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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DC / DC-Wandler und Strom


Autor: Andreas DG (galdo)
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Hallo nochmals,

für einen Platinenentwurf habe ich das Problem, dass ich zum Anschalten 
eines GPS-Moduls 2A Strom benötige. Bedingt durch bestimmte Vorgaben 
muss ich allerdings DC / DC-Wandler verwenden, die nur max. 600mA Strom 
liefern können.

Gibt es einen Trick, dennoch die 2A (besser etwa 3A) irgendwie zur 
Verfügung zu stellen?

Danke Galdo

Autor: Joerg Wolfram (joergwolfram)
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Vielleicht lässt sich ja ein Goldcap etc. verwenden. Kommt halt drauf 
an, wie lange der hohe Strom gezogen wird.

Gruß Jörg

Autor: Andreas DG (galdo)
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Ich probiers mal selbst:

Ich habe eine Transistor als Lösungsansatz, der die vorhandenen 600mA in 
etwa 3000mA (also 3A) aufbläßt.

Dazu würde ja schon ein Transistor in einer einfachen Emitterschaltung 
genügen, wenn dieser eine Verstärkung von 5 besitzt?

Kann das sein - das hört sich irgendwie so daneben an, wenn man allein 
der Wert der Stromverstärkung betrachtet, oder?

Danke für eure Hilfe schonmal vorab
Galdo

Autor: Andreas K. (a-k)
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Goldcaps und hoher Stromfluss passen nicht gut zusammen.

Autor: Jörg B. (manos)
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Und wo bekommt der Transistor seine Spannung/Strom her? Einen DC/DC 
setzt man ja normalerweise dort ein, wo man eine unpassende Spannung 
hat.

Ich kann natürlich versuchen, wenn ich von z.B. 12V auf 5V runterregeln 
muss den Transistor als Linearregler einzusetzen... macht aber in meinen 
Augen wenig Sinn.

Autor: Andreas DG (galdo)
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Andreas Kaiser wrote:
> Goldcaps und hoher Stromfluss passen nicht gut zusammen.

Zumal bei jeder GPS-Abfrage werden 2A benötigt (sprich bei mir 1/s)...

Autor: Andreas DG (galdo)
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Jörg B. wrote:
> Und wo bekommt der Transistor seine Spannung/Strom her? Einen DC/DC
> setzt man ja normalerweise dort ein, wo man eine unpassende Spannung
> hat.
>
> Ich kann natürlich versuchen, wenn ich von z.B. 12V auf 5V runterregeln
> muss den Transistor als Linearregler einzusetzen... macht aber in meinen
> Augen wenig Sinn.

Ich verwende einen DC/DC Wandler zur Transformation von 24V auf 5V.
Diese 5V möchte ich dann einmal mit einem weiteren Wandler auf 3,3V 
regeln (oder Linearregler - weiß ich noch nicht). Hier ist der Strom 
egal (es reichen etwa 200mA aus).
Aber die 5V müssen auch noch in etwa 3,9V gewandelt werden. Dazu habe 
ich mir eine kleine z-Dioden schaltung mit einer 3,9V Z-Diode 
ausgedacht. Problem dabei ist, dass ich aber in diesem Zweig 2A mind. 
benötige. Der DC/DC am Eingang liefert aber bloß 600mA.
Und diese 600mA will ich eben auf sagen wir mal sicherheitshalber 3A 
aufblaßen.
Und dafür wollte ich gern den Transistor verwenden wie oben 
beschrieben...

Danke Galdo

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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> Und diese 600mA will ich eben auf sagen wir mal sicherheitshalber 3A
> aufblaßen.
d.h. dein Wandler liefert weniger als du brauchst.
Wenn du nur kurze Stromspitzen benötigst kannst du grosse Kondensatoren 
einsetzen, bei ca. 1s wird das aber schon etwas haarig.

Du könntest auch mit deinen 600mA einen Akku laden und die Stromspitze 
aus dem Akku entnehmen ;-)

Oder du kannst dich mit dem Gedanken anfreunden, dass die 
Energieerhaltung nicht wegzudiskutieren ist.
Situation bei konstantem Strom (keine Verluste):
ab DC/DC: 5V/600mA --> Du hast also 3W zur Verfügung
Mit diesen 3W kannst du nun deine 3A erzeugen und die dabei verfügbare 
Spannung berechnen:
U = P / I --> 3W / 3A --> 1V
Die werden dir wohl kaum reichen...

Autor: Andreas DG (galdo)
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Ich habe mich bisher auf die Auswahl der DC-DC Wandler bei Reichelt 
beschränkt. Suche im Internet hat ergeben, dass es auch Wandler gibt mit 
einem höheren Watt-Zahl. Ich möchte nun also einen anderen Wandler 
verwenden - der ja nicht fest vorgegeben ist.

Der PB47 WG-2405E2 liefert max. 3A bei 24V Input-Spannung. Das ist genau 
das was ich suche.

Kennt vielleicht jemand ein passendes Eagle-Pinout dafür? Die 
Standardmäßig vorhanden DC-DC Wandler haben imho das falsche Pinout für 
diese DC/DC Wandler.

Ich weiß zwar noch nicht, wie ich den auf mein Platine bekommen soll, 
aber dafür wirds auch noch ne Möglichkeit geben :)

Danke schonmal für eure Tipps und Hilfestellungen
Galdo

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Ach so, die 600mA waren durch Reichelt bestimmt ;-) Sehr weitsichtig...

Was für Platzverhältnisse hast du denn auf der Platine? Sind die durch 
"hab ich grad noch über" bestimmt?

Autor: Andreas DG (galdo)
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Naja - dass das nicht sonderlich weitsichtig war, weiß ich auch :)

Über die Größe brauchen wir nicht weiter reden, denke ich... - ich habe 
halt die Restriktion einer 8x10cm Platine, und das Routing ist jetzt 
schon ziemlich haarig auf 2Layern!

Jetzt hab ich aber noch ein Problem, und wie ihr bereits sicher gemerkt 
hab, hab ich nicht sonderlich viel Erfahrung beim Entwurf von 
Schaltungen zur Spannungsversorgung.

Ich habe mir jetzt folgende Lösung erdacht aber dabei noch ein Problem, 
also nochmals dazu:

Ich habe eine Eingangsspannung von 24V, die ich irgendwie auf 3,3V und 
3,9V bzw. 4V runterregeln muss. Dazu habe ich zuerst nen 24V auf 5V 
DC/DC-Wandler geplant.
Der eine Zweig ist recht problemlos, die 3,3V kann ich entweder mit nem 
Spannungsregler oder nem weiteren DC/DC-Wandler erzeugen (höchsten 100mA 
nötig).

Haariger wirds aber jetzt. Ich muss aus den 5V bei 3A 3,9V bzw. 4V mit 
3A erzeugen. Dummerweiße benötigen die Spannungsregler eine höhere 
Eingangsspannung um daraus eine kleinere zu erzeugen - und 1V Differenz 
erscheint mir hier zu wenig.

Daher war jetzt meine Überlegung die Spannungsversorgung nochmals 
komplett umzuschmeißen:

1. 24V DC/DC mit max. 200mA nach 3,3V
2. 24V DC/DC mit 3A nach 12V und dann mit Spannungsregler mit 3A nach 
etwa 4V

Evtl. kann man auch beim 1. Zweig nen 12V nach 3,3V DC/DC einsetzen, 
macht aber prinzipiell keinen Unterschied.

Nun aber noch zu meiner Frage:

Welche Spannungsregler empfehlt ihr für das 2. Szenario (also 24V / 3A 
-> 12V -> Spannungsregler 3A -> 4V) und wie muss ich diesen Beschalten.

Die korrekte Ausgangsspannung kann ich ja über die vorgeschalteten 
Widerstände einstellen, aber wie?

Nochmals danke für eure Hilfe - ihr habt mir bisher sehr geholfen!
Galdo

Autor: Jörg B. (manos)
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Welche Anforderungen werden an die Qualität der Spannung gestellt 
(Restwelligkeit oder ähnliches)?

Vielleicht einfach 2 eigene Schaltregler aufbauen z.B. mit einem 
LM2574N3,3 oder einem MC34063 für den 3,3V Zweig und einem LM2576T-ADJ 
für den 3,9V-4V Bereich (wobei die 3,3V dann auch nur eine Diode 
entfernt sind^^).
Wird jetzt eigentlich keine 5V Spannung mehr benötigt?

Autor: Andreas DG (galdo)
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Jörg B. wrote:
> Welche Anforderungen werden an die Qualität der Spannung gestellt
> (Restwelligkeit oder ähnliches)?

Keine besonderen Anforderungen. Sie muss einen uC und eben das GPS-Modul 
antreiben.

> Vielleicht einfach 2 eigene Schaltregler aufbauen z.B. mit einem
> LM2574N3,3 oder einem MC34063 für den 3,3V Zweig und einem LM2576T-ADJ
> für den 3,9V-4V Bereich (wobei die 3,3V dann auch nur eine Diode
> entfernt sind^^).

Das stimmt allerdings ;)
Ist die Angabe V_ref dann immer meine Eingangsspannung? Wenn ja, gilt 
dann die Formel V_out = (1 + R2/R1) * V_ref, also 4V = (1+R2/R1)*12V 
(bei einem 12V DC/DC-Wandler)?

> Wird jetzt eigentlich keine 5V Spannung mehr benötigt?

Die 5V Spannung hatte ich nur, weil ich einen 24V->5V DC/DC Wandler 
eingesetzt hatte, um daraus die zwei verschiedenen Spannungen zu 
erzeugen.

Die beiden Regler schau ich mir mal an. Danke!

Autor: Andreas DG (galdo)
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Ich antwort mir mal selbst: Vref ist ja mit 1,23V bereits definiert, 
oder?
Also hätte ich dann bei einem Widerstand R1 = 2kOhm einen Widerstand R2 
= 4,5kOhm - damit bekäme ich eine Ausgangsspannung von 4V und 3A.

Ist die Berechnung korrekt so, oder hab ich irgendwo nen Denkfehler?

Ich bezieh mich auf Figure2 auf Seite 10 im Datenblatt...

Das müsste doch passen.

Danke GALDO

Autor: Helmi (Gast)
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Ja das passt.

Allerdings wuerde ich das eine bisschen anders Dimensionieren.

R1 = 1.6K  (E24 Normreihe)
R2 = 3.6K  (E24 Normreihe)

So kannst du mit Normwiderstaenden auskommen

Gruss Helmi

Autor: Andreas DG (galdo)
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Vielen Dank

Autor: Andreas DG (galdo)
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Im Anhang hab ich jetzt mal den aktuellen Ausschnitt angepinnt. Das 
müsste doch so jetzt gehen, oder?

Danke nochmal an alle, die mir bis hierher geholfen haben!

Autor: Jörg B. (manos)
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Die Spule muss natürlich für den Strom ausgelegt sein... wenn ich das 
richtig in Erinnerung habe sollte die doppelt so viel Strom abkönnen wie 
die Schaltung zieht.

Autor: Jörg B. (manos)
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Wenn es nicht gefordert ist oder es sich um einen Kippschalter mit 2x UM 
handelt würde ich die Masse von Extern und Batt verbinden und nur den 
Plus umstecken/schalten.

Die Diode muss den Strom übrigens auch schaffen, aber nur einfach.

Autor: Jörg B. (manos)
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3. Nachtrag: Handelt es sich um eine Wechselspannung oder soll extern 
nur die Polung egal sein? Bei Gleichspannung würde ansonsten auch max. 
eine Diode als Verpolungsschutz statt Gleichrichter reichen.

Autor: Jörg B. (manos)
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Und weil es so schön war: In meinem Datenblatt zum LM2576T-ADJ ist bei 
der Schaltung parallel zum R2 (hier R7) ein nicht näher bezeichneter 
Kondensator Cff vorhanden.

Autor: Helmi (Gast)
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1. Mir faellt auf das der Glaettungskondensator hinter dem 
Brueckengleichrichter mit 10uF etwas klein geraten ist.

2. Der Kondensator parallel zu R2(hier R7) dient zur 
Frequenzkompensation des Reglers. Ich wuerde den in der Schaltung 
vorsehen. Er dient dazu die dynamischen Eigenschaften des Reglers zu 
verbessern also die Ausregelzeit auf einem Lastsprung .

3. Den DC-DC Konverter fuer die 3.3 V koenntest du durch eine Diode 
ersetzen.   4V - 0.7V = 3.3 . Also einfach durch eine 1N4001 die 4 V auf 
3.3V reduzieren.

Gruss Helmi

Autor: Helmi (Gast)
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4. Der Ausgangskondensator von 1mF am Ausgang des Schaltreglers wuerde 
Ich durch eine Parallelschaltung von 2 * 470uF ersetzen. Durch die 
parallel Schaltung der beiden C wird der ESR der Kondensatoren halbiert 
was sich einmal positiv auf den Rippel der Ausgangsspannung auswirkt und 
zweitens durch die geringere Wechselstrombelastung der C auf deren 
Lebensdauer.

Gruss Helmi

Autor: Arno H. (arno_h)
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Hallo,
die 100µH mit 3A DC werden etwas voluminöser als Größe 1812 ausfallen.

Arno

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