Empfehlung für Induktoren für Schaltregler gesucht

[Eule (Gast)]

Moin,

ich versuche gerade, einen Stepup/-down-Wandler mit dem MAX1771 zum 
laufen zu bringen, leider ohne großen Erfolg. Vorlage ist das Datenblatt 
des MAX1771 (Figure 6, S. 14), getrimmt ist sie auf 7,5V 
Ausgangsspannung.

Probleme sind wie folgt:
- Bei 100 - 150mA Ausgangsstrom bricht die Ausgangsspannung zusammen, 
obwohl die Schaltung 250mA bringen soll (andere Schaltungen mit gleichen 
Komponenten sogar deutlich mehr). Bei kleineren Eingangsspannungen ist 
der Einbruch stärker als bei großen, was mich zu der Annahme bringt, 
dass die Induktoren nicht geeignet sind. Ich benutze Coiltronics 
DRQ73-220-R 
(http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?sku=2075639RL). Den 
von Maxxon empfohlenen Typ habe ich bei Farnell nicht gefunden.

Laut Maxxon soll man auch Doppelspulen auf einem Kern nehmen können (wie 
meine besagte DRQ73), aber das hat überhaupt nicht funktioniert. Ist 
aber nebensächlich, brauch ich halt zwei Spulen statt einer.

Habe auch andere Induktoren ausprobiert, die gerade herumlagen, die sind 
aber noch etwas schlechter. Da das meine ersten Gehversuche mit 
Schaltreglern sind, steh ich etwas auf dem Schlauch, was die Komponenten 
angeht.

- Bei Eingangsspannungen <5V hängt sich die Schaltung völlig auf und 
zieht mehrere hundert mA, die scheinbar komplett durch L1 und Q1 gehen 
(letzterer wird dabei heiß). Ist auch doof, da ich die Schaltung aus 
einem Akku betreiben will, der bis 4,5V runter geht.

Die restlichen Komponenten:
Q1:    IRFZ24NPBF (N-MOSFET)
D1:    SB140
D2:    1N4001 (hab die 1N4148 grad nicht da)
C2:    10µF Keramik X7R
Die anderen Kondensatoren sind 08/15 Elkos.

Hab die Schaltung einmal im Steckbrett aufgebaut, und dann den 
"Leistungsteil" mit Q1, L1, L2, C1, C2, R1, D1 und C3 nochmal als 
fliegenden Drahtverhau zusammengelötet, weil ich Kontaktprobleme 
befürchtete. Beide Male das gleiche Ergebnis.

Wär für Bauteilempfehlungen (am besten von Farnell) oder andere Hinweise 
dankbar!

Eule

[Klaus R. (klara)]

Hallo,
die Induktivitäten sehen gut aus. Ist der IRFZ24NPBF für diese Schaltung 
geeignet?
Gruss Klaus.

[Gerhard W. (gerhard86)]

Klaus Ra. schrieb:
> die Induktivitäten sehen gut aus. Ist der IRFZ24NPBF für diese Schaltung
> geeignet?

Ja, da sehe ich auch ein Problem, der original verlangte Fet ist ein 
Logic Level MOSFET mit 1-2V Schwellenspannung. Sieht man sich das 
Datenblatt vom IRF224 an wird klar dass die Sache bei 4,5V schon eher 
problematisch ist.

Die 1N4001 wird das Problem nicht unbedingt verursachen, aber sie ist an 
dieser Stelle auch etwas schlecht besetzt, mehr Sperrschichtkapazität 
und Rückwärtsstrom als die 1n4148.

[Lothar S. (loeti)]

Innenwiderstand der Spannungs-/Stromquelle?

[Eule (Gast)]

Danke für Eure Einschätzung!

Den MOSFET habe ich aus einem Bauvorschlag der ct übernommen ("Strom 
auf'm Fahrrad", Ausgabe 23/2007). Die habe ich mal stumpf nachgebaut, 
ohne mich näher mit den Einzelheiten zu befassen (habe sie aber nicht 
mehr hier zum vergleichen).

Allerdings wird der MAX1771 in der ct-Schaltung an Pin 2 von seiner 
eigenen Ladespannung versorgt, ähnlich wie in Figure 5 des Datenblatts.

So wie ich das sehe, erklärt der FET, warum die Schaltung bei niedrigen 
Spannungen nicht läuft, aber nicht die schlechte Leistung - oder hab ich 
hier noch einen Denkfehler?

Kann mir jemand einen passenden MOSFET empfehlen? Den MMFT3055 find ich 
nicht bei Farnell (wie die meisten der im Datenblatt empfohlenen 
Komponenten :-( ).

Werde jedenfalls mal die Spannung am FET nachmessen und eine 1N4148 
auftreiben.

@Lothar: Die Schaltung wird von einem Labornetzteil gespeist. Geregelte 
Ausgangsspannung, Strombegrenzung ist auf 800mA eingestellt. Später soll 
sie primär mit einem Akku mit 4,5 - 5,5V und auch mal von der 
Autobatterie, also bis 16V, betrieben werden. Wenn es mit 4,5V...5,5V 
läuft, wär ich für den Anfang schon zufrieden.

Viele Grüße

Eule

[Eule (Gast)]

Moin,

habe jetzt ein paar Plots der Drain-Source-Spannung des MOSFET 
aufgenommen. Diesmal hat sich die Schaltung deutlich besser benommen und 
ging bis 4,5V runter. Deshalb bin ich bis 4V runter, um das "Aufhängen" 
zu provozieren.

Auffallend ist einerseits, dass die Drain-Source-Spannung (blau) nicht 
bis zur Betriebsspannung rauf geht, sondern irgendwo in der Mitte 
herumhängt - der Transistor verbrät damit Leistung.

Außerdem wundert mich die E-Funktion in der Amplitude - ich hätte 
erwartet, dass der Schaltregler entweder voll oder gar nicht 
durchschaltet.

Im zweiten Bild (tek0005, 5V Vin, 80 Ohm Last) arbeitet der Regler und 
hält auch die Ausgangsspannung, die Drain-Source-Spannung zeigt aber 
trotzdem eine Art Einschwingen mit abnehmender Amplitude.

Noch stärker wird das bei kleiner Eingangsspannung und Belastunge am 
Ausgang (tek0008 bei 4,5V Vin und 40 Ohm Last).

Wie gesagt, ich hab noch nicht viel Erfahrung mit Schaltreglern, aber 
ich würde vermuten, dass der MOSFET vielleicht eine zu große 
Gate-Kapazität hat, so dass er bei kurzen Schaltzyklen nicht voll 
durchschaltet bzw. die Ladung sich erst abbauen muss, bevor er wieder 
komplett sperrt.

Gruß

Ugglan

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Eule schrieb:
> dass die Induktoren nicht geeignet sind.
Der Name "Induktor" ist anderweitig vorbelastet:
http://de.wikipedia.org/wiki/Induktor_%28Elektrotechnik%29

Eule schrieb:
> Die habe ich mal stumpf nachgebaut
Wie sieht der Aufbau aus? Immerhin wird da mit 300kHz rumgeschaltet (da 
ist eine 4001 übrigens einiges zu langsam und wird den Wirkungsgrad 
effizient reduzieren, mindestens).

[Eule (Gast)]

Habe nochmal ein paar Bauteile ausgetauscht:

- 1N4001 gegen 1N4148 ersetzt: Keine Auswirkungen.

- IRFZ24N gegen NTF3055L108 (angeblich ein Äquivalent des nicht mehr 
erhältlichen MMFT3055) ersetzt:
Die Schaltung arbeitet jetzt bis 2-3V Eingangsspannung und läuft 
allgemein stabiler. Allerdings bleibt das generelle Problem, dass bei zu 
niedriger Eingangsspannung der Eingangsstrom auf einige hundert 
Milliampere ansteigt, die dann im Transistor verbraten werden. Damit der 
MAX1771 den MOSFET nicht ermordet, muss man also entweder sicherstellen, 
dass die Eingangsspannung diesen Minimalwert nicht unterschreitet, oder 
einen Detektor basteln und das IC mit dem Shutdown-Eingang abschalten. 
Nicht sehr elegant.
Das Problem hat man zwar nicht, wenn man den MAX1771 aus seiner eigenen 
Ladungspumpe speist wie in Fig.5, aber damit kann man wesentlich weniger 
Eingangsspannungsbereich ausschöpfen. Interessant ist aber gerade der 
große Bereich von 4,5V bis 16V (USB über Fahrraddynamo bis 
Zigarettenanzünder im Auto).

Nochmal zurück zum MOSFET: Der IRFZ24N hat laut Datenblatt 2-4V 
Gate-Threshold-Spannung, der empfohlene MMFT3055 ist aber auch mit max. 
4V angegeben. Die Gatekapazitäten und -Ladungen sind auch etwa gleich, 
wobei der IRFZ24N etwas geringeren Durchgangswiderstand bietet - also 
rein aus den Datenblättern könnte ich jetzt nicht sagen, warum die 
Schaltung mit dem IRFZ24N schlechter laufen sollte als mit dem MMFT3055. 
Wobei ich nicht weiß, wie gut sie mit dem MMFT3055 funktioniert. 
Wirklich glücklich scheint mir die Empfehlung nicht zu sein, immerhin 
bewegt sich die Schaltung damit haarscharf am Rand des Selbstmords.

- Habe außerdem mit anderen Kondensatoren herumgespielt - 100µF und 50µF 
aus 10µF X5R zusammengelötet. Die Belastbarkeit steigt gaaaanz wenig an, 
wenn man den Ausgangskondensator C3 mit diesem ergänzt. Am 
Eingangskondensator C2 tut sich gar nichts.

Alles in allem läuft die Schaltung zwar stabil innerhalb des angegebenen 
Eingangsspannungsbereichs, ist aber immer noch meilenweit von der 
angestrebten Belastbarkeit entfernt, und vom Wirkungsgrad will ich gar 
nicht reden - der dümpelt so um 75% herum.

Eigentlich war mein Ziel, den MAX1771 sozusagen als 
Standard-Spannungsversorgung für mich zu nehmen, da er sich für weite 
Ein- und Ausgangsbereiche anpassen lässt, vor allem im kombinierten Step 
Up/Down-Betrieb. Die bisherigen Erfahrungen finde ich aber eher 
ernüchternd - ich will ja gerade nicht bei jeder neuen Variante 
wochenlang mit allen möglichen Typen herumprobieren, bis das Teil läuft.

Mag sein, dass der MAX1771 die beworbenen Leistungsdaten bei optimaler 
Auslegeung der externen Komponenten erreicht, für die schnelle Bastelei 
zwischendurch eignet er sich eher nicht.

Vielleicht finde ich die nächste Woche noch Zeit, Low-ESR-Kondensatoren 
aufzutreiben und damit weiterzumachen.

Für den Teilerfolg bis hier möchte ich mich noch mal für Eure 
Unterstützung bedanken, insbesondere der Hinweis auf den MOSFET war Gold 
wert - den hätte ich sonst zuletzt angesehen. :-/


@Lothar:

Habe mal Fotos vom Aufbau gemacht:
1) Variante im Steckbrett mit NTF3055L108
2) "Leistungsteil" mit IRFZ24N als Drahtverhau
3) Leistungsteil mit NTF3055L108 und 100µF X5R am Ausgang auf eigener 
Platine, Rest auf dem Steckbrett.

Die maximale Belastbarkeit schwankt, wenn man im Steckbrett an den 
Leistungsteilen herumwackelt (OK, hier machen Milliohm offensichtlich 
was aus), aber keine Variante kommt über 100mA bei 7,5V hinaus. Bei 
niedrigeren Spannungen ist mehr drin, die Leistung bleibt aber etwa 
gleich.