Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Effiziente mehrfache Spannungsversorgung


von Raphael L. (rlleh)


Lesenswert?

Hallo liebes Forum,

ich versuche derzeit eine achtfache justierbare Konstantspannungsquelle 
zu realisieren.

Die Eingangsspannung wird ein Steckernetzteil (z.B. Laptop) mit etwa 
18..19V Spannung sein.

Es müssen 5V sowie 12V (fix), sowie 6 verschiedene Spannungen 
einstellbar zwischen ca. 5V und 15V bereitgestellt werden.
Die 5V und 12V Ausgänge müssen je 1A, die Einstellbaren min. 2A liefern 
können.

Die gesammte Spannungsversorgung soll (energetisch) effizient sein um 
nicht zu viel Abwärme zu produzieren und nicht zu teuer oder auf sehr 
schwer beschaffbare Bauteile angewiesen sein.

Bisherige Entwürfe mit 8* (günstigen) LM2576 (6* Adj/5V/12V) benötigen 
immer sehr große Spulen (~300µH 2.5A).
Die Alternative dazu, der LM2676 mit höherer Schaltfrequenz und höherem 
Preis, ist auch nicht wirklich besser, da er immer noch auf recht große 
Induktivitäten angewiesen ist.

Gibt es noch andere gute Schaltregeler oder ist der Kompromiss eine 
(energetisch) ineffizientere Schaltung mit Linearreglern (z.B. LM317)?

Vielen Dank im Voraus für die Hilfe.

Mit freundlichen Grüßen Raphael

: Bearbeitet durch User
von oszi40 (Gast)


Lesenswert?

Man sollte wissen WOZU DU das brauchst. Ein Laptopnetzteil bringt nicht 
unendlich viel Strom. Evtl.wäre PWM für Deine Verbraucher eine Lösung?
Bei Meanwell mal nachgesehen? z.B. meanwell+netzteil suchen

von Gerd E. (robberknight)


Lesenswert?

Raphael Lehmann schrieb:
> Gibt es noch andere gute Schaltregeler

Schau mal auf der Webseite von TI nach Buck-Reglern. Die haben das 
WE-Bench-Tool direkt auf der Webseite integriert: da gibst Du die 
gewünschten Daten zu Spannungen, Strömen etc. ein und dann kannst Du auf 
Baugröße, Effizienz, Preis etc. optimieren lassen - mit ein paar 
einfachen Klicks. Der empfiehlt Dir dann direkt passende Bauteile wie 
z.B. Spulen und dann kannst Du sehen ob Dir das gefällt oder Du eine 
andere nehmen willst.

von Raphael L. (rlleh)


Lesenswert?

Vielen Dank :)

Das das Netzteil stark genug sein muss ist klar, vorerst steht dazu ein 
24V/10A Labornetzteil zur Verfügung, später soll hier jedoch ein 
mobileres externes Netzteil verwendet werden, insgesamt wird ein starkes 
120W (Notebook)-Netzteil ausreichen.
Bei den üblichen Meanwell-Netzteilen müsste auch mit 230V Netzspannung 
im Gehäuse hantiert werden, was ich vermeiden will.

Bei der Stromversorgung hängen an den variablen Ausgängen 
Schrittmotoren, die 12V-Schiene versorgt Lüfter sowie Beleuchtung und 
die 5V-Schiene versorgt diverse Elektronik, z.T. noch mit weiteren 
Spannungsreglern (1..2V für einen Laser).
Daher kommt auch eine PWM nicht in Frage, das würde den Motortreibern 
und der restlichen Elektronik nicht so gefallen...
Die Verschiedenen Spannungen sind für die verschiedenen Schrittmotoren 
nötig, da diese z.T. aus alten Druckern stammen ;)

Auf der TI-Seite bin ich fündig geworden, vermutlich werden es jetzt 8* 
TPS54331 (3A Step-Down, Schaltfrequenz 570kHz, Gehäuse SOIC8), die bei 
Conrad knapp 2€ kosten und nur kleine Induktivitäten (6,8µH) brauchen.

Mit freundlichen Grüßen Raphael

von Helge A. (besupreme)


Lesenswert?

Wenn du deine Schrittmotoren stromgeregelt betreibst statt 
spannungsgeregelt, sparst du dir ein paar Spannungsregler und das ganze 
wird effizienter. Das können alle modernen Schrittmotortreiber.

von Udo S. (urschmitt)


Lesenswert?

Helge A. schrieb:
> Wenn du deine Schrittmotoren stromgeregelt betreibst statt
> spannungsgeregelt, sparst du dir ein paar Spannungsregler und das ganze
> wird effizienter. Das können alle modernen Schrittmotortreiber.

Ausserdem können die Schrittmotore dann bei höherer Schrittfrequenz auch 
noch ein höheres Drehmoment erzeugen, wenn er sie nicht spannungsseitig 
einbremst.

Raphael Lehmann schrieb:
> insgesamt wird ein starkes
> 120W (Notebook)-Netzteil ausreichen.

Raphael Lehmann schrieb:
> Es müssen 5V sowie 12V (fix), sowie 6 verschiedene Spannungen
> einstellbar zwischen ca. 5V und 15V bereitgestellt werden.
> Die 5V und 12V Ausgänge müssen je 1A, die Einstellbaren min. 2A liefern
> können.

Das passt nicht ganz zusammen, 6 einstellbare bis 15V a 2A sind alleine 
schon bis zu 180W, Plus 5V und 12V a 1A bist du bei 200W und das alles 
ohne Verluste in den Spannungsreglern, die du auch bei Schaltreglern 
erst mal mit 20% ansetzen solltest.

: Bearbeitet durch User
von Raphael L. (rlleh)


Lesenswert?

Hallo, tut mir leid, dass ich mich jetzt erst wieder melde.

Es ist mir klar, dass sämtliche Versorgungsschienen addiert mehr als 
120W unter Volllast zu verfügung stellen und damit auch noch mehr 
verbrauchen würden. Insgesamt bleiben alle Stromverbraucher zusammen 
allerdings im normalerweise deutlich unter 80W, in Spitzen kommen knapp 
über 100W zusammen. Gerade die 5V-Schiene wird von der Elektronik 
natürlich nicht mit 1A belastet.

Die Schrittmotorcontroller sind DRV8834 
(http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8834.pdf) und DRV8825 
(http://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv8825.pdf), diese werden 
stromgeregelt und mit Mikroschritten betrieben.
Bis jetzt war ich davon ausgegangen, dass die Betriebsspannung trotzdem 
passend zum maximalen Strom (Datenblatt: I_trip) sein muss.
Nach wiederholtem Studium des Datenblatts scheint es mir allerdings auch 
so, dass die Spannung höher seien darf, oder?

Die Eingesetzten Schrittmotoren sind größtenteils QSH2818-51-07 sowie 
einige unbekannte Typen aus Druckern.
Die QSH2818-51-07 haben gemäß Datenblatt einen "Rated phase current" von 
0,67A; dieser Wert ist bei den Schrittmotortreibern als I_trip 
eingestellt.
Bei den anderen Motoren habe ich bis jetzt ebenfalls 0,67A angenommen 
und die Spannung entsprechend gewählt, was ja überflüssig ist.

Wie kann ich einen guten "Rated phase current" für die unbekannten 
Motoren ermitteln?


Das würde die Versorgung natürlich deutlich vereinfachen, da für die 
Schrittmotoren nur noch 10,8V (maximal zulässige Spannung für den 
DRV8834) und ca. 15V nötig wären :)


Vielen Dank und Lg Raphael

von Ulrich H. (lurchi)


Lesenswert?

Die Schrittmotortreiber brauchen mehr Spannung als die Nennspannung der 
Motoren. Wenn man eine hohe Schrittfrequenz nutzen will, braucht man 
sogar deutlich mehr Spannung. Je nach Anforderungen an die 
Geschwindigkeit wäre da zu überlegen ein Treiber zu sichen, der direkt 
mit 16-20 V läuft.

Den Strom für die unbekannten Motoren kann man über die Verluste am 
Ohmschen Widerstand abschätzen. Wie viel an Wärme je nach Baugröße 
abgegben werden kann läßt sich bei anderen Datenbläter abschätzen. Man 
muss den Motor auch nicht mit dem Nennstrom betreiben - es kann auch 
weniger sein, wenn man nicht die volle Kraft benötigt - bei Halbschritt 
betrieb darf der Spitzenstrom aber auch höher werden.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.