Lasst sich ein Buckconverter eigentlich mit nur einem Kondensator, einem
Tranistor und einem digitalen Regler aufbauen?
Ich stell mir das recht einfach vor, indem ich zb mit einem
Mikrocontroller ständig die Ausgangsspannung am Kondensator messe und
sobald die Spannung um einen gewissen Wert abgefallen ist, wieder
nachlade bis zu einer gewissen oberen Schwelle.
Damit das Ripple möglichst klein bleibt, muss halt die Zeitkonstante
möglichst groß gehalten werden und der Transistor möglichst schnell
schalten.
Geht das so einfach, oder übersehe ich was?
Konkret habe ich vor eine 0-24V Netzteil mit etwa 2A zu bauen. Zum
Einsatz kommen würde dann eine günstiges 24V Netzteil aus der Bucht und
eben der verstellbare Buckconverter.
Thomas schrieb:> Geht das so einfach, oder übersehe ich was?
Ja. Entweder die Spule oder den Widerstand in Reihe zum C. Der Strom
muss gebremst werden, um eine Zeitkonstante zu haben.
mhh schrieb:> Ja. Entweder die Spule oder den Widerstand in Reihe zum C. Der Strom> muss gebremst werden, um eine Zeitkonstante zu haben.
Spule möchte ich vermeiden. Widerstand sollte natürlich möglichst klein
bleiben -> Großer Cap. Idealerweise reicht der ESR des Caps aus. Umso
schneller der uC und der Schalter ist umso kleiner dürfte dann aber auch
das T sein. Soweit halt meine Überlegungen.
Klingt nur ein wenig zu simpel. Vorallem weil auch keine komplizierte
Regelung notwendig ist. Einfach Schalter ein, wenn untere
Spannungsschwelle unterschritten und Schalter aus wenn obere Schwelle
erreicht.
Bei fixer Spannung würde da sogar ein simpler Komparator mit
Spannungsteiler als Regler reichen.
Thomas schrieb:> Idealerweise reicht der ESR des Caps aus.
Die Frequenzen würdest Du nicht beherrschen.
Um die Spule (weniger Verluste als Widerstand) kommst Du nicht herum.
Ohne Spule oder Widerstand bleibt nur Analogregler.
@ Thomas (Gast)
>Spule möchte ich vermeiden.
Warum? Spulenallergie?
> Widerstand sollte natürlich möglichst klein>bleiben -> Großer Cap.
Nützt nix, du baust damit einen schlechten Linearregler. Ein
Ladungspuimpe könnte man nutzen, die kann aber nur ganzzahlig
vervielfacheh oder teilen.
> Idealerweise reicht der ESR des Caps aus. Umso>schneller der uC und der Schalter ist umso kleiner dürfte dann aber auch>das T sein. Soweit halt meine Überlegungen.
Soweit deine Naivität ;-)
So "schlau" waren schon viele, ehe sie sich eines Besseren belehren
alssen mussten.
>Klingt nur ein wenig zu simpel.
Ist es auch.
> Vorallem weil auch keine komplizierte>Regelung notwendig ist. Einfach Schalter ein, wenn untere>Spannungsschwelle unterschritten und Schalter aus wenn obere Schwelle>erreicht.
Nennt man Zweipunktreglung, machen auch einige billige Schaltregler,
z.B. der MC34063. Aber auch die brauchen eine Spule. Daran ist der
Herr Maxwell Schuld ;-)
>Bei fixer Spannung würde da sogar ein simpler Komparator mit>Spannungsteiler als Regler reichen.
Was ist denn bitte schön mal wieder nicht "akzeptabel" an den Millionen
bewährter Spannungsregler?
MfG
Falk
> Warum? Spulenallergie?
Passende Power Inductor sind nicht soo einfach zu beschaffen wie Kondis
> Nützt nix, du baust damit einen schlechten Linearregler.
Wieso? Wo verheiz ich den Strom wenn ich eine Stromsenke davor schalte?
> Soweit deine Naivität ;-)> So "schlau" waren schon viele, ehe sie sich eines Besseren belehren> alssen mussten.
Na deshalb frag ich ja ;)
> Nennt man Zweipunktreglung, machen auch einige billige Schaltregler,> z.B. der MC34063. Aber auch die brauchen eine Spule. Daran ist der> Herr Maxwell Schuld ;-)
Ja mit Spule funktioniert die Zweipunktregelung sicher nicht
zuverlässig. Aber was soll bei einem Cap alleine groß schiefgehen mit
der Regelung?
> Was ist denn bitte schön mal wieder nicht "akzeptabel" an den Millionen> bewährter Spannungsregler?
Nichts, nur manchmal fragt man sich, wie man selbst eine Spannugnsregler
bauen würde ;)
Es würde mit zwei Transistoren und einem Kondensator gehen.
Hier die Transistoren mal durch Schalter symbolisiert:
1
/ /
2
Vin+ o--o/ o-+-o/ o--+--o Vout+
3
S1 | S2 |
4
=C1 =C2
5
| |
6
Vin- o--------+--------+--o Vout-
Zuerst wird S1 zugemacht und Zwischenkreis-Kondensator C1
aufgeladen. Dann wird S1 wieder aufgemacht und dann S2 zugemacht.
Die Auf C1 gespeicherte Ladung wandert nun teilweise mit auf
C2(Ladungsausgleich!). Nun wird S2 wieder aufgemacht und es geht von
vorn los.
C1 muss viel kleiner als C2 sein.
Die Spannung wird über die Schaltfrequenz geregelt.
Es würde auch gehen, bei erreichen der gewünschten Ausgangsspannung
Zyklen zu überspringen, bis die Ausgangsspannung wieder unter den
Sollwert fällt.
mfg mf
...wenn's so einfach wäre, wären die Bücher (früher) oder das Netz voll
mit entsprechenden Schaltungen und Beiträgen. Dann müsstest Du aber auch
nicht hier fragen, denn Du hättest diese Beiträge sicher bei Deiner
ersten Recherche schon gefunden.
Wenn Du den warnenden Stimmen nicht glauben willst, rechne halt mal so
eine Schaltung durch (die nötigen Formeln sind ja kein Hexenwerk, mit I
= C * dU/dt) als Ausgangsbasis kommt man ja schon recht weit) oder bau's
einfach auf, richte eine Kamera drauf, schlte ein und stelle es
hinterher bei Utube rein, damit wir auch was davon haben...
Thomas schrieb:> Passende Power Inductor sind nicht soo einfach zu beschaffen wie Kondis
Reichelt hat reichlich SMD-Schaltregler-Spulen. Zur not tut es auch eine
Entstördrossel. Und warum "Power Inductor" wenn nicht einfach
Leistungsinduktivität?
Danke Joachim, aber mich würde erstmal interessieren warum die von mir
erdachte Variante nicht "alltagstaglich" ist.
Mit Vorwiderstand sehe ich ein, dass eventuell zuviel Strom verheizt
wird (wenn man C zu klein macht)
Aber mit Stromsenke wäre das Problem beseitigt und beim Laden auch auch
noch einigermaßen linear.
Stefan Wimmer schrieb:> ...wenn's so einfach wäre, wären die Bücher (früher) oder das Netz voll> mit entsprechenden Schaltungen und Beiträgen. Dann müsstest Du aber auch> nicht hier fragen, denn Du hättest diese Beiträge sicher bei Deiner> ersten Recherche schon gefunden.
Ja schau, das bezweifle ich auch in keinster Weise. Mich interresiert
das Warum.
Im Kopf hab ich natürlich schon einiges überschlagen. Mit"relativ"
kleinem Vorwiderstand (<0,1Ohm) und großem Cap (>1mF) sind die Verluste
akzeptabel. Vorallem bei großer Differenz zwischen Ein- und
Ausgangsspannung.
Aber mein eigentliches Interesse gilt jetzt der Variante mit Stromsenke.
Will man die Stromquelle selbst effizient gestalten ist das nicht mehr
so einfach. Aber die Spule hätte man sich halt noch erspart...
Diese Idee des spulenlosen Switchers taucht ziemlich regelmässig auf,
gewöhnlich begleitet von Unverständnis, weshalb diese Idee ebenso
regelmässig als Unfug abgetan wird. Tatsächlich ist, abgesehen von
Ladungspumpen, dieser Ansatz in der Leistungsbilanz identisch mit
Linearreglern. Es ändern sich Ort und Zeit, an dem die Leistung in Wärme
draufgeht, aber nicht die Summe dessen.
Was vielleicht helfen mag: Wenn man sich das Schaltbild vervollständigt
und die diversen Innenwiderstände nicht unterschlägt, sondern ganz
konkret mit ungefähren Werten reinmalt. Und dann man daran geht, die
Zustände auf dieser Basis zu rechnen. Verlustleistungen eingeschlossen.
Thomas schrieb:> Stromsenke
Du meinst sicher "Stromquelle"? Oder ich verstehe dich nicht.
C2 ist bei mir bloß zum endgültigen Stabilisieren der Ausgangsspannung
gut.
Freilich weiß ich, dass beim Laden des Zwischenkreis-Kondensators C1 der
erste "Schalter", der nachher ein Transistor sein wird, wie auch der ESR
von C1 für eine Strombegrenzung sorgen müssen.
Also insofern ist das ein Linearregler, nur umständlich gebaut.
Mir fällt da gerade noch eine Topologie mit 4 Schaltern ein.
Das dumme an Kondensatoren ist, dass sie nach dem Abschalten zwar auch
selbst wieder eine Spannungs bzw. Stromquelle darstellen. Nur fehlt der
Effekt, dass das Speicherelement die Spannung umdreht wie das bei der
Spule der Fall ist. Alles also nicht so einfach.
Man kann mit Kondensatoren aber prima Spannungen vervielfachen(sieh dir
dazu mal den Max232 an).
mfg mf
Joachim K. schrieb:>> Stromsenke> Du meinst sicher "Stromquelle"? Oder ich verstehe dich nicht.
Gibt es da einen Schaltungstechnischen Unterschied?
> C2 ist bei mir bloß zum endgültigen Stabilisieren der Ausgangsspannung> gut.> Freilich weiß ich, dass beim Laden des Zwischenkreis-Kondensators C1 der> erste "Schalter", der nachher ein Transistor sein wird, wie auch der ESR> von C1 für eine Strombegrenzung sorgen müssen.> Also insofern ist das ein Linearregler, nur umständlich gebaut.
Gehen wir bitte mal von der Variante mit dem Vorwiderstand weg, wo mir
durchaus klar war, dass dort Strom verheizt wird. Nur kann man das noch
duch die Bauteilwahl beeinflussen. Was beim Linearregler nicht der Fall
ist
> Man kann mit Kondensatoren aber prima Spannungen vervielfachen(sieh dir> dazu mal den Max232 an).
Wie Ladungspumpen und "normale" Schaltregler funktioniert ist mir
durchaus klar.
Eine andere Betrachtungsweise: Ein Kondensator ist ein Stromumwandler.
Kleiner Strom rein, grosser Strom raus, oder umgekehrt, idealisiert
verlustfrei. Eine Spule ist so ähnlich, aber mit Spannung statt Strom.
Will man aus einer grossen Spannung eine kleine machen ohne den Rest zu
verheizen, dann braucht man keinen Stromumwandler sondern einen
Spannungsumwandler.
Es ist also eben genau die Spule, die den Kern des Schaltreglers
ausmacht. Ohne die geht es nicht (Wdh: Ladungspumpen aussen vor
gelassen).
A. K. schrieb:> Wie sieht eine verlustfreie Stromsenke/quelle aus? Idealisiert> betrachtet.
Sie liefert nur eine fixen maximalen Strom (solange der Verbraucher auch
soviel zieht) -> lineare Ladungskurve des Kondensators bis zu einem
gewissen bereich.
mhh schrieb:> Thomas schrieb:>> Also ersetze Vorwiderstand durch Stromsenke/-quelle.>> Dort.
Du bist also der Meinung es gibt keine effizienten Stromsenken?
Thomas schrieb:> Sie liefert nur eine fixen maximalen Strom (solange der Verbraucher auch> soviel zieht) -> lineare Ladungskurve des Kondensators bis zu einem> gewissen bereich.
Ich weiss was eine Stromquelle ist. Ich will wissen, wie du sie aufbauen
willst.
Thomas schrieb:> Nur kann man das noch> duch die Bauteilwahl beeinflussen. Was beim Linearregler nicht der Fall> ist
Bau' dir deinen Linearregler doch selber :D
In Bezug auf die Verlustleistung hast du natürlich Recht.
Die zweite Topologie, die mir eingefallen ist, sieht so aus:
1
/
2
+-o/ o-------+
3
| S4 |
4
/ | / |
5
Vin+ o--o/ o-+-||-+-o/ o--+--o Vout+
6
S1 C1 | S2 |
7
o |
8
/S3 =C2
9
o |
10
| |
11
Vin- o-------------+--------+--o Vout-
Zyklus:
S1 und S2 schließen
S1 und S2 aufmachen
S3 und S4 schließen
S3 und S4 aufmachen
Auch hier sind es parasitäre/störende Eigenschaften der Bauteile,
die lustig Energie verheizen.
Aber Kopf hoch und nciht traurig sein, Energie geht schließlich nicht
verloren :P
mfg mf
PS: Meine Elektroheizung hat für sich gesehen 100% Wirkungsgrad!!
A. K. schrieb:> Ich will wissen, wie du sie aufbauen> willst.
Wie gesagt, das ist leider nicht mehr so einfach. Die einfachen
"Lehrbuchvarianten" verheizen ja auch zuviel Strom.
Aber es gibt da ja durchaus ausgeklügelte MOSFET-Varianten die ich mir
noch genauer anschaun muss.
Thomas schrieb:> Du bist also der Meinung es gibt keine effizienten Stromsenken?
Wenn eine Stromsenke etwas ist, in das P=U*I reinfliessen und rein
garnichts dabei rauskommt, dann handelt es sich um ein göttliches
Wunder. Andernfalls kommt eben doch was dabei raus. Energieumwandlung.
Kann chemische Energie sein (Akku), Wärme (die üblichen R/T
Schaltungen), Magnetfeld (Spule), ...
Der Diskussion kann ich nur zum Teil folgen. Dabei ist die Sache doch so
einfach. Man hat einen Transistor, auf der einen Seite die
Versorgungsspannung Ub, auf der anderen die Spannung über dem
Kondensatur Uc mit Uc < Ub. Durch den Transistor fließt der Strom I und
damit wird die Leistung I (Ub - Uc) in Wärme umgewandelt. Wenn man den
Transistor taktet, ändert sich daran (im zeitlichen Mittel) nichts.
Detlev T. schrieb:> Wenn man den> Transistor taktet,
Dazwischen seine Energie in einen Energiespeicher steckt, wieder
herausholt und dabei parasitär die Umwelt heizt
Detlev T. schrieb:> ändert sich daran (im zeitlichen Mittel) nichts.
@Detlev: Ich weiss, es ist so simpel. Aber eben nicht für jene, die an
diese seltsamen Wesen von spulenlosen Schaltreglern glauben. Der eine
hat Gespür für Physik, der andere hat's mehr mit der Magie.
@ Joachim: Um mal auf deine Schaltung einzugehen: Wo liegt da der
Vorteil zur Schaltung mit einem Kondensator und einem Schalter? Die
Schaltung lebt ja auch von (parasitären) Widerständen.
Nichtsdestotrotz mein ich, dass bei geeigneter Wahl der Bauteile und der
Spannungsverhältnissen auch bei der Vorwiderstandsvariante eine
ordentliche Effizienz rauskommenm kann. Klar ohne Rechnung und konkrete
Zahlen ist das nichts wert. Mach ich dann morgen mal.
Eigentlich interessieren tut mich ja immer noch die Variante mit der
Stromsenke...
A. K. schrieb:> Der eine hat> Gespür für Physik, der andere hat's mehr mit der Magie.
Kennst du dich mit EMV, HF und insbesondere Antennendesign gut aus?
Ich (noch) nicht so...
Dann hast du beides miteinander verbunden. An der Uni sagen mir die
Maschinenbauer auch immer, für sie sei E-Technik Schwarze Magie.
Oder besteht der unterschied zwischen Magie und Schwarzer Magie darin,
dass das letztere ergründbar und nutzbar ist?
minifloat, der sich jetzt eine Hopfenkaltschale gönnt, um darüber zu
Philosophieren :D
A. K. schrieb:> Ich weiss, es ist so simpel. Aber eben nicht für jene, die an> diese seltsamen Wesen von spulenlosen Schaltreglern glauben. Der eine> hat Gespür für Physik, der andere hat's mehr mit der Magie.
Hab ich dir irgendwie wehgetan?
Wenn du nicht helfen willst, lass es einfach, Erspart uns beiden Stress.
Thomas schrieb:> @ Joachim: Um mal auf deine Schaltung einzugehen: Wo liegt da der> Vorteil zur Schaltung mit einem Kondensator und einem Schalter? Die> Schaltung lebt ja auch von (parasitären) Widerständen.
Das hast du goldrichtig erkannt.
Bei der zweiten Schaltung hat man evtl. Vorteile bei extremen
Spannungsunterschieden zw. Ein-und Ausgang, hab ich mir gedacht.
Also Vin > 2 * Vout.
Heizen tun sie beide.
Guten Abend && bis morgen
Joachim K. schrieb:> Kennst du dich mit EMV, HF und insbesondere Antennendesign gut aus?
Nö, muss ich als Nicht-E-Techniker auch nicht ;-).
> Dann hast du beides miteinander verbunden. An der Uni sagen mir die> Maschinenbauer auch immer, für sie sei E-Technik Schwarze Magie.
Bzgl wirklich hoher Frequenzen habe das auch schon E-Techniker sagen
hören. Zumal das, was dabei rauskommt, manchmal so garnicht elektronisch
aussieht, eher wie eine Wurstmaschine.
Thomas schrieb:> Wenn du nicht helfen willst, lass es einfach, Erspart uns beiden Stress.
Also gut, ich werd versuchen es zu lassen. Ist zwar nicht so, dass ich
nicht oben gelegentlich versucht hätte zu helfen, aber von nun an gibt's
hier von meiner Seite aus eben nur noch Stress ,-).
A. K. schrieb:> eher wie eine Wurstmaschine
Hab gerade Tränen gelacht...Wie recht du hast.
Und im Elektronik-Praktikum wundern sich die Kommilitonen,
warum ein 1µF-Elko bei <1MHz nichts mehr bringt.
Jetz bin ich aber wirklich raus für heut
Das manche Menschen wirklich davon überzeugt sind, mit oberflächlichen
Bemerkungen und Beleidigungen irgendjemanden zu helfen....
Nun gut da es mich nicht loslässt, hab ich jetzt wirklich einfach mal
ein paar Zahlen aufgeschrieben.
geg: C = 1mF, R = 0.1Ohm.
Ue = 10V Ua = 1V; Ia = 1A -> Ie = 0.1A
Die Leistung die am Vorwiderstand verbraten wird ist. beträgt also 1W
Die Leistung die am Ausgang benötigt wird ebenfalls 1Watt
Es werden also 50% verheizt. Ein Linearregler hätte 90% geschluckt.
Morgen im zweiten Teil beschäftige ich mich dann mir der Frage welche
Schaltfrequenzen für die angegebene Werte bei 1% Ripple notwendig sind.
Ich würde jetzt mal auf unter 1Mhz tippen, aber schau ma mal...
50% Effizienz is jetzt sicher nicht berauschend aber deutlich besser als
ein Linearregler. Und man darf nicht vergessen, dass duch vergrößern des
Caps und verkleinern des Vorwiderstandes, das ganze noch verbessert
werden kann.
So nun aber Gute nacht
>Ia = 1A -> Ie = 0.1A
Wie kommst du darauf? Da setzt du mal eben 100% Wirkungsgrad ein, um die
es eigentlich geht! P_in * Eta = P_out! Und warum benutzt du die Suche
nicht, du hast jetzt so oft den Hinweis bekommen! Diese Idee mit dem
Kondensator, der umgeklemmt wird, kleines Delta(U) usw. hat jeder mal.
Du verschwendest deine Zeit und noch wichtiger die von anderen!
Aja manchmal hatt man echt ein Brett vor den Kopf. Das war echt dumm,
also nicht nur die Sache mit der angenommenen 100% Effizienz...
Gut jetzt hab ichs kapiert. Wenn ich die Spannung am Kondensator auf 1V
halte, muss der Rest ja auch irgendwo abfallen ^^
Wenn das kein Speicherelement ist, wird es zwangsweise verheizt. Also
Stromquelle statt Widerstand ist genauso unsinnig.
Der Hinweis ist tatsächlich öfters gekommen. Aber eine Antwort ist halt
noch keine Erklärung. Und wenn man sich dann auch noch im Ton vergreift,
hilft das dem Verständnis leider nicht weiter ;)
Dann versuch ich mal die Erklärung.
Erstmal die Speicherdrossel. Grundlage:
"Ich lege an eine Spule eine Spannung an und der Strom wird bei
Null beginnend langsam ansteigen"
Das kann man prima mit einem (niederohmigen) MOSFET machen;
bei diesem Vorgang ist prinzipiell kein Verlust auszumachen.
Jetzt der Kondensator. Grundlage:
"Ich lege an den Kondensator eine Stromquelle an und die
Spannung wird bei Null beginnend langsam ansteigen"
Hmmmm, eine Stromquelle haben wir aber nicht. Was wird also
gemacht? Richtig, der MOSFET legt eine Spannung an.
Wenn das z.B. 12V ist und unser guter Low-ESR Kondensator
hat 0,1 Ohm, fliessen im ersten Moment 120A - ups..........
Und hier liegt der Verlust-Hund begraben, die Verluste verteilen
sich im Kondensator(ESR), MOSFET(Rdson), Leiterbahn, Vorwiderstand
usw.
Und die Spule? Die stellt ausgangsseitig eine Stromquelle dar
und lädt damit den Ausgangs-C auf, ohne prinzipielle Verluste.
BMK schrieb:> Und die Spule? Die stellt ausgangsseitig eine Stromquelle dar> und lädt damit den Ausgangs-C auf, ohne prinzipielle Verluste.
Das verwirrt wahrscheinlich wieder. Der entscheidende Punkt ist, dass
eine Spule die elektrische Energie nicht wie ein ohmscher Widerstand
(dazu zählt auch der Kanal eines MOSFETs!) in Wärme umwandelt, sondern
im Magnetfeld speichert. Die elektrische Energie ist also nicht "weg".
Detlev T. schrieb:> Die elektrische Energie ist also nicht "weg".
Wenn du einen Konensator mit einer idealen Stromquelle lädst, ist die
Energie auch nicht weg, aber weil wir inzwischen wissen, dass es eine
ideale Stromquelle nicht gibt, lassen wir das lieber :D
Hallo Jo,
offenbar verstehst du unter einer "idealen Stromquelle" etwas anderes
als ich. Nach meinem Verständnis ist das nur ein Bauteil, bei dem der
Strom nicht von der Spannung abhängt, also dI/dU = 0 gilt bzw. der
differentielle Innenwiderstand quasi unendlich ist. Dass dies erreicht
wird ohne die Entropie zu erhöhen (also z.B. elektrische Energie in
Wärme umzuwandeln) ist nicht Teil der Definition.
Ein Kondensator ist dann natürlich wieder ein Bauteil, das elektrische
Energie wie eine Spule speichern kann. In diesem Fall in dem
elektrischen Feld.
Gruß, DetlevT
