www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik AVR-Schaltregler auslegen; Strom, Spannung, Induktivität


Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ist es möglich/sinnvoll, einen tiny15L-gesteuerten Schaltregler um die 
100 kHz in folgenden beiden Szenarien als Konstantstromquelle zu 
betreiben:

LED, 700 mA bei 3.7 V
LEDs in Serie, 20 mA bei ca. 13 V

Ich habe das mal von 
http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/smps.html berechnen 
lassen, es kommen Kapazitäten von

25 µH
330 µH

heraus.

Mit diesen Werte enstehen beim jeweils anderen Betrieb entweder Lücken 
oder sehr hohe Ströme.

Könnte jemand so nett sein, und mir diesen Zusammenhang erklären, und 
mich ggf. sanft darauf vorbereiten, daß es besser wäre, die 
Induktivitäten für den jeweiligen Einsatzzweck auszuwählen, und den Rest 
in Software zu erledigen.

Dazu auch gleich noch eine Frage:
Wie ist das denn überhaupt mit dem schnellen PWM-Modus des tiny15L - was 
für eine Auflösung habe ich denn überhaupt bei 100 kHz? Oder spielt die 
Frequenz keine Rolle, da der Duty-Cycle immer in 8 Bit aufgelöst wird?

Dankeschön!

Autor: rille (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Um eine Konstantstromquelle mittels Auf-/Abwärtswandler bzw. Inverter zu 
realisieren, muss der Strom gemessen und entsprechend geregelt werden, 
da diese Schaltnetzteile eher einer Spannungsquelle entsprechen.
Ansonsten,
700mA bzw. 20mA ist Pille-Palle.
Wichtiger als die richtige Induktivität ist, dass die Spule den 
maximalen Strom verträgt und nicht in die Sättigung geht.
Es gibt eine App-Note von Atmel zu einem Akku-Lader (=Stromquelle) - als 
Anregung.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das das Ganze einer Regelung bedarf ist mir klar, ich hätte noch mehr 
Daten liefern sollen:

Gespeist werden soll aus drei NiMH-Zellen, also 4.5-3 V, 3.6 V 
Nennspannung. Um den Verbraucher komplett von den Akkus zu trennen, 
erschien mir ein invertierender Wandler geeignet 
(http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/ivw_smps.html)

Wenn ich jetzt aber die für den -14V/30mA Betrieb ermittelten 368.4uH 
auch bei 4V/0.7A veranschlage, bekomme ich Ströme von 1.6A an der 
Induktivität. Das geht ja irgendwie nicht.

Andersherum, mit 25uH für -14V/30mA bin ich im lückenden Betrieb, und Ul 
'schießt' beim Abfallen von -14 auf 0 fröhlich 'über'.

Was ist da jetzt empfehlenswert?
Die Appnote guck ich mir an, danke für den Hinweis.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mhh, bekomme ich die Lücken weg, wenn ich die Frequenz ändere?

Autor: romanua (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
guckt mal hier rein:

http://cq.cx/smps.pl

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke, die Seite kenne ich. Leider gibt es keinen Schaltplan. Und von 
Lücken schreibt er auch nichts. Aber so in etwa soll es sein, nur möchte 
ich verstehen, ob es sinnvoll/möglich ist, dieselbe Schaltung für zwei 
Zwecke zu verwenden.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ändere die Frequenz oder nimm einen Sperrwandler.
Am besten mit PSpice mal simulieren.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So, ich habe jetzt mal mit LTSpice gespielt, aber komme noch nicht damit 
klar.
Der Strom durch die Induktivität steigt ständig weiter an.

Wie kann ich denn meinen Verbraucher richtig simulieren?
Inwiefern kann ich mit dem Programm ideale Verhältnisse simulieren? Es 
gibt an der Spannungsquelle Flanken, die ich eigentlich auf 0 gesetzt 
habe..
Ist die PWM mit der Spannungsquelle so richtig simuliert?

Danke!

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich habe mir die Schaltung mal angesehen und simuliert.
Deine Datei kann ich mit PSpice nicht lesen.

Hast du folgende Punkte bedacht?
- 100kHz sind zuviel, da ist der Transistor nur noch im ohmschen Bereich
- wenn du einen MOSFET als Schalter benutzt braucht du eine höhere 
Spannung UGS zum Schalten 3,6V sind zu wenig.
- Die Schaltung hat einen sehr langen Einschwingvorgang, der Strom geht 
anfangs bis zum 10fachen Wert hoch (in der Simulation ohne 
Strombegrenzung)
- Wenn der Strom lückt ist das nicht weiter schlimm wenn der Kondensator 
ausreichend dimensioniert ist.

Simuliert habe ich Folgendes:
Uein 3,6V L 2,5mH f=20kHz
für 12V 30mA Tastgrad 38 zu 50µs
für 4V 700mA Tastgrad 29 zu 50µs

Installier am Besten mal PSpice, da gibt es sehr gute Tutorials

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
wie komme ich denn an pspice, ohne die gesamte demo-cd runterladen zu 
müssen?
Danke für deine Hilfe, an den FET habe ich bislang noch keinen Gedanken 
verschwendet..

Autor: Michael Wolf (mictronics) Benutzerseite
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ gandalf

Eine Anfrage beim Besitzer der Homepage ergab den Schaltplan und den 
Sourcecode zum LED SMPS Project von hier: http://cq.cx/smps.pl
Er schreibt das die Sachen nicht ganz aktuell sind, aber für die Idee 
reichts.

Siehe Anhang.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
gandalf wrote:
> wie komme ich denn an pspice, ohne die gesamte demo-cd runterladen zu
> müssen?
> Danke für deine Hilfe, an den FET habe ich bislang noch keinen Gedanken
> verschwendet..

Ich habe mir "Halbleiter - Schaltungstechnik" von Tietze und Schenk 
gekauft. Da liegen 2 CDs drin. Eine mit PSPICE!
Kann man sich auch in der Uni-biblithek ausleihen ;-)
Es geht auch mit Matlab und Simulink aber da kennen sich die 
Mathematiker besser mit aus. Dafür ist es normalerweise auf den 
Unirechnern installiert.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Den Herrn Westhues habe ich auch schon vor ein paar Tagen angeschrieben, 
aber das hilft mir ja zum Verständnis nicht so richtig weiter.

Den T&S habe ich auch hier, aber in der neusten Auflage, die bei mir zu 
haben ist, ist keine CD dabei. Aber ich habe mir jetzt mal die komplette 
Demo-CD runtergeladen, mal sehen, ob man an PSPICE auch direkt rankommt.

Es gibt sonst noch eine (alte?) 9.1 Version irgendwo im Netz: 
91pspstu.exe, knapp 30 MB.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nee, da ist im Download-Archiv nur die 600MB große Installations-exe 
enthalten, die wiederum ein selbstentpackendes Archiv ist. Grandios 
ausgedacht, cadence!
So, daraus kommt der Installer. Ob man einzelne Packages anwählen kann, 
bezweifele ich.
Ich nehm die alte 9.1er Version.

Autor: Stefan May (smay4finger)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gandalf: Warum machst Du eine neue Baustelle auf? LTspice ist gut genug 
für Deine Balange. Nur Du simulierst falsch. Schnapp Dir mal ein 
PSpice-Buch und versuche Dein Glück mit LTspice. Angehängt habe ich mal 
eine Simulation von einem Buck-Converter für LEDs. Einfach mal mit 
LTspice öffnen.

mfg, Stefan.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke Stefan,

ich hatte gestern 5 Minuten versucht, mit PSPICE zurechtzukommen, in der 
Hoffnung, daß es intuitiver ist als LTSpice (und vielleicht ideal 
simulieren kann). Aber weit gefehlt.

Trotzdem: wo mein Fehler liegt, sehe ich nicht. Auch in deiner 
Simulation nimmt der Strom fast linear zu; ich habe damit gerechnet, daß 
der sich sofort einstellt.

Was mache ich falsch?

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@gandalf

in deiner Schaltung hast du keinen Transistor sondern eine 
Spannungsquelle die wenn sie auf 0 geht die Spule kurzschliesst. Ein 
Transistor wäre ein offener Schalter.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
und noch was. Natürlich hast du anfangs einen starken Stromanstieg, bis 
der Elko geladen ist (evtl. mal kleiner machen).
Die Schaltung läuft mit PSpice, mit LTSpice kommt Unsinn raus, aber ich 
kenne mich damit nicht aus.

Ich wollte die LTSpice-datei anhängen aber das geht nicht :-(

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
Datum:
Angehängte Dateien:
  • inv.zip (628 Bytes, 63 Downloads)

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Anhang neuer Versuch

Autor: gandalf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Doch, so geht's anscheinend, nur die Zeiten der PWM-Quelle waren nicht 
ganz richtig.
Toll, dann kann ich damit ja jetzt spielen!
Wenn man peilt, daß die Spannungen zu den entsprechenden Knoten gehören, 
macht es noch mehr Spaß!
Vielen Dank.

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Wenn man peilt, daß die Spannungen zu den entsprechenden Knoten
> gehören, macht es noch mehr Spaß!

Tja, etwas Grundwissen braucht man schon.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eine Frage zum Schaltplan boost.pdf aus LED_SMPS.zip weiter oben ( 
http://#442921 )

Er mißt den Strom VDD_TP1 differentiell mit ADC2/3 zwischen VDD und 
VSENSE - aber wozu sind die Spannungsteiler gut, wenn die Messung doch 
differentiell ist? Kann der AVR da auch nur absolute Spannungen<VCC ab?

Autor: Dieter Werner (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Kann der AVR da auch nur absolute Spannungen<VCC ab?

Ganz genau, an KEINEM Anschlusspin darf eine höhere Spannung als VCC 
anliegen - das ist unabhängig ob differentiell gemessen wird oder nicht.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke.

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>The topology is either boost (with negative ground) or invert (with positive 
>ground), depending on how you look at it.

>Neither terminal of the current sense resistor is grounded.

Schon wieder etwas, das ich nicht verstehe. Ich habe seinen Schaltplan 
mal vereinfacht gezeichnet, kann aber die Schaltung für einen 
klassischen Inverter nicht darin sehen.

Da würde nämlich der Meßwiderstand unter GND-Potential liegen, das hat 
mich hier stutzig gemacht, wie er das überhaupt schafft.

Die Spannung an TP1 müsste aber demnach größer sein als VDD - wieso ist 
das dann noch ein invertierender Wandler?

Autor: gandalf (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der betroffene Schaltungsteil anbei.

Könnte mir jemand bitte den Unterschied (Schaltvorgang) zu

http://en.wikipedia.org/wiki/Buck-boost_converter

erklären?

Autor: Marius (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ich hab mir mal sowas gezeichnet um ein 180V röhrennetzteil zu bauen:

http://lupin.shizzle.it/minihv.jpg

Auf Lochraster hat das schon funktioniert, also sollte die Platine auch 
gehen. Schaltplan ist glaub ich überflüssig (ein C zum puffern, AVR 
macht PWM, BSP297 schaltet strom durch die spule, kleine Diode lädt 
einen 10nF HV C und das ganze geht dann geteilt über 1MOhm poti und 10k 
R zurück zum AVR ADC). 14x15 mm ist das ganze groß

Autor: gandalf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das hast Du gut gemacht.

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.