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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ist dem LM2576-StepDown Regler die Spule so egal?


Autor: Annemarie (Gast)
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Liebes Forum
Ich habe mich zum ersten Mal mit einem StepDown Regler beschäftigt und 
dazu einige Messungen gemacht.

Messaufbau:
Regler: LM2576-5 (3Amp Regler)
Diode: UF5408
Ausgangselko: 1000uF, LowESR

EINGANG: 13,5V mit 1,05A
AUSGANG: 5V mit 2,2Amp über Halogenlampe als Testlast

(5*2,2)Watt / (13,5*1,05)Watt = ca.0,77 also ca.77% Wirkungsgrad
Das entspricht etwa den Erfahrungswerten, die ich im Web gefunden habe.

Ich habe nun mit der Spule viel experimentiert, alle möglichen 
ausprobiert die hier im Labor (meist unbeschriftet) herumlagen. Alles 
Ferrit-Ringkerne mit etwa 2-3cm Aussendurchmesser. Auch ein Ferritstab 
von ca. 5cm Länge. Alle mit dickem CuL bewickelt.

Der Hersteller gibt eine Spule von 100µH an, ich habe nur wenige die 
beschriftet sind, aber zumindest eine die 15µH (aufgedruckt) hat.
Aber egal welche Spule ich verwende, auch die selbstgebastelten, ich 
habe IMMER fast genau die o.g. Messwerte.

Ist dem Regler die Spule sooo dermassen egal? Sollte ich dennoch genau 
die angegebenen 100µH verwenden? Gibt es noch Optimierungsbedarf an 
meiner Schaltung? Sind 77% Wirkungsgrad realistisch? Geht es besser?

Gruss
Anne

Autor: Martin #### (martin-)
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Nein, es ist sicher nicht egal. Anscheinend waren alle Spulen die du 
verwendet hast geeignet.
Mit der im Datenblatt angegebenen Induktivität von 100µH erreicht man 
kleine Stromwelligkeit. Man kann aber auch eine kleinere Induktivität 
verwenden. Und bei 15uH hat man gerade noch nicht lückendem Betrieb.

>Sollte ich dennoch genau die angegebenen 100µH verwenden?
Wie gesagt, man kommt auch mit einer kleineren Spule (von Induktivität 
her kleiner) aus, aber wenn man eine 100µH Spule hat die auch sonstige 
Anforderungen erfüllt ist es nicht falsch sie zu verwenden.
Eine höherere Induktivität wirkt sich positiv aus auf den Stromverlauf, 
der Spitzenstrom ist kleiner.

Autor: Annemarie (Gast)
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Danke Martin, ich glaube das leuchtet mir soweit ein.

Ergänzungsfrage:
Was ist wenn im Gegenteil die Induktivität (bei ansonsten korrekten 
Parametern) größer als im Datenblatt empfohlen wird. Also z.B. 200 statt 
100µH? Stellen sich dann ebenso ungute Efeekte ein, oder birgt das gar 
Vorteile?


Gruss
Anne

Autor: Dirk (Gast)
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Deine Messungen alleine sind nicht aussagekraeftig. Du solltest schon 
eine Bode Analyze (Gain/ Phase Margin) machen um deine Applikation zu 
prüfen.

Autor: Igor Metwet (bastel-wastel)
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Darf man Fragen, wie du die Ströme und Spannungen gemessen hast?

Autor: Annemarie (Gast)
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>>Darf man Fragen, wie du die Ströme und Spannungen gemessen hast?
Klar: Auf die Weisen, die mir hier möglich sind.

Einmal als reine DC Messung, also den Gesamtaufbau als BlackBox 
betrachtet und IN/OUT gemessen.
Und dann noch über Shunts mit dem Oszilloskop, um die Lastkurven zu 
sehen. Die mittleren DC-Werte dann daraus soweit möglich zurückgerechnet 
was natürlich mit deutlichen Fehlern behaftet sein dürfte.

Gruss
Anne

Autor: Andreas K. (a-k)
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Ganz egal ist es nicht. Diese Regler sind auf kontinuierlichen Betrieb 
ausgelegt. Das heisst dass der Strom in der Spule ab einer gewissen 
Mindestlast nie auf 0 absinkt. Je niedriger die Induktivität ist, desto 
höher ist die für kontinuierlichen Betrieb erforderliche Mindestlast. 
Andererseits ist die Reaktion auf Lastwechsel umso langsamer, je grösser 
die Induktivität ist.

In dieser Betriebsart ist das Tastverhältnis durch die Spannungen 
ungefähr vorgegeben und die Frequenz liegt bei diesen Typen sowieso 
fest. Da Induktivität und Spannungen den Grad der Stromänderung in Ein- 
und Ausschaltphase bestimmen, ergibt sich daraus eine 
Mindestinduktivität für kontinuierlichen Betrieb.

Man kann zwar auch mit Last diskontinuierlich fahren, handelt sich dabei 
aber zwei Probleme ein: Erstens einen erheblich höheren Spitzenstrom, 
was den Schalttransistor interessieren könnte. Zweitens hochfrequente 
Schwingungen nach dem Leerlaufen der Spule in der Abschaltphase.

Dies führt letztlich dazu, dass ein LM257x in der üblichen Konfiguration 
mit deutlich höherer Induktivität und damit auch grösseren Spule 
ausgelegt wird, als ein sowieso nicht wirklich kontinuierlich 
arbeitender MC34063A.

Es gibt auch einen Zusammenhang zwischen Induktivität und zulässigem 
Sättigungssstrom der Spule. Mit kleinerer Induktivität steigt der 
Spitzenstrom der Spule. Die im Datasheet angegebene Daumenregel für den 
Spulenstrom gilt nur für die dort vorgesehenen Induktivität.

Autor: Martin #### (martin-)
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>Was ist wenn im Gegenteil die Induktivität (bei ansonsten korrekten
>Parametern) größer als im Datenblatt empfohlen wird.
prinzipiell Spricht nichts gegen grössere Induktivität, aber da gibt es 
Probleme praktischer Natur.
Eine Spule hat mehrere relevante Parameter außer Induktivität, maximalen 
zulässigen Strom durch die Wicklung, ohmschen Widerstand der Wicklung, 
maximalen Magnetisierungsstrom der keine Sättigung des Kernes hervorruft 
und noch ein Paar andere. Und je grösser die Induktivität desto 
grösser/teurer die Spule ist, damit die anderen Parameter genau so gut 
sind wie bei einer Spule mit kleinerer Induktivität.

In diesem konkretem Fall, wird eine weitere Erhöhung der Induktivität 
den Wirkungsgrad nicht verbessern. Bei 100µH ist die Stromwälligkeit mit 
etwa 0.6A schon recht passabel.

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