Hallo,
ich hab eine PWM, die über einen Treiber einen P-Kanal MOSFET treibt.
Die Schaltung entspricht quasi dem eines Buck-Converters, d.h. nach dem
MOSFET kommt die Schottky-Diode, eine Spule und ein Kondensator.
Die PWM krieg ich ungefähr mit 100kHz (Treiber und MOSFET machen das
auch noch mit) hin bei 8Bit Auflösung. Soweit ich weiß, werden Spule und
Kondensator kleiner mit steigender Frequenz, richtig?
Der Ausgangsstrom beträgt <500mA.
Meine Frage lautet nun, wie ich Spule und Kondensator dimensionieren
müsste, damit es einigermaßen passend ist.
Es gab da mal eine Webseite, die sich mit Schaltnetzteildimensionierung
beschäftigt hat, die scheints aber nicht mehr zu geben.
Aus'm Bauch heraus hätte ich was von 47uH-100uH und 220uF-470uF gesagt.
Aber ist halt nur so eine Schätzung ... Die Bauteile sollten so klein
wie möglich werden.
Danke schonmal im Voraus für hilfreiche Tipps!
Grüße
Gast
Die Spule hängt vom Verhältnis Eingangsspannung zu Ausgangsspannung ab,
in ihr steigt der Strom wenn sie per MOSFET eingeschaltet wird,
das darf nicht so schnell erfolgen, dass sie in der kurzen Einschaltzeit
Sättigung geht.
Schaltet der MOSFET aus, fällt der Strom in der Spule wieder, abhängig
von der Ausgangsspannung.
Der Elko am Ausgang wird aufgeladen und entladen, dieser Ripple sollte
nicht grösser sein, als du akzeptieren kannst. Ansonsten gilt noch, dass
der Elko dem Strom standhalten muss.
Interessanter ist die Frage der Regelung, wenn du Pech hast, steigt der
Spulenstriom immer weiter, weil er in einem Zyklus nicht abklingen kann,
und dein MOSFET explodiert. Die Regelung muss das also verhindern
können, und nicht nur die Ausgangsspannung konstant halten.
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html
Hallo MaWin,
ich wollte an dieser Stelle garnicht regel, da die Last konstant ist
(12V Lüfter). Das Ganze wird auch nur nach Gefühl eingestellt und bleibt
dann einfach so. Genau muss es daher garnicht sein und ein größerer
Ripple dürfte auch nicht stören.
Oder soll ich das mit der Buck-Converter-Topologie lassen und am Ausgang
nur einen Glüttungskondensator verwenden?
Grüße
Gast
> Oder soll ich das mit der Buck-Converter-Topologie lassen> und am Ausgang nur einen Glüttungskondensator verwenden?
Du meinst keine Spule? Nein, keinesfalls.
> ich wollte an dieser Stelle garnicht regel, da die Last konstant ist> (12V Lüfter).
Trotzdem fliesst zu Beginn, wenn der Elko erst im Laufe von mehreren
Impulsen aufgelasen wird, mehr Spulenstrom. Du musst also diese Spule so
auslegen, dass sie diesen Strom ohne Sättigung aushält. Miss es mal per
Oszilloskop.
Ein Schaltregler, der bei Überstrom abschaltet, erlaubt also eine
kleinere (Strom) Spule.
>> ich wollte an dieser Stelle garnicht regel, da die Last konstant ist>> (12V Lüfter).> Trotzdem fliesst zu Beginn, wenn der Elko erst im Laufe von mehreren> Impulsen aufgelasen wird, mehr Spulenstrom. Du musst also diese Spule so> auslegen, dass sie diesen Strom ohne Sättigung aushält. Miss es mal per> Oszilloskop.
Würde da ein Softstart in Software was bringen?
Das Ding gibts physikalisch noch nicht. Ich halte es immer sinnvoll sich
vorher Gedanken zu machen, bevor man etwas baut :)
Grüße
Gast
> Würde da ein Softstart in Software was bringen?
Ja.
Die Software könnte aus der Ausgangsspannung berechnen, wie der
theoretische Stromverlauf in der Spule sein müsste, und die Pulsbreite
darauf anpassen, dass bei grösserer Spannungsdifferenz (zwischen Eingang
und Ausgang) die Pulsbreote angepasst wird.
>> Würde da ein Softstart in Software was bringen?> Die Software könnte aus der Ausgangsspannung berechnen, wie der> theoretische Stromverlauf in der Spule sein müsste, und die Pulsbreite> darauf anpassen, dass bei grösserer Spannungsdifferenz (zwischen Eingang> und Ausgang) die Pulsbreote angepasst wird.
Ich hab mal ein Bild des aktuellen Schaltungsteils angehängt ...
Ich hab noch einen Serienwiderstand eingebaut. Bei zu großem
Spannungsabfall über diesen soll der Controller ein Signal kriegen, dass
er den MOSFET deaktivieren soll.
Zusätzlich wird das Ding dann auch einigermaßen kurzschlussfest.
Was hältst du von dieser Lösung?
> Und durch die 1000 Bauteile hast du jetzt einen Schaltregler-IC> eingespart?> Toll.
Ja, ich find das ebenso toll wie du. Kennst du zufällig einen mit
PWM-Ansteuerbaren Schaltregler in SO8, der günstiger ist als meine 1000
Bauteile? :)
Grüße
Gast
Ich such da freilich noch den Regler - und vor allem den Sinn von
Q6,7,8. Wie im Bild verschaltet ist das eine recht luxuriöse Variante
von "Gate auf Masse".
Guest schrieb:
> Ja, ich find das ebenso toll wie du. Kennst du zufällig einen mit> PWM-Ansteuerbaren Schaltregler in SO8, der günstiger ist als meine 1000> Bauteile? :)
Ein LM2574 (LM2594, ...) lässt sich auch über PWM kontrollieren. In
gewissen Grenzen. Siehe
Beitrag "Re: Netzteil: elektronische Regelung mit dem LM2575"
und warum eigentlich den MOSFET-Treiber Q6/Q7 mit Vorwiderstand zum Gate
Q5? Dann macht die Treiberstufe irgendwie keinen Sinn mehr...
@ A. K. (prx)
Q6 und Q7 bilden eine MOSFET-Treiberstufe, die über eine
OpenCollector-Schaltung aus Q8 angesteuert wird. Macht schon Sinn, wenn
man auf Ziehwiderstände verzichten will.
@A.K.:
> Ich such da freilich noch den Regler - und vor allem den Sinn von> Q6,7,8. Wie im Bild verschaltet ist das eine recht luxuriöse Variante> von "Gate auf Masse".
Ist nur ein Schaltungsteil. An der Basis von Q8 wird ein PWM-Signal von
einem µC angeschlossen.
Die LM2574-Schaltung hab ich irgendwann schonmal gesehen. Evtl könnte
man den MC34063 für sowas missbrauchen und den PWM-Integrator-Teil
anflantschen.
Ich bin aber auch recht unglücklich mit der Menge an Bauteile, die ich
bisher gebraucht hab, weil ich eigentlich auch garnicht den Platz dafür
hab. Aber einen P-Kanal-MOSFET mit 3,3V ansteuern ist irgendwie doch
nicht so einfach.
Seufz ;)
Guest schrieb:
> Ich bin aber auch recht unglücklich mit der Menge an Bauteile, die ich> bisher gebraucht hab, weil ich eigentlich auch garnicht den Platz dafür> hab. Aber einen P-Kanal-MOSFET mit 3,3V ansteuern ist irgendwie doch> nicht so einfach.>> Seufz ;)
kommt drauf an... Wenn du mit Z-State ansteuern kannst, ist es kein
Problem, Stichwort OpenSource/OpenEmitter.
@Frank Bär:
>> Seufz ;)> kommt drauf an... Wenn du mit Z-State ansteuern kannst, ist es kein> Problem, Stichwort OpenSource/OpenEmitter.
Naja ... Es war eine PWM-Frequenz von 100kHz vorgesehen. Ohne richtigen
Treiber wären wohl die Schaltverluste zu hoch und im schlimmsten Fall
würde mir mein MOSFET thermisch abrauchen.
Aber einen integrierten SOT23 MOSFET-Treiber könnte man sicher
verwenden.
Da sollte ich mal nach sowas schauen :)
Dann wäre vielleicht doch ein Integrator die bessere Methode... Wenn du
das mit OPV anstellst, dann kriegst du gute Ergebnisse und kannst einen
herkömmlichen Schaltregler benutzen...
> Kennst du zufällig einen mit PWM-Ansteuerbaren Schaltregler in SO8
Ein Schaltregler macht doch selber die PWM.
Es gibt dutzende Schaltregler für 12V/0.5A, z.B. MC34063.
Irgendwie klingt das aber mal wieder nach einem Lüfter, den du irgendwie
temperaturabhängig steuern willst.
Als ob so was nicht schon früher mal erfunden wäre.
Du hast einen 12V Lüfter und 3.3V uC?
Warum soll der uC die Temperatur messen (wenn er abstürzt brennt die
Schaltung durch?) warum nicht autark per NTC am MC34063?
Warum soll der uC per PWM die Spannung vorgeben? Warum nicht einfach ein
digitales per I2C oder up/dn steuerbares Poti an den analogen
Schaltregler?
Egal, die Chinesen würden einen simplen NPN-Transistor (BC368 oder so)
nehmen, und schon die Spule als Luxus ansehen.
+-Motor-+- +12V
Spule |
+--|>|--+
uC --100R--|<
|E
GND
MaWin schrieb:
>> Kennst du zufällig einen mit PWM-Ansteuerbaren Schaltregler in SO8>> Ein Schaltregler macht doch selber die PWM.
Es geht dabei wohl eher um die Möglichkeit, den Sollwert des
Schaltreglers beeinflussen zu können. Dass kann man bei vielen Reglern,
ob getaktet oder linear, indem man mit einer Spannung und einem
Widerstand den Feedback-Anschluss beeinflusst. Und die Spannung kann man
sich beispielsweise per PWM erzeugen. Sind also zwei verschiedene PWMs
im Spiel.
> Warum soll der uC die Temperatur messen (wenn er abstürzt brennt die> Schaltung durch?) warum nicht autark per NTC am MC34063?
In meinem Fall ging es um die Temperaturdifferenz zweier Messpunkte, die
viele Meter auseinander liegen, um eher kräftige Lüfter bei denen linear
ungekühlt schlecht geht und die bei getakteter Versorgung bei egal
welcher Frequenz zu deutlich hörbar sind. Analog ginge die Steuerung
eines Schaltreglers zwar auch, aber digital ist das ad hoc leichter
variierbar und ein Tiny44 keine Hexenkunst.
Die Schaltung ist doch schon mal gar nicht so schlecht!
die NPN/PNP Kombination ist so verbreitet, dass es sie sogar in einem
Gehäuse gibt:
z.B. ZXGD3002 von Diodes, extra für diesen Zweck.
R5 würde ich weglassen.
mit R6 kann man spielen, Tradeof Schaltverluste<->EMV
für den ersten Transistor aus deiner Gateansteuerung würde ich dir einen
kleinen n-Mosfet empfehlen, der NPN würde hier in die Sättigung gehen
und damit zu langsam werden. Alternativ eine Emitter-Gegenkopplung, so
dass der Transistor als Strom-senke, ungesättigt betrieben wird. Dadurch
könntest du auch eine Gatespannungsbegrenzung durch eine entsprechende
Dimensionierung von R7 erreichen.
Was macht R8? Wenn das eine Totmannschaltung für den µC sein soll, die
ist a) genau falschrum, b)überlastet mit den 12V den µC
Die Schaltung braucht noch dringend einen Eingangskondensator.
100µ ist ein guter Wert bei 500mA Ausgangsstrom mach einen Ripple von ca
+100mA. Wie groß der Ausgangskondensator sein muss, weißt nur du allein,
den Spannungsripple kannst du ja ausrechnen..., die Spule sollte dann
logischerweise mehr abkönnen.
Softstart ist ein gute Idee
Billiger als ein ein extra IC wird das allemal, denn um Diode, Spule und
Kondensatoren kommst du nicht herum, und ein smd Widerstand kostet 0,x
ct. Bei R11 solltest du aufpassen: Verlustleistung! 1206 könnte reichen.
Andreas R. schrieb:
> R5 würde ich weglassen.> mit R6 kann man spielen, Tradeof Schaltverluste<->EMV
Wozu soll der R6 dienen? Wenn man ein langsameres Schaltverhalten haben
will, dann kann man auch auf den MOSFET-Treiber verzichten und gleich
mit Ziehwiderständen arbeiten. Der einzige Zweck des MOSFET-Treibers ist
eine gleichmäßige Umladung des Gates, warum da jetzt noch eine
Strombegrenzung (zumal in dieser Größenordnung) reinsoll, ist mir
schleierhaft. Das Delay einer Umladung mit 110mA gegenüber einer
Umladung über den Leitungswiderstand ist marginal.
Selbst bei einer Gatekapazität von einigen nF hätte man dadurch nur ein
paar 100ns Delay erreicht, also für den Anwendungsfall wohl kaum
relevant.
> Wozu soll der R6 dienen? Wenn man ein langsameres Schaltverhalten haben> will, dann kann man auch auf den MOSFET-Treiber verzichten und gleich> mit Ziehwiderständen arbeiten. Der einzige Zweck des MOSFET-Treibers ist> eine gleichmäßige Umladung des Gates, warum da jetzt noch eine> Strombegrenzung (zumal in dieser Größenordnung) reinsoll, ist mir> schleierhaft.
Weil man dann sonst Spitzenströme zur Umladung im Ampere-Bereich bekommt
und man sowas nicht haben möchte.
@MaWin:
> Warum soll der uC per PWM die Spannung vorgeben? Warum nicht einfach ein> digitales per I2C oder up/dn steuerbares Poti an den analogen> Schaltregler?
Ein digitales Potentiometer ist zu teuer ... Die Kosten akkumulieren
sich und wird allgemein viel zu teuer für den Anwendungszweck und
Zielgruppe, auf die die Schaltung abzielt.
> Egal, die Chinesen würden einen simplen NPN-Transistor (BC368 oder so)> nehmen, und schon die Spule als Luxus ansehen.>> +-Motor-+- +12V> Spule |> +--|>|--+> uC --100R--|<> |E> GND
Das schau ich mir gleich mal an, was die Schaltung macht. Vlt ist es ja
genau das, wonach ich ewig immer gesucht hab!
>> Egal, die Chinesen würden einen simplen NPN-Transistor (BC368 oder so)>> nehmen, und schon die Spule als Luxus ansehen.>>>> +-Motor-+- +12V>> Spule |>> +--|>|--+>> uC --100R--|<>> |E>> GND> Das schau ich mir gleich mal an, was die Schaltung macht. Vlt ist es ja> genau das, wonach ich ewig immer gesucht hab!
Ist erstaunlich, wieso man den Buck-Converter so irgendwie nie sieht ...
Der Unterschied scheint einfach nur der zu sein, dass nicht die +12V,
sondern die GND geschaltet werden.
Das macht's ja viel viel einfacher ... Danke für den Tipp!
Wieso sieht man die Schaltung nie irgendwo?
Des Rätsels Lösung ... Anbei ein Bild mit einem MC43063, bei dem man die
Spannung direkt über eine externe Referenzspannung einstellen kann. Die
VRef kann später per PWM und Tiefpass dann erzeugt werden.
Was haltet ihr von dieser Lösung?
Grüße
Gast
Vorteil: Die Ausgangsspannung ist direkt die Referenzspannung, plus Ube.
Nachteil: Bei Ausgangsspannung über 5,6V benötigt man eine entsprechend
grosse Referenzspannung.
In der Variante mit Einkopplung der Referenzspannung über einen
Widerstand in den üblichen Spannungsteiler an Cinv (siehe Link oben)
kann man direkt mit einer Referenzspannung von 0-5V oder 0-3,3V
arbeiten. Das ist zudem präziser, da das ungenaue Ube entfällt. Dafür
ist der Zusammenhang zwischen PWM und Ausgangsspannung rechnerisch etwas
umständlicher.
Bei V(vo) << Vref - 5V bricht die BE-Strecke von Q1 durch. Geht zwar
dabei nicht kaputt, aber ich las mal, dass der Transistor auf Dauer doch
Schaden nimmt. Diode sinnvoll.
Apropos: Wenn man sowieso schon die Erkenntnis nutzt, dass der MC34063A
letztlich nur 2 Zustände kennt, dann kann man Cinv auch direkt durch den
Controller ansteuern und diesen per ADC messen lassen (ADC auf
Dauerfeuer und im Interrupt den Pin steuern). Bei besseren Switchern
geht das nicht, aber beim diesem sollte das funktionieren.
Noch eine Variante: Man nimmt den ebenfalls recht günstigen grossen
Bruder des MC34063A, den LM78S40, und ersetzt die interne 1,25V-Referenz
durch die via PWM erzeugte Referenz, denn bei dem sind beide Seiten des
Komparators verfügbar. Wenn es auf die letzten Prozente Wirkungsgrad
nicht ankommt, dann kann man zudem dessen interne Si-Diode an Stelle
einer externen Shottky-Diode verwenden.
> Apropos: Wenn man sowieso schon die Erkenntnis nutzt, dass der MC34063A> letztlich nur 2 Zustände kennt, dann kann man Cinv auch direkt durch den> Controller ansteuern und diesen per ADC messen lassen (ADC auf> Dauerfeuer und im Interrupt den Pin steuern). Bei besseren Switchern> geht das nicht, aber beim diesem sollte das funktionieren.
Hab ich dann nicht das Problem, dass das Ding so halb zum Schwingen
anfängt, weil eine zusätzliche Phasenverschiebung des Steuersignals dazu
kommt, weil der ADC so langsam ist?
Oder ist das nicht so wild, weil die Frequenz des MC34063 eher langsam
ist verglichen mit 1MSPS @ 8Bit, was z.B. ein SAM7 kann?
Ansonsten wäre evtl auch in Betracht zu ziehen einen OP als Komparator
zu werwenden ... Der könnte dann auch verstärken und im SOT23-5 ist er
auch schon klein. So wie z.B. LM324 ...
Aber ich glaub ich werde den MC34063 verwenden und da was außen rum
bauen. Ideen gibt es jetzt ja genug :)
Grüße
Gast
Nochwas ... ich probier die ADC misst Ausgangsspannung variante. Die ist
mir am sympathischsten, weil ich keinen OP und kein Tiefpass und nicht
mal PWM brauche. ADC ist ja im µC eingebaut.
Ist schön billig, hat ganz wenig Bauteile und der Ripple, der zusätzlich
noch draufkommt stört nicht.
Danke für die ganzen Tipps!
Finde ich immer toll, auf welche eleganten Lösungen man kommt, wenn man
mit anderen Leuten über das Problem spricht :)
Guest schrieb:
> Oder ist das nicht so wild, weil die Frequenz des MC34063 eher langsam> ist verglichen mit 1MSPS @ 8Bit, was z.B. ein SAM7 kann?
Der MC neigt je nach Spannungsverhältnis, Last und Auslegung sowieso zu
seltsamen Regelzyklen, die über etliche seiner Taktzyklen laufen, da
seine Regelung das On/Off-Verhältnis nicht wie bei anderen Schaltreglern
sukzessive dem Bedarf anpasst, somit kein stabiler Betriebszustand in
kontinuierlichem Modus entstehen kann.
Die Bildchen in Datasheet und Application Note suggerieren da blühende
Landschaften, die in der Realität so nicht unbedingt zu finden sind.
Auch rechnet die Auslegungsvorschrift wunderschön mit
on/off-Verhältnissen, die in der berechneten Form so garnicht wirklich
auftreten können, weil der halt nicht so arbeitet. In der Realität
findet man die dann nur als längerfristigen Mittelwert.
Guest schrieb:
> Nochwas ... ich probier die ADC misst Ausgangsspannung variante.
Aber achte auf die üblichen Sicherheitsmassnahmen. Also Pullup dran,
damit der Mikro im Reset nicht den MC ans Limit hochfährt, und Watchdog
auf Minimum.
> on/off-Verhältnissen, die in der berechneten Form so garnicht wirklich
auftreten können
Du musst ihn so auslegen, dass die Überstromabschaltung per Rsc bei
jeden Ton Impuls greift, und in der Toff Zeit die Spule komplett
entladen werden kann (diskontinuierlicher Betrieb), dann knappt das
auch.
Für continous Betrieb (Spulenstrom fällt nie auf 0) ist er nicht
ausgelegt.
MaWin schrieb:
> Du musst ihn so auslegen, dass die Überstromabschaltung per Rsc bei> jeden Ton Impuls greift, und in der Toff Zeit die Spule komplett> entladen werden kann (diskontinuierlicher Betrieb), dann knappt das> auch.
Sicher, das ergibt sich eigentlich aus der Arbeitsweise. Aber die
üblichen Rechenvorschriften sind damit nicht wirklich in Deckung.
Immerhin wird dort regelmässig der berechnete Wert für die Induktivität
als Mindestwert angegeben, suggerierend dass die Spule grösser
dimensioniert werden sollte. Aber sobald man das nennenswert tut landet
man m.E. in einem teilweise kontinuierlichen Betrieb.
Neues von der Schaltreglerfront ...
Muss ich denn wirklich den "Combined Step-UP/Step-Down Converter" aus
Application Note AN920 [1] aufbauen, damit ich +12V am Ausgang bekomme,
bei einer Eingangsspannung von +12V?
Ich hab die Transistoren durch MOSFETs ersetzt und das Simuliert und es
scheint auch zu funktionieren ...
Ich frag mich aber, wieso es einfach keine einfache Möglichkeit gibt ...
Muss ich erst ein Schaltregler-IC selbst entwickeln, damit ich das
krieg, was ich möchte? ;-)
Grüße
Gast
[1]: http://www.intusoft.com/onsemipdfs/AN920-D.pdf
Nein, du musst dir nur klar werden, was du eiegntlich wolltest.
So wie du hier erzählt hast, einen Motor mit 6V aus einer
Spannungsquelle von 12V versorgen.
Vermutlich wolltest du jedoch dem Motor 0-12V bieten.
Ein MC34063/uA78S40 braucht als Step-Down aber etwas Spannung für sich
selbst, so 2.5V, also kämst du nur bis 9.5V.
Wenn dir das nicht reicht, gäbe es natürlich andere Schaltungen, die bis
knapp an die 12V herankommen. Knapp, weil zumindest ein Schaltelement
dazwischensitzt. Ich denke, mit dem 'fast' kannst du und dein Motor
leben.
Die von mir gezeichnete simple Schaltung täte es schon, nur regelt die
nicht selbsttätig. Du suchst einen digital einstellbaren Rgler der die
Spule vor Überstrom schpützt. Leider bist du nicht mal bereit in ein
digitales Poti zu investieren. Daher fällt mir nichts ein, die üblichen
digital regelbaren Schaltregle für LCD Spannungen bringen nicht die
Leistung.
Und wenn du wirlich 12V aus 12V haben willst, musst du auch keine ICs
erfinden: PT5071.
