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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Getaktete Stromquelle - wie mit µC Sollwert vorgeben?


Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Guten Abend,

für den Betrieb einer Beleuchtung mit einigen Luxeon-LEDs benötige ich 
eine Konstantstromquelle. Zwecks Verlustleistung kommt eine getaktete 
Stromquelle zum Einsatz. Vorzugsweise mit einem MC34063 oder LM2576. Den 
Strom würde ich gerne mit einem µC steuern, der KSQ also einen Sollwert 
vorgeben. Es gibt zwar einige Threads zu diesem Thema hier, allerdings 
ist nirgends was Passendes dabei. Hat jemand ne Idee? Ein Ansatz von mir 
wäre gewesen, dass Rückführsignal vom Shunt mit einem vom µC generierten 
Analogsignal zu multiplizieren und dann erst auf den Schaltregler zu 
geben. Eine Multiplikation ist in analog leider nicht so einfach...

Hat jemand eine zündende Idee?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Zwischen Strommessshunt und Schaltregler einen OP der die Differenz aus 
Sollwert und Istwert verstärkt und an den Schaltregler weitergibt. So 
kann man einen Sollwert vorgeben.
Die einfachsten Möglichkeit besteht darin, in den Feedbackpin einen 
Strom einzuspeisen. So kann man die Stromquelle auch beeinflussen.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Danke,
das mit dem Subtrahierverstärker werde ich mir mal durchrechnen.

Was meinst du mit Strom in den Feedbackpin einspeisen? Ist der Pin an 
sich nicht hochohmig?

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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so in etwa..:

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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R30 und 31 würden bei Dir je nach Zweck entfallen können. Die dienen nur 
zur Spannungsmessung für den A/D.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Danke,
aber da hätte ich noch ne Frage:
Wird der Instrumentenverstärker überhaupt benötigt? In diesem Fall hat 
der Shunt doch Massebezug.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Igor Metwet wrote:
> Was meinst du mit Strom in den Feedbackpin einspeisen? Ist der Pin an
> sich nicht hochohmig?

Zwischen Feedback Pin und Shuntwiderstand kommt ein Widerstand mit ein 
paar kOhm. An den Feedback Pin kommt ein zweiter Widerstand, an den dann 
eine Spannung angelegt wird. Liegt hier keine Spannung an, dann ist der 
Strom maximal. Legt man hier eine Spannung an, reduziert sich der Strom 
bis irgendwann ist die Spannung so hoch, dass das IC komplett 
abschaltet.
Das ganze ist zwar nicht alzu genau, aber sollte für eine LED reichen.

> Wird der Instrumentenverstärker überhaupt benötigt? In diesem Fall hat
> der Shunt doch Massebezug.

Es sollte ein normaler OP reichen. Der Instrumentenverstärker hat 
vermutlich weniger Offset usw. aber das sollte bei einer LED nicht so 
kritisch sein. Ebenso kann D11 entfallen.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Danke an euch beide.
Ihr habt mir echt weiter geholfen!

Autor: Erwin Endres (erwinendres)
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Ohne negative Versorgungsspannung wird die Variante mit dem INA118 nicht 
funktionieren, weil:

[Zitat Datenblatt]
With single supply operation, VIN+ and VIN- must both be 0.98V above 
ground for linear operation. You cannot, for instance, connect the 
inverting input to ground and measure a voltage connected to the 
non-inverting input.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Bei dem Preis vom INA118 würde ich die sowieso eine Variante mit einem 
einfachen OP vorziehen, bzw. diskret aufbauen. Meine Anforderungen an 
Genauigkeit sind in diesem Fall relativ niedrig.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Bin gerade noch auf ein kleines Problem gestoßen:

Der Strom wird durch die Taktung ja Dreiecksförmig. Das heißt, dass die 
Spannung über dem Shunt dieselbe Form hat. Der OP, der Sollwert mit 
Istwert vergleicht verstärkt die Differenz ja mit einer riesigen 
Verstärkung und zwar schneller als der Schaltregler dies ausregeln kann. 
Die Ausgangsspannung vom OP wird also riesige Ausschläge haben. Ist das 
für den Schaltregler in Ordnung oder sollte ich den Abgriff am Shunt 
durch ein RC-Glied glätten?

Autor: Matt (Gast)
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Es sollte eigentlich auch ohne zusätzlichen OP zu bewältigen sein.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Igor Metwet wrote:
> Die Ausgangsspannung vom OP wird also riesige Ausschläge haben.

Ja. Von daher sollte die Verstärkung nicht allzu hoch sein, damit alles 
noch im linearen Bereich bleibt.
RC Glied ist nicht gut, denn das bedeutet eine Phasenverschiebung und 
das kann unter Umständen instabil werden und schwingen.

Oder du nimmst eben doch die einfache Schaltung mit den beiden 
Widerständen, für die Matte eben einen Schaltplan gepostet hat.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Danke euch!

Ich werde es mal mit der Widerstandmethode versuchen. Mit OP wollte es 
bis jetzt nicht funktionieren...

Autor: Arno H. (arno_h)
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Wenn du unbedingt den MC34063 einsetzen willst, denk an den 
Spannungsabfall am Sensewiderstand von ca. 1,25V und dimensioniere ihn 
entsprechend belastbar.
Alternative zum 34063 ist der Nachfolger NCP bzw. NCV3065 mit nur noch 
235mV Feedbackspannung.

Arno

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Der Nachfolger xxx3065 ist leider nicht bei Reichelt erhältlich - möchte 
ungern noch woanders bestellen. Der Sensewiderstand wird weggelassen. 
Ist zwar nicht die feine Art, aber so habe ich einen besseren 
Wirkungsgrad. (Die Schaltung wird nichts Gewerbliches sondern ist nur 
für mich privat. Von dem her ist es nicht so schlimm, wenn der MC34063 
irgendwann drauf geht...)

Autor: Andreas K. (a-k)
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Vorsicht - ohne Sense-Widerstand fährt der MC34063 die Spule auch im 
Normalbetrieb gern in die Sättigung. Der ist keine Strombegrenzung für 
Kurzschluss sondern Teil seines Arbeitsprinzips.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Achso,
hmm - dann sollte man das in diesem Artikel vielleicht auch erwähnen:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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Erwin Endres wrote:
> Ohne negative Versorgungsspannung wird die Variante mit dem INA118 nicht
> funktionieren, weil:
>

Schau genau hin. Ref liegt auf Masse. Rechts neben dem OPV ist der C24
mit VCC und VSS.
Den Satz aus dem Dateblatt kenne aich auch.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Igor Metwet (bastel-wastel)

>hmm - dann sollte man das in diesem Artikel vielleicht auch erwähnen:
>http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle

???
Das ist dermassen elementar, das kann man eigentlich nicht übersehen.
Im ERSTEN Satz steht

"Der Ausgangsstrom beträgt 1,25V/Rx"

MfG
Falk

Autor: Andreas K. (a-k)
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Als Stromregler habe ich den nicht probiert, aber anbei ein Beispiel mit 
dem MC als Inverter, gezeigt ist die Spannung über dem Sense-Widerstand 
also der Spulenstrom in der "Ein"-Phase. Bei der betreffenden 
Dimensionierung benötigt der MC etliche Schaltzyklen bis der gewünschte 
Zustand erreicht ist. In den letzten 2-3 davon fährt er regelmässig an 
die vom Widerstand vorgegebenen Grenze.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas Kaiser wrote:
> Bei der betreffenden
> Dimensionierung benötigt der MC etliche Schaltzyklen bis der gewünschte
> Zustand erreicht ist. In den letzten 2-3 davon fährt er regelmässig an
> die vom Widerstand vorgegebenen Grenze.

Orginal MC34063 von Fairchild oder ON, oder so ein Teil aus China das 
außerhalb der Specs ist ? Die Chinateile fallen auch öfters durch ihr 
schlechtes Regelverhalten auf (wurde auch schon ein paarmal hier im 
Forum berichtet, auch ich habe damit schlechte Erfahrungen gemacht).

Autor: Andreas K. (a-k)
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Fairchild.

Das liegt m.E. am Prinzip. Jedenfalls so wie ich das bisher verstanden 
habe.

Wenn die durch Eingangsspannung und Induktivität vorgegebene Stromkurve 
des Spulenstroms nicht ausreicht um in einem einzigen Schaltzyklus die 
gewünschte Spannung am Ausgang zu erreichen, dann pumpt sich der 
Spulenstrom so lange Zyklus für Zyklus hoch bis es so weit ist. Und dann 
entläd sich die Spule vollständig und der Gesamtzyklus fängt wieder von 
vorne an.

Der MC34063 ist eben kein echter PWM-Regler. Ein solcher würde das 
Tastverhältnis dezent anpassen und nicht gleich alles wegschmeissen und 
von vorne neu anfangen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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Richtig, das ist ein dummer Zweitpunktregler mit konstanter 
Einschaltzeit und variabler Pulsfrequenz.

MFG
Falk

Autor: Andreas K. (a-k)
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Falk Brunner wrote:

> Richtig, das ist ein dummer Zweitpunktregler mit konstanter
> Einschaltzeit und variabler Pulsfrequenz.

Nicht ganz - wie man oben auch sieht. Der Einschaltzeitpunkt kann sich 
verspäten und der Abschaltzeitpunkt wird bei Erreichen des Maximalstroms 
vorgezogen.

Konstant ist da also garnichts. Nicht die Einschaltzeit, nicht die 
Ausschaltzeit und nicht die Frequenz. Und zusätzlich zur Schaltfrequenz 
kriegt man eine Regel- und damit auch Ripplefrequenz obendrauf, die ein 
Bruchteil der Schaltfrequenz darstellt.

Autor: Matt (Gast)
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>> [Sense-Widerstand]
>Das ist dermassen elementar, das kann man eigentlich nicht übersehen.
>Im ERSTEN Satz steht
>"Der Ausgangsstrom beträgt 1,25V/Rx"

Es ging um R_sx wie hier: http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/stepup.gif 
, nicht um den Shunt zur Strommessung. Und R_sx fehlt in den 
uc.net-Wiki-Schaltungen tatsächlich.

Grüße

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Matt wrote:
> Und R_sx fehlt in den uc.net-Wiki-Schaltungen tatsächlich.

Er ist ja auch überflüssig. Eine Strombegrenzung einer Stromquelle ist 
etwas sinnlos. Solange der Strom nicht den Grenzwert erreicht, hat der 
Widerstand ja auch keine Funktion, denn wie Falk schon richtig schrieb: 
Es ist ein Zweipunktregler mit vorzeitig Abbruch der Einschaltzeit, wenn 
der Strom zu hoch ist. Und mit entsprechender Dimensionierung der 
Frequenz und der Spule kann der Strom nicht zu hoch werden.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Matt (Gast)

>Es ging um R_sx wie hier: http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/stepup.gif
>, nicht um den Shunt zur Strommessung. Und R_sx fehlt in den
>uc.net-Wiki-Schaltungen tatsächlich.

Ich seh kein R-SX, nur R_SC. UNd das ist der Sense-Widerstand des 
Schalttransitors. Und ja, er fehlt in unserer Wiki und ist damit ein 
KAPITALER Fehler. Schnell korrigieren!

@ Benedikt K. (benedikt)

>> Und R_sx fehlt in den uc.net-Wiki-Schaltungen tatsächlich.

>Er ist ja auch überflüssig.

Irrtum!

>Eine Strombegrenzung einer Stromquelle ist
>etwas sinnlos.

Falsch, es geht umd den Pulstrom des Schalttransistors. Damit der nicht 
astronimische Höhen erreicht, wenn die Drossel sättigt oder der Ausgang 
kurzgeschlossen ist. Hat fast jeder Schaltregler.

> Solange der Strom nicht den Grenzwert erreicht, hat der
>Widerstand ja auch keine Funktion, denn wie Falk schon richtig schrieb:
>Es ist ein Zweipunktregler mit vorzeitig Abbruch der Einschaltzeit, wenn
>der Strom zu hoch ist.

EBEN! wenn der PULSStrom zu hoch ist. denn kann er aber nur mir R_SC 
messen!

> Und mit entsprechender Dimensionierung der
>Frequenz und der Spule kann der Strom nicht zu hoch werden.

Weil ja hier auch alle Profis sind und immer richtig dimensionieren . . 
. ;-)

MFG
Falk

Autor: Erwin Endres (erwinendres)
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Stephan Henning wrote:
> Schau genau hin. Ref liegt auf Masse. Rechts neben dem OPV ist der C24
> mit VCC und VSS.

Da in Bastl-Wastls LED-Ansteuerungsschaltung vermutlich keine negative 
Vss vorhanden ist, sehe ich nicht was das ändert!?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:
> Und ja, er fehlt in unserer Wiki und ist damit ein
> KAPITALER Fehler. Schnell korrigieren!

Habe ich gemacht. Würdest du noch eine Begründung, und vor allem noch 
viel wichtiger: Eine Dimensionierung davon dazu schreiben ?

Beim Stepdown Wandler würde ich Rsc zu etwa zu 150mOhm / Iaus wählen. 
Damit ist der Spitzenstrom maximal 2x dem gewünschten Ausgangsstrom.

Beim Stepup wird es etwas schwerer:
Hier müsste der Spitzenstrom bei 4x Uaus/Uein liegen, oder ?
Demnach müsste Rsc 50mOhm x Uein/Uaus / Iaus haben.

Jeweils eine ausreichen große Spule vorausgesetzt.


PS: Hast du das "falsche" Wikibild hochgeladen, oder ist FalkB jemand 
anderes ?

>> Und mit entsprechender Dimensionierung der
>>Frequenz und der Spule kann der Strom nicht zu hoch werden.
>
> Weil ja hier auch alle Profis sind und immer richtig dimensionieren . .

Mit dem Rest hast du recht, aber Argument lass ich nicht durchgehen. 
Wenn jemand die Schaltung falsch dimensioniert, dann raucht es halt, 
zurecht.

Bzw. vielleicht sollte mal jemand der sich auskennt etwas im Wiki über 
den MC34063 allgemein schreiben. Das Datenblatt ist ja anscheinend 
relativ undeutlich was die Funktionsweise angeht.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Das Datenblatt des MC34063A und die übliche AppNote sind sogar 
ausgesprochen detailfreudig, was dessen Arbeitsweise und Innenleben 
angeht. Es ist bloss nicht so ganz einfach, daraus auf das real zu 
beobachtende Verhalten zu schliessen. Denn so einfach dessen Innenleben 
ist, so komplex ist das Verhalten. Und darüber schweigen sich diese 
Quellen aus.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ok, dann halt dessen Auswirkungen.

Ich habe mal einen Ausschnitt aus einer AppNote angehängt. Demnach 
schaltet der 34063 nicht hart bei Überstrom ab, sondern er vergrößert 
mit steigendem Strom die Ausschaltzeit. Eigentlich bewirkt dies doch 
genau das Gegenteil was eine Regelung macht ? Wenn mehr Leistung 
benötigt wird, wird die duty reduziert.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Das ist auch der Sinn der Sache.

Man darf nicht vergessen, dass, solange der Messeingang Unterspannung 
signalisiert, ohne Rsc das Tastverhältnis konstant bei ca. 6:1 liegt. 
Stromanstieg bei "Ein" und Stromabfall bei "Aus" sind durch die 
Induktivität und das Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung definiert.

Solange das Tastverhältnis konstant bleibt, werden diese beiden 
Stromverläufe so gut wie nie ausgeglichen sein. Es kann beispielsweise 
dazu führen, dass der Strom sukzessive hochpumpt wie oben zu sehen, wenn 
nämlich die Spule in der Einschaltphase mehr aufbaut als in der 
Abschaltphase abgebaut werden kann.

Die durch Rsc verursachte Verkürzung der "Ein"-Phase korrigiert also 
dieses sonst starre 6:1 Tastverhältnis auf adäquatere Werte. Aber eben 
nicht permanent sondern holpernd. Und man kann auf dem Oszi auch gut 
erkennen, dass keine 2 aufeinander folgenden Makrozyklen genau gleich 
aussehen. Der MC34063A ist eindeutig kein Freund von Analogoszis.

Und darin liegt wohl auch der der Grund, weshalb der Ladezyklus des 
Timing-Kondensators nicht abgebrochen sondern beschleunigt wird. Denn 
sonst würde die abschliessende Entladephase und damit die Abschaltphase 
ebenfalls verkürzt. Dass die Spule so erst recht in Richtung Sättigung 
fährt, aber  nur kurz, ist klar und sollte durch entsprechende 
Überdimensionierung beim Sättigungsstrom aufgefangen werden. Nur steht 
das natürlich nirgends.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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OK, das macht sinn. Ich merke schon, du hast dich schon länger mit dem 
IC beschäftigt.
Vielleicht solltest du wirklich mal einen Artikel zum 34063 erstellen, 
wo die wichtigsten Fakten die nicht direkt aus dem Datenblatt 
ersichtlich sind, inkl. deren Folgen aufgelistet sind.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Eigentlich nicht lange. Genauer gesagt erst seit ich kürzlich deinen 
LCD-Spannungserzeuger dezenter dimensioniert und mir das Ergebnis mal 
auf dem Oszi angesehen habe.

Sieh das eher als "laut denken" an. Ich hab zwar schon ein bischen über 
das Teil nachgedacht, aber zu finalen Schlussfolgerungen bin ich da noch 
nicht gekommen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>Habe ich gemacht. Würdest du noch eine Begründung, und vor allem noch
>viel wichtiger: Eine Dimensionierung davon dazu schreiben ?

Ist gemcht. Aber man sollte vielleicht direkt die 0,15 Ohm als 
Standardwert in den Schaltplan einzeichnen.

>Beim Stepdown Wandler würde ich Rsc zu etwa zu 150mOhm / Iaus wählen.
>Damit ist der Spitzenstrom maximal 2x dem gewünschten Ausgangsstrom.

Nee, die Grenze leigt bei 1,5A, mehr macht der MC34063 offiziell nicht 
mit.

>Hier müsste der Spitzenstrom bei 4x Uaus/Uein liegen, oder ?

Naaa, dort geht es um SPANNUNGEN, und ausserdem hat das Tastverhältnis 
auch noch ein Wörtchen mitzureden.

>Demnach müsste Rsc 50mOhm x Uein/Uaus / Iaus haben.

Nein, siehe Datenblatt

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC34063A-D.PDF

>PS: Hast du das "falsche" Wikibild hochgeladen,

Eigentlich nicht.

> oder ist FalkB jemand anderes ?

Das ist mein altes Login, als es ncoh zwei getrennte für Wiki und Forum 
gab. Wahrscheinlich wollte ich was ändern, habs dann aber vergessen :-0

>Wenn jemand die Schaltung falsch dimensioniert, dann raucht es halt,
>zurecht.

Ja, aber ne Sicherung ist  nie verkehrt. Gerade im Entwicklungsstadium 
;-)

>Bzw. vielleicht sollte mal jemand der sich auskennt etwas im Wiki über
>den MC34063 allgemein schreiben. Das Datenblatt ist ja anscheinend
>relativ undeutlich was die Funktionsweise angeht.

Nöö, siehe Link oben.

MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:
> @ Benedikt K. (benedikt)
>
>>Habe ich gemacht. Würdest du noch eine Begründung, und vor allem noch
>>viel wichtiger: Eine Dimensionierung davon dazu schreiben ?
>
> Ist gemcht. Aber man sollte vielleicht direkt die 0,15 Ohm als
> Standardwert in den Schaltplan einzeichnen.

Du meinst 0,2 Ohm ? Ipeak=0,3/Rsc -> 0,2Ohm für 1,5A.
Also 0,22 Ohm als standard E12 Wert.

PS:
"Rsc = 0.3/I_max, wobei I_max der maximale Pulsstrom der Spule ist und 
dieser kleiner 1.5A sein muss, weil der IC nicht mehr hergibt."

Das könnte man vielleicht missverstehen, so dass man keine Spule mit 
mehr als 1,5A Spitzenstrom verwenden darf.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>Du meinst 0,2 Ohm ? Ipeak=0,3/Rsc -> 0,2Ohm für 1,5A.
>Also 0,22 Ohm als standard E12 Wert.

Ja, hab mich irgendwie verrechnet :-0

>Das könnte man vielleicht missverstehen, so dass man keine Spule mit
>mehr als 1,5A Spitzenstrom verwenden darf.

OK, ich korrigiere es nochmal.

MFG
Falk

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Falk Brunner wrote:

> Das ist dermassen elementar, das kann man eigentlich nicht übersehen.
> Im ERSTEN Satz steht
>
> "Der Ausgangsstrom beträgt 1,25V/Rx"


Hallo Falk,

ich habe mich auf die Step-Down Variante bezogen und an der war kein 
R_SC eingezeichnet. Aus diesem Grund habe ich die Einleitung vom Step-up 
nicht auf die Step-Down Version bezogen. Jetzt wurde es ja geändert - 
danke! Nicht nur ich mache Fehler ;-)

Danke an alle für die informative Diskussion hier!

Autor: Falk Brunner (falk)
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Ähhhhm, die Aussage, dass die Step-Down VErsion leerlauffest ist wage 
ich zu bezweifeln. Hier läuft die Spannung auch hoch, wenn gleich "nur" 
bis max. Vin. Also muss hier auch ne Z-Diode rein, oder zumindest der 
Hinweis in den Text. Ich mach mal schn letzteres.

MFg
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:
> oder zumindest der Hinweis in den Text.

Ist doch drin:

Diese Version ist leerlauf- und kurzschlussfest. Allerdings entläd sich 
der Elko erstmal in die Last, wenn man diese im Betrieb anklemmt. 
Dadurch kann die Last und der MC34063 beschädigt werden, der Widerstand 
R1 verhindert aber letzeres.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Um mal eins klarzustellen: Ich denke schon, dass eine geeignete 
Dimensionierung bei einem Stromregler u.U. ohne Rsc auskommen kann, wenn 
das Überleben der Komponenten im Problemfall nicht interessiert.

Wobei man berücksichtigen sollte, dass ein Step-Up bei Kurzschluss auch 
den Eingang des Reglers kurzschliesst und ein abgerauchter Step-Down 
auch die evtl. teuren LEDs schnell in den Orkus befördert. Und auch dran 
denken sollte, dass ein Kurzschluss gegen GND den Strommesswiderstand 
aushebelt und dann ist garantiert Schicht im Schacht.

Wie man ein solche Dimensionierung dann allerdings vornehmen muss und ob 
die Formeln im Datasheet und auf Nomad das hergeben... da sollte sich 
mal jemand mit befassen der das studiert hat. Ich persönlich investiere 
lieber in den Widerstand, zumal der MC ohnehin nicht für maximalen 
Wirkungsgrad berühmt ist (lies: wer auf Batterie fährt sollte sich eh 
was besseres suchen).

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

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Andreas Kaiser wrote:
> Ich persönlich investiere lieber in den Widerstand,

Ja, ich auch. Nur für 5V -> -20V  und mehr lasse ich den weg, da es hier 
oft um jedes Milivolt geht. Zumindest kommt es dem Wirkungsgrad zugute, 
wenn der MC34063 nicht andauernd am Takten ist, um die -20V irgendwie 
gerade so zu erreichen.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Nochmal zur Dimensionierung: Das obige Bild entstammt ungefähr der 
Dimensionierung eines Inverters per Nomad, die nominelle Auslastung 
liegt bei etwa 2/3 und er fährt dicht am oberen Rand der dimensionierten 
Eingangsspannung (hohes dI). Der Strommesswiderstand entspricht Ipk aus 
Nomad.

Erkennbar ist, dass in dieser Betriebsart ein Spulen-Spitzenstrom 
deutlich oberhalb dem Ipk aus Nomad auftreten wird, wenn man Rsc 
weglässt. Wenn das nicht zur Sättigung der Spule führt wird diese 
Schaltung auch ohne Rsc funktionieren. Mal sehen ob jemand rauskriegt, 
wie man den Sättigungsstrom der Spule dafür dimensionieren muss.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Benedikt K. wrote:

> Diese Version ist leerlauf- und kurzschlussfest.

Kurzschluss zwischen den Ausgangsklemmen ja, Kurzschluss gegen GND nein, 
denn dann hilft dir R1 nicht mehr. Wenn die negative Klemme gegen GND 
Kontakt kriegt brauchst du neue LEDs.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas Kaiser wrote:
> Wenn die negative Klemme gegen GND
> Kontakt kriegt brauchst du neue LEDs.

Wenn die positive gegen V+ Kontakt bekommt auch...

Wie ich auch Falk schon gesagt habe: Sobald man beim Aufbau der 
Schaltung Mist baut, kann was kaputt gehen. Ansonsten macht die 
Schaltung das was beschrieben ist.
Wenn man es Idiotensicher haben will, sollte man sich am besten eine 
fertige LED Lampe kaufen.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Benedikt K. wrote:

> Wenn die positive gegen V+ Kontakt bekommt auch...

Klar. Aber die meisten Kurzschlüsse sind gegen GND definiert. Schon weil 
man das weit öfter rumliegen hat. Gehäuse, Fahrradrahmen, Autokarosserie 
usw. V+ ist weit seltener.

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

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@ Andreas Kaiser (a-k)

>Dimensionierung bei einem Stromregler u.U. ohne Rsc auskommen kann, wenn
>das Überleben der Komponenten im Problemfall nicht interessiert.

Komische Formulierung.

>Wobei man berücksichtigen sollte, dass ein Step-Up bei Kurzschluss auch
>den Eingang des Reglers kurzschliesst

Ahhhh Mist, stimmt! Ich war gedanklich beim Flyback mit Trafo. Der ist 
kurzschlussfest.

schonwiederkorrigieren

@ Benedikt K. (benedikt)

>Ja, ich auch. Nur für 5V -> -20V  und mehr lasse ich den weg, da es hier
>oft um jedes Milivolt geht.

???

>wenn der MC34063 nicht andauernd am Takten ist, um die -20V irgendwie
>gerade so zu erreichen.

???


MFG
Falk

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich habe mal einen Artikel über den 34063 angefangen:
http://www.mikrocontroller.net/articles/MC34063

Ihr könnt ja mal drüber schauen, und korrigieren falls ich Mist 
schreibe.

Insbesondere Schaltungen für VLCD oder Schaltungen um auf >100V zu 
kommen werden ja immer wieder gefragt. Auch das feste duty und somit das 
maximale Verhältnis der Aus und Eingangsspannung beim Stepup wird oft 
übersehen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

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Falk Brunner wrote:

>>Ja, ich auch. Nur für 5V -> -20V  und mehr lasse ich den weg, da es hier
>>oft um jedes Milivolt geht.
>
> ???

Aufgrund des festen duty cycles kann der MC34063 keine höhere Spannung 
als etwa das 6,7 fache (wenn ich mich jetzt nicht verrechnet habe) 
erzeugen (außer ohne Last).
Und das ist bei 5V->-20 erreicht.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Benedikt K. (benedikt)

>>>Ja, ich auch. Nur für 5V -> -20V  und mehr lasse ich den weg, da es hier
>>>oft um jedes Milivolt geht.

>Aufgrund des festen duty cycles kann der MC34063 keine höhere Spannung
>als etwa das 6,7 fache (wenn ich mich jetzt nicht verrechnet habe)
>Und das ist bei 5V->-20 erreicht.

Naja, übr RSC fallen max. 300mV ab, macht 4,7*6,7=31,5

MFG
Falk

Autor: Andreas K. (a-k)
Datum:

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Benedikt K. wrote:

> Aufgrund des festen duty cycles kann der MC34063 keine höhere Spannung
> als etwa das 6,7 fache (wenn ich mich jetzt nicht verrechnet habe)
> erzeugen (außer ohne Last).

Ja, das habe ich auch mal behauptet. Stimmt aber nicht, wie die 
Nixie-Fraktion mühelos beweisen konnte.

Als Step-Up geht auch mehr, wenn man in Kauf nimmt, dass die Spule in 
der Abschaltphase die den grössten Teil der Zeit nur zuschaut. Und man 
einen externen Transistor bemüht. In der Variante ist Rsc übrigens 
wirklich nur für Kurzschlusschutz nötig, weil die Spule ihr Feld sonst 
stets vollständig abbaut.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Falk Brunner wrote:

> Naja, übr RSC fallen max. 300mV ab, macht 4,7*6,7=31,5

Dann noch die Verluste an Diode, Spule, Transistor usw. und man ist am 
Limit...
Und wenn der MC34063 am Limit läuft ist der Wirkungsgrad ziemlich klein. 
Durch verschiedene Tricks in der Schaltung konnte ich die 
Leerlaufstromaufnahme bei 5V -> -25V von etwa 40-70mA auf rund 20-40mA 
reduzieren, also um rund die Hälfte.

Andreas Kaiser wrote:
> Ja, das habe ich auch mal behauptet. Stimmt aber nicht, wie die
> Nixie-Fraktion mühelos beweisen konnte.

Ja, stimmt auch wieder. Zumindest beim StepUp. Beim invertierenden 
Wandler geht dann interessanterweise nur noch die Stromaufnahme statt 
der Spannung hoch wenn man über diese magische Grenze geht, keine Ahnung 
wiso.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Benedikt K. wrote:

> der Spannung hoch wenn man über diese magische Grenze geht, keine Ahnung
> wiso.

Kann es sein, dass die Spule dann am Limit war?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich denke nicht. Ich hatte verschiedene Spulen probiert, auch welche die 
deutlich mehr Strom abkönnen. Außerdem waren das Spulen mit Drommelkern. 
Die gehen normalerweise nicht so schnell in die Sättigung, und wenn 
doch, dann sehr langsam.
Ich denke eher dass dann die Stromverstärkung von dem Transistor nicht 
mehr gereicht hat. Jede höhere Spannung muss man sich dann ja teuer über 
einen hohen Spitzenstrom erkaufen.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Meide Idee dazu:

Es kommt wieder die verquere Arbeitsweise ins Spiel. Normalerweise kann 
der MC sich hochpumpen, bis der mittlere Spulenstrom gross genug ist um 
den Lastkondensator hinreichend aufzuladen. Voraussetzung dafür ist 
aber, dass das Tastverhältnis grösser ist als das Spannungsverhältnis. 
Je grösser die Induktivität ist, destro grösser ist dieser Pumpeffekt, 
desto länger ist der Regelzyklus. Ein Induktivitätsüberschuss behindert 
zwar das Regelverhalten bei dynamischer Last, stört aber sonst nicht.

Reicht das Tastverhältnis jedoch nicht aus, dann wird das Spulenfeld in 
jeder Abschaltphase vollständig abgebaut. Folglich muss der mittlere 
Spulenstrom bereits innerhalb eines einzigen Einschaltzyklus hinreichend 
gross werden können. Ergo: Es gibt hier eine obere Grenze für die 
zulässige Induktivität.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Wenn der 34063 nicht aus stabilisierter Versorgung gespeist wird, muss 
der Rsc auf die geringste Eingangsspannung dimensioniert werden, weil 
dort eben der größte Eingangsstrom fließt. Das macht die Schutzwirkung 
unzuverlässig.

Arno

Autor: Andreas K. (a-k)
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Arno H. wrote:

> Wenn der 34063 nicht aus stabilisierter Versorgung gespeist wird, muss
> der Rsc auf die geringste Eingangsspannung dimensioniert werden, weil
> dort eben der größte Eingangsstrom fließt. Das macht die Schutzwirkung
> unzuverlässig.

Ist insofern richtig, als der mittlere Strom natürlich ausreichen muss. 
Er muss also mit sinkender Eingangsspannung steigen. Was den 
Stromverlauf angeht ist es allerdings etwas komplexer, denn der Anstieg 
des Spulenstroms in der Einschaltphase ist nur von Spannungsdifferenz 
und Induktivität abhängig. Bei kleinerer Eingangsspannung reduziert sich 
folglich der Anstieg des Spulenstroms innerhalb eines Schaltzyklus.

Bezogen auf den Inverter mit ungünstigem Spannungsverhältnis heisst das 
dann vor allem, dass die maximal zulässige Induktivität von der 
kleinsten Eingangsspannung vorgegeben wird. Der Rest folgt daraus. Man 
kann sich dann vielleicht noch aussuchen, ob man die Stromfestigkeit der 
Spule entsprechend der höchsten Eingangsspannung auslegt - oder 
alternativ jedesmal gegen das Rsc-Limit brettert. Letzteres ist zwingend 
wenn man sonst die 1,5A überschreitet.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andreas Kaiser wrote:

> Bezogen auf den Inverter mit ungünstigem Spannungsverhältnis heisst das
> dann vor allem, dass die maximal zulässige Induktivität von der
> kleinsten Eingangsspannung vorgegeben wird.

Ich würde eher behaupt die Spule wird durch die maximale Spannung 
festgelegt, denn eine zu kleine Spule ist schlimmer als eine zu große: 
Eine zu kleine Spule verursacht einen hohen Strom.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Benedikt K. wrote:

> Ich würde eher behaupt die Spule wird durch die maximale Spannung
> festgelegt, denn eine zu kleine Spule ist schlimmer als eine zu große:
> Eine zu kleine Spule verursacht einen hohen Strom.

Solange das Spannungsverhältnis hinreichend klein ist stimmt das. Meine 
These ist jedoch, dass diese Regel darüber nicht mehr gilt. Nur auf den 
MC34063A bezogen wohlgemerkt.

Der Strom, den die Spule in Ausgangskondensator und Last abläd, kann 
nicht grösser sein als der maximale Strom in der Einschaltphase. Wenn 
das aber das Tastverhältnis kleiner ist als das Spannungsverhältnis, 
dann wird das Feld, wie schon oben beschrieben, in der Abschaltphase 
jedes mal vollständig abgebaut (das ist gewissermassen die zum obigen 
Pumpbetrieb inverse Betriebart).

Folglich ist in dieser Betriebart die im Spulenfeld gespeicherte Energie 
am Ende der Einschaltphase umgekehrt proportional zur Induktivität. Bei 
zu grosser Induktivität wird schlicht nicht genug Energie transportiert. 
Dass der Spitzenstrom mit steigender Eingangsspannung ansteigt ist 
korrekt und muss entweder mit entsprechender Stromfestigkeit oder aber 
eben mit Abschaltung via Rsc kompensiert werden.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Kurz zusammengefasst heißt das also:
Ausgangs/Eingangsspannung kleiner als 6:1 -> maximale Eingangsspannung 
legt die Spule fest (bzw. beim Stepdown immer).
Kommt man über die 6:1 wirds komplizierter.
Sehe ich das so richtig ?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Ja, und meine These für jenseits 6:1: Die minimale Eingangsspannung legt 
die maximale Induktivität der Spule fest und der kleinere Wert von 
(Sättigungsstrom - Reserve) und 1.5A definiert die Obergrenze von Rsc. 
Wobei man Rsc durchaus nach der kleinsten Eingangsspannung 
dimensionieren kann, dann wird halt die Einschaltphase ber grösserer 
Eingangsspannung jedesmal abgebrochen. Man sollte folglich genug 
Stromreserve jenseits Rsc bei der Spule einplanen, denn der Regler 
schaltet ja bei Erreichen des Maximalstroms nicht sofort ab.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Weißt du zufällig, wie man die Spule dimensionieren muss, um z.B. von 
12V auf 100V 10mA zu kommen ?

Theoretisch sollte es 2 Lösungen geben, um hohe Spannungen (bzw. 
Spannungsverhältnisse) zu erzeugen:
- kleine Spule + viel Strom
- kleine Spule + höhere Taktfrequenz

Beide Lösungen ermöglichen es, eine hohe Leistung zu übertragen.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Mein theoretischer(!) Ansatz: Die Werte für minimale Eingangsspannung 
dimensionieren und Rsc und die Sättigung der Spule so dimensionieren, 
dass der Maximalstrom dabei nicht erreicht wird.

Da in dieser Betriebart Tastverhältnis/Einschaltzeit/Frequenz konstant 
sind, ist diese Rechung einfach, denn die maximal mögliche Induktivität 
ergibt sich direkt aus der Einschaltzeit und dem erforderlichen Strom.

Da dies der Maximalwert der Induktivität ist, wird man in der Praxis 
etwas darunter liegen und den Maximalstrom entsprechend anpassen müssen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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OK, ich versuch mal eine Herleitung der Spulengröße an dem Beispiel:
50kHz Schaltfrequenz, 12V -> 100V 10mA

Die zu übertragende Energie ist 1W. in jedem Takt werden daher 20µW, 
also 20µJ übertragen. Da die Einschaltzeit etwa 17µs beträgt, beträgt 
der maximale Strom I=L*12V*17µs und die in der Spule gespeicherte 
Energie erzwingt folgende Forderung: 20µJ=0,5*I²*L

Die müsste man jetzt ineinander einsetzen, und könnte so Strom und 
maximale Induktivität ausrechnen. Aber irgendwie komme ich dann auf I³ 
und andere komische Sachen die nicht ganz passen können.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Idealisiert gerechnet: Der mittlere erforderliche Eingangsstrom ist 
10mA*(100/12)=83mA. Tastverhältnis sei 0.85, also ist der erforderliche 
Spitzenstrom 2*83mA/0.85=195mA.

Mit L=12V*17µS/195mA kriege ich also Lmax=1mH.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Stimmt, so gehts viel einfacher.
Das ergibt etwa 200mA.

Und ich habe meinen Fehler:
I=L*12V*17µs ist falsch, es muss I=12V*17µs/L heißen.
Damit komme ich auf etwa 1mH.
Bei 0,2A ergibt das auch genau 20µJ. Es passt also.

Ich probiers mal mit 2mH:
Das ergibt 0,1A Spitzenstrom, somit beträgt die speicherbare Energie 
10µJ, also zu wenig.

Die Formel für die maximale Spule ist also:
I=Uin*1/f*0,85/L
Paus/f=0,5*I²*L
-> Paus/f=0,5*(Uin*1/f*0,85/L)²*L=0,36125*Uin²*/f²/L
Paus=0,36125*Uin²/f/L

Ergebnis:
Lmax=0,36125*Uin²/f/Paus

Setze ich die Werte ein, kommt 1,04mH raus, passt also.
Interessant, dass die Ausgangsspannung keine Rolle spielt.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Die Ausgangsspannung steckt ja wohl in Paus drin - oder was soll das 
sein?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Paus=Uaus*Iaus

Der Formel nach ist es egal, ob man jetzt 50V 20mA oder 100V 10mA haben 
möchte.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Yep. Es ist ja die Energie die übertragen werden muss. Wenn die Zeiten 
konstant sind, ist das erforderliche Energiequantum im Schaltzyklus 
proportional zur Ausgangsleistung. Ob die in I oder in U steckt, ist 
dabei schnuppe.

Autor: Andreas K. (a-k)
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http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.24 stellt 
übrigens die These auf, dass entgegen dem Datasheet auch im Normalfall 
(< 6:1) die berechnete Induktivität eher als obere denn als untere 
Grenze betrachtet werden sollte. Was immerhin den Charme hat, dass der 
im Bild zu beobachtende über etlichen Schaltzyklen laufende Regelzyklus 
entfällt.

Man sollte jedoch im Auge behalten, dass die Schaltfrequenz bei 
systematischer Abschaltung durch Rsc ansteigt, d.h. mit steigender 
Eingangsspannung steigt die Schaltfrequenz.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Interessant. Dass der MC34063 deutlich zum Überschwingen neigt, ist mir 
auch schon aufgefallen. Vielleicht sollte ich wirklich mal eine kleinere 
Induktivität ausprobieren.
Wobei ich den MC34063 nur bei einfachen Sachen verwende, sobald es 
irgendwas genaues werden soll, dann gibt es sehr viel bessere (und auch 
teurere) ICs.

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