

H.joachim Seifert schrieb:
> Und warum nimmst du dann nicht die empfohlene S0-Empfängerschaltung?

Würde ich dir auch empfehlen.

Elias B. schrieb:
> Welchen Schaltregler würdest du denn empfehlen?

Wenn du es "einfach & unkompliziert" haben möchtest z.B. den R-785.0-0.5 
--- den gibt es u.A. bei Conrad Elektronik: 
http://www.conrad.de/ce/de/product/154483/


Außerdem: solltest du am Spannungs-Eingang (hinter der 
Verpolungsschutzdiode, bei dir D4) noch eine Transienten-Schutzdiode 
(z.B. P6SMB33A) vorsehen, die die Schaltung vor Spannungsspitzen 
schützt.

Elias B. schrieb:
> Ja alle CAN Teilnehmer werden sich auf den selben GND beziehen.

Bedenke, dass du einen gewissen "GND-Versatz" hast, je nachdem wie lange 
die Leitungen zwischen 24V-Netzteil und den Teilnehmern sind, wie viel 
Strom über die Leitung fließt und welchen Querschnitt sie hat. Am 
"hintersten Gerät" kommen anstatt 24V vielleicht nur noch 18V an und GND 
ist für dieses Gerät 3V "höher" als für das Gerät direkt am Netzteil.

Elias B. schrieb:
> Auch die Geschwindigkeit spielt keine Rolle, da der CAN eher Mittel zum
> Zweck ist

Hatte ich mir schon gedacht ;-) Dennoch musst du irgendwann eine 
Geschwindigkeit "festlegen". Standard-Werte sind z.B. 125kbit/s, 
250kbit/s, 500kbit/s, 1Mbit/s. Je nach Geschwindigkeit lassen sich 
unterschiedliche Buslängen erreichen.

Elias B. schrieb:
> Hab einen Spulen Strom der Schütze von 210mA gemessen.

Im Einschaltmoment oder während des Dauerbetriebs?

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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H.joachim Seifert schrieb:
> Dann schreibt man ein paar Bytes an den CAN-Controller, und schon hat
> man die gewünschte Frequenz.

Das geht so nicht ohne weiteres. Je Takt darf sich bei den AVRs die 
Taktfrequenz nur geringfügig ändern, sonst bleibt der µC stehen. Wenn 
man davor aber den Watchdog aufzieht und erst dann die den 
CAN-Controller zur Taktänderung instruiert könnte es klappen:Der µC 
bleibt stehen, wird vom Watchdog aber wieder zurückgesetzt und läuft 
los. Andere µCs, wie die MSP430 können das ohne weiteres sogar selbst.

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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kann ich so nicht bestätigen. Habe einige Gerätchen mit dieser Schaltung 
ausgeliefert, und wenn da was stillsteht, steht auch das Auto. Wenn da 
irgendwann was gewesen wäre, hätte ich das gehört (Rennsport).

Autor: Elias B. (bouni)
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Guten Morgen Jungs,

erst mal danke für die sehr hilfreichen Antworten!

@Alex SORRY fürs Axel :/ Wer lesen kann ist deutlich . . .

Zum Schaltregler:
Ich möchte wenn möglich alles bei Reichelt bestellen.
Ist meine Auswahl so ok:

LM 2576 T5,0  -> Schaltregler
L-PIS2816 100µ  -> Spule
SK 34A SMD  -> Schottky Diode
VF 100/50 K-F  -> C-IN
RAD FC 1.000/16  -> C-OUT

Zum GND Versatz:
Die Leitungslänge wird die 10m wohl nicht überschreiten.

Zur Geschwindigkeit:
ich denke das mir 125kBit/s ausreichen werden.

Zum Spulenstrom:
Hatte nur ein Digital Multimeter zum messen. Die 210mA waren das Maximum 
was auf dem Display zu erkennen war. (ich weis das das sch** gemessen 
ist)

werd nachher nochmal nen aktualisierten Schaltplan einstellen

Gruss Elais

Autor: Elias B. (bouni)
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Hier der aktualisierte Schaltplan.

Welcher Ersatz für die BS170 würde denn in Frage kommen?
(von Reichelt)

Gruss Elias

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Elias B. schrieb:
> LM 2576 T5,0  -> Schaltregler
>
> L-PIS2816 100µ  -> Spule
>
> SK 34A SMD  -> Schottky Diode
>
> VF 100/50 K-F  -> C-IN
>
> RAD FC 1.000/16  -> C-OUT

Mit der Wahl der Spule bin ich nicht so glücklich:
Im Anhang befindet sich ein Diagramm aus dem Datenblatt des LM2576. Dort 
sieht man, dass für U_in = 24V und I_Load < 0,3A (was ich bei deiner 
Schaltung erwarte) eine Induktivität von 1000µH empfohlen wird.

Ganz allgemein finde ich diesen LM2576 nicht so toll, da er nur 52kHz 
Schaltfrequenz hat...
Besser gefällt mir (wenn man Reichelt als einzige Quelle nimmt) z.B. der 
LT1376. Bei dem reicht eine kleinere Induktivität und er braucht auch 
kleinere Kondensatoren.
Wenn es billig werden soll, kannst du wahrscheinlich sogar den MC34063 
benutzen.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Habe mir gerade mal den aktualisierten Schaltplan v1.1 angeschaut.
Wie gesagt: Freilaufdioden würde ich dann auch die MURS120 nehmen.
Bei der S0-Schnittstelle würde ich, auch wenn es selbst im Tutorial hier 
anders abgebildet ist, die Beschaltung ändern. Ich würde auch hier den 
internen Pull-Up des Mikrocontrollers nutzen, sprich Pin4 des CNY17 an 
GND anschließen und Pin5 an den Mikrocontroller.
Außerdem würde ich in die drei Ansteuerleitungen für die MOSFETs (K1-K3) 
noch je 100 Ohm einbauen um den Stromfluss beim Umladen der 
Gate-Kapazität zu begrenzen. Kann bei so "kleinen" FETs aber auch 
unwichtig sein...

LEDs am Gerät selbst (zu Debug-Zwecken o.ä.) möchtest du nicht?

Viele Grüße,
Alex

Autor: Elias (Gast)
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Hallo Alex,

Danke für die Tipps!!

Ich habe den Plan noch heute morgen vorm arbeiten geädert und die 
Freilaufdioden nicht korrigiert weil vergessen :)

Das mit dem S0 werd ich so machen wie im Artikel hier.

Meinst du denn die Mosfets (BS170) sind ausreichend?
Dass mit den LED's werd ich auch noch nachbessern.

Gruss Elias

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Alex Bürgel schrieb:
>> Hab einen Spulen Strom der Schütze von 210mA gemessen.
> Im Einschaltmoment oder während des Dauerbetriebs?
Im Einschaltmoment ist der Strom an einer Spule 0
Und der steigt dann "langsam" an bis zum Maximalstrom. Bei Schützen kann 
allerdings wegen der Ankerbewegung kurzzeitig mehr Strom benötigt 
werden...

Elias schrieb:
> Meinst du denn die Mosfets (BS170) sind ausreichend?
Wenn du deutlich von den 500mA aus dem Datenblatt wegbleibst. Mit den 
gemessenen 200mA dürfte das noch gut klappen, immerhin sind Kennwerte im 
DB für 200mA angegeben.
Oder nimm doch einfach einen, bei dem sich die Frage gar nicht stellt. 
Allerdings sin solche "Kleinsignalmosfets" in bedrahteter Ausführung 
nicht gerade gängig.
http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardba...
http://www.mikrocontroller.net/articles/MOSFET-%C3...

Autor: Elias (Gast)
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Hi,

ich werds mal mit den BS170 versuchen :)
Heute Abend werd ich dann nochmal das update posten wenn ich dazu komm.

Danke nochmal für all die Tipps!

Gruss Elias

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Elias schrieb:
> Das mit dem S0 werd ich so machen wie im Artikel hier.

Das Problem an dem Artikel ist, dass man dort nicht den Anschluss an den 
Mikrocontroller selbst sieht.

Was passiert bei der Schaltung? -> Wenn der Optokoppler CNY17 
"eingeschaltet" ist, sieht der Mikrocontroller 5V (=high). Wenn der 
Optokoppler "aus" ist, was sieht der Mikrocontroller dann? Undefiniert, 
da der Optokoppler hochohmig ist. Man müsste dann also einen 
Pull-Down-Widerstand am Eingang des Controllers einbauen, damit ein 
sauber definierter Pegel anliegt. Schließt man den Optokoppler jedoch 
andersrum an, so wie ich es oben vorgeschlagen habe, dann kann man den 
internen Pull-Up im Controller benutzen und spart sich den externen 
Pull-Down...


Lothar Miller schrieb:
> Im Einschaltmoment ist der Strom an einer Spule 0
>
> Und der steigt dann "langsam" an bis zum Maximalstrom.

"Wir" verwenden hier auf der Arbeit mitunter Schütze, bei denen das 
nicht mehr so einfach ist, da sie einen eingebauten "Economizer" 
besitzen. Bei denen ist "kurz nach dem Einschaltmoment" der Strom etwa 
10x so groß wie der Haltestrom. Sprich: Beim Einschalten beträgt der 
Strom dort ca. 3A und 100ms später nur noch 300mA. Daher die Frage, wie 
gemessen wurde. Vielleicht hätte ich besser nach dem exakten Typ des 
Schützes gefragt... :-)

Als MOSFET könntest du z.B. den IRF7341 benutzen. Das sind 2 N-Channel 
FETs in einem SO-8 Gehäuse mit 50 mOhm R_DS,on (BS170: ca. 5 Ohm 
R_DS,on).

Autor: Elias B. (bouni)
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N'abend zusammen :)

So hier die nächste und evtl. letzte Version.
Die Schütze sind "ABB ESB 24-40"

Gruss Elias

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Sehr schön. Wird so wohl funktionieren. Möchtest du denn nach wie vor 
die 100µH-Spule (es steht leider kein Wert dran)? Wie gesagt, laut 
Datenblatt wird ein größerer Wert empfohlen (wegen der niedrigen 
Schaltgeschwindigkeit).

Gruß,
Alex

Autor: Elias (Gast)
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Morgen,

verdammte Axt m) schon wieder vergeigt den Schaltregler zu tzuschen.
Heute Abend gibts evtl. noch mal ne Version mit dem LT1376.

Gruss Elias

Autor: Elias B. (bouni)
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Ich hab noch eine Frage zuzm Schaltregler.
Passen die Bauteile die ich ausgesucht habe?

http://www.reichelt.de/?ACTION=20;AWKID=30876;PROVID=2084

Im Datenblatt steht was von Solid Tantalum, ist aber denk wegen des ESR, 
oder? da hab ich nen very low ESR Becher Elko gewählt.
Anstatt der bedrahteten 1N918 hab ich ne BAV 102 (MiniMelf) genommen.
Die Spule hat nur 4,7uH anstatt den im DB genannten 5uH. Sollte ich eher 
eine grössere nehmen.
Ist der gewählte Typ ok? Hab im Foruzm nen Beitrag gefunden wo der Typ 
als am ehesten tauglich genannt wird.


Fragen über Fragen :)

Danke an alle schon mal.


Elias

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Seh' dich mal bei den Kerkos um. Da auf der Sekundärseite des 
Schaltreglers hast du maximal 5V, dafür gibt es bei Reichelt auch Kerkos 
bis 100uF.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Elias B. schrieb:
> Ich hab noch eine Frage zuzm Schaltregler.
> Passen die Bauteile die ich ausgesucht habe?
>
> http://www.reichelt.de/?ACTION=20;AWKID=30876;PROVID=2084

Im Prinzip ja :-)  (es wird damit funktionieren)

> Im Datenblatt steht was von Solid Tantalum, ist aber denk wegen des ESR,
> oder?

Richtig.

>da hab ich nen very low ESR Becher Elko gewählt.

Aber hallo, du hast einen "lowest ESR" gewählt. Im Datenblatt steht im 
Kapitel "Output capacitor selection", dass der Ausgangskondensator zwar 
"low ESR" sein soll, aber nicht "zu low" :-) Deshalb ist auch der Tipp 
von Luk4s mit dem Keramikkondensator als kritisch zu betrachten. Ich 
würde hier einen "normalen" 100µF "low ESR" nehmen, sprich VF 100/16 K-D 
oder aber einen Tantal-Elko, sprich SMD TAN.33/16.

> Anstatt der bedrahteten 1N918 hab ich ne BAV 102 (MiniMelf) genommen.

Auch hier würde ich einfach die MURS120 nehmen, da sie eine schnellere 
"Reverse Recovery Time" hat (1N918 = 4ns; MURS120 = 25ns; BAV102 = 
50ns).

> Die Spule hat nur 4,7uH anstatt den im DB genannten 5uH. Sollte ich eher
> eine grössere nehmen.

Bei der niedrigen Last ist das o.k..

> Ist der gewählte Typ ok? Hab im Foruzm nen Beitrag gefunden wo der Typ
> als am ehesten tauglich genannt wird.

Der Typ ist o.k., du kannst aber auch eine Nummer kleiner nehmen, also 
L-PISG4,7µ.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Angehängte Dateien:

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P.S. Mal eine Einschalt-Simulation davon...

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