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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LM2576 Step Down Wandler mit PWM steuern. Verständnisproblem beim Feedback-Kreis.


Autor: Razeputz (Gast)
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Hallo,

ich möchte den LM2576 mit einem µC steuern, d.h. die Ausgangsspannung 
soll von 0V...24V einstellbar sein. Wobei 0V wohl nicht so ohne weiteres 
möglich ist, die kleinste Ausgangsspannung beim LM2576 ist 1,23V.

Meine Vorrausetzungen sind folgende. Ich kann nur die PWM vom µC nehmen 
um den LM zu steuern, ADC Eingänge stehen keine zur Verfügung. Also 
fällt eine Regelung über den µC flach.

Meine Idee bzw. Recherchen im Internet haben zwei Lösungsansätze 
ergeben:
1. In den FB-Spannungsteiler einen Strom einprägen (siehe Anhang)
oder
2. R2 durch einen Transistor ersetzen und diesen als steuerbaren 
Widerstand betreiben.

Problem bei 1. ich verstehe noch nicht so 100%ig wie ich die Widerstände 
brechenen und ob ich mit der PWM, die ich auf 0..3,3V filter, die 
Ausgangsspannung wie angegeben einstellen kann.
Nehmen wir an ich will am Ausgang die 24V haben, dann muss U_steuer=0V 
sein, somit liegen R2 und R3 parallel, der Strom durch diesen 
Gesamtwiderstand beträgt ja I_23= 1,23V/R_23. Dieser fließt auch durch 
R1 und verursacht einen Spannungsbfall der zusammen mit der Spannung an 
R_23 die 24V am Ausgang ergibt.
Bis hier hin könnte ich ja noch alles berechnen, aber wie lege ich R3 
aus wenn ich jetzt mit U_steuer > 0V die Spannung am Ausgang auf 0V bzw. 
1,23V runterregeln will? Ist das überhaupt so möglich???

Bei der Variante 2 müsste ich doch einen selbstleitenden PMOS verwenden, 
da am FB-Punkt (zwischen R1 und R2) die 1,23V anliegt und Ugs zwischen 
0V-1,23V=-1,23V und 3,3V-1,23V=2,07V betragen kann. Liege ich mit meiner 
Annahme richtig?

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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dau kannst zB. an Fb einfach eine Spg. von einem D/A anlegen.
Die Regelung der Ausgangsspannung muß dann aber dein µC machen.
Die findest hier reichlich Infos dazu. Das Thema kommt hier regelmäßig.
Suchfunktion nutzen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Razeputz schrieb:
> Wobei 0V wohl nicht so ohne weiteres
> möglich ist, die kleinste Ausgangsspannung beim LM2576 ist 1,23V.

Doch, das geht schon, wenn man den Offset von 1,23V einbringt.

> 1. In den FB-Spannungsteiler einen Strom einprägen (siehe Anhang)

So hätte ich es auch gemacht.

> 2. R2 durch einen Transistor ersetzen und diesen als steuerbaren
> Widerstand betreiben.

Halte ich für keine gute Idee, vor allem da der Zusammenhang 
Ausgangsspannung/R2 eine 1/x Funktion ist. Da muss man dann wieder viel 
Rechnen. Und einen exakt einstellbaren Widerstand zu bekommen ist auch 
nicht einfach.

> Nehmen wir an ich will am Ausgang die 24V haben, dann muss U_steuer=0V
> sein, somit liegen R2 und R3 parallel, der Strom durch diesen
> Gesamtwiderstand beträgt ja I_23= 1,23V/R_23. Dieser fließt auch durch
> R1 und verursacht einen Spannungsbfall der zusammen mit der Spannung an
> R_23 die 24V am Ausgang ergibt.
> Bis hier hin könnte ich ja noch alles berechnen, aber wie lege ich R3
> aus wenn ich jetzt mit U_steuer > 0V die Spannung am Ausgang auf 0V bzw.
> 1,23V runterregeln will? Ist das überhaupt so möglich???

Der Spannungsteiler R3/R2 muss bei 3,3V am Eingang 1,23V an FB erzeugen, 
und der Spannungsteiler R1/(R2||R3) muss bei 24V auch 1,23V erzeugen.
Somit musst du dir ein R2 aussuchen und dann R1 und R3 berechnen.

Zu PWM: Die solltest du auf jedenfall vorher filtern, ansonsten ergibt 
sich eine unschöne Mischung beider Frequenzen. Vor R3 kommt daher ein RC 
Glied. Der Widerstand des RC Glieds ist dann ein Teil von R3 für die 
Berechnung.

Autor: Razeputz (Gast)
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@Stephan Henning

Deine Methode würde gehen, aber dazu muss der µC die Ausgangsspannung 
überwachen, d.h. ADC Eingang wird benötigt. Aber dies habe ich in meinem 
Post ausgeschlossen.

@Benedikt K.

>> Wobei 0V wohl nicht so ohne weiteres
>> möglich ist, die kleinste Ausgangsspannung beim LM2576 ist 1,23V.

>Doch, das geht schon, wenn man den Offset von 1,23V einbringt.

Ist dies einfach und ohne großen Bauteileaufwand möglich? Beeinflusst 
dies meine Ansteuerung im negativen Sinne?

>Zu PWM: Die solltest du auf jedenfall vorher filtern, ansonsten ergibt
>sich eine unschöne Mischung beider Frequenzen. Vor R3 kommt daher ein RC
>Glied. Der Widerstand des RC Glieds ist dann ein Teil von R3 für die
>Berechnung.

Ja filtern werde ich die natürlich, habe ich auch gschrieben. Aber ob 
ein einfacher TP ausreicht weiss ich nicht, besser man nimmt zwei oder 
drei.

>Der Spannungsteiler R3/R2 muss bei 3,3V am Eingang 1,23V an FB erzeugen,
>und der Spannungsteiler R1/(R2||R3) muss bei 24V auch 1,23V erzeugen.
>Somit musst du dir ein R2 aussuchen und dann R1 und R3 berechnen.

Also ich habe die zwei Gleichungen mal aufgestellt und komme auf 
folgendes Ergebnis für meine Widerstände:
Bei de Annahme R2=1,21k (aus DB), folgen die Werte für R1=14k und R3=2k.
Ist das so richtig?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Razeputz schrieb:

>>> Wobei 0V wohl nicht so ohne weiteres
>>> möglich ist, die kleinste Ausgangsspannung beim LM2576 ist 1,23V.
>
>>Doch, das geht schon, wenn man den Offset von 1,23V einbringt.
>
> Ist dies einfach und ohne großen Bauteileaufwand möglich? Beeinflusst
> dies meine Ansteuerung im negativen Sinne?

Mit deiner jetzigen Lösung kommst du schon auf 0V runtern, denn sobald 
du deine Spannung von extern einspeist, erhöhst du den Feedbackwert. Das 
ermöglicht auch eine geringere Ausgangsspannung.
Es kann sein, dass der LM2576 bei geringen Ausgangsspannungen Probleme 
mit der Regelung bekommt. Irgendwas in der Richtung meine ich mal hier 
im Forum gelesen zu haben.

> Also ich habe die zwei Gleichungen mal aufgestellt und komme auf
> folgendes Ergebnis für meine Widerstände:
>
>
> Bei de Annahme R2=1,21k (aus DB), folgen die Werte für R1=14k und R3=2k.
> Ist das so richtig?

Ja, die Werte passen, ich habs gerade mal simuliert.
Das einzige Problem das dabei auftritt ist, dass bei 0V am Ausgang R1 
noch parallel zu R2 liegt (da ja sowohl R1 als auch R2 an 0V, bzw. Masse 
gehen). Man müsste also die Formel noch korrigieren, so das im Falle 0V 
der Spannungsteiler aus R3/(R1||R2) besteht. Das hatte ich vorhin 
übersehen.

Autor: Gast (Gast)
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Damit die Schaltung länger als 10ms funktioniert, solltest Du die 1N4148 
durch eine geeignete Diode (SDxxx) ersetzen :-)

Autor: Razeputz (Gast)
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>Das einzige Problem das dabei auftritt ist, dass bei 0V am Ausgang R1
>noch parallel zu R2 liegt (da ja sowohl R1 als auch R2 an 0V, bzw. Masse
>gehen). Man müsste also die Formel noch korrigieren, so das im Falle 0V
>der Spannungsteiler aus R3/(R1||R2) besteht.

Also wenn ich 0V am Ausgang habe, dann muss U_steuer = 3,3V sein. 
Richtig?
Muss ich also die zweite Gleichung durch folgende ersetzen:

Mit welchen Programm hast du die Schaltung simuliert? ich habe hier 
pSpice Studentenversion, aber dort ist kein LM2576 enthalten. :-(

@Gast
Die SChlatung ist nur als Prinzip dargestellt, Werte der Bauteile 
stimmen noch nicht. ;-)

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Razeputz schrieb:

> Also wenn ich 0V am Ausgang habe, dann muss U_steuer = 3,3V sein.
> Richtig?

Ja.

> Mit welchen Programm hast du die Schaltung simuliert? ich habe hier
> pSpice Studentenversion, aber dort ist kein LM2576 enthalten. :-(

Mit LTSpice:
http://www.linear.com/designtools/software/#Spice

Ich hatte auch keinen LM2576, aber zur Vereinfachung kann man ja auch 
mal einen normalen OP nehmen. Zumindest zur Kontrolle der Widerstände 
reicht das.

Autor: Razeputz (Gast)
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Ich habe so das Gefühl, dass dies nicht funktioniert. Ich bekomme mit 
derneuen Gleichung einen negativen Widerstand für R3 raus. :-/
Hattest du nicht irgendwas gesagt, dass man nur mit einem Offset die 
Spannung auf 0V runter bekommt. Liegt es vielleicht daran, dass ich in 
diesem Fall einen negativen Widerstand erhalte?

Autor: Razeputz (Gast)
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Ich sitze immer noch vor dem besagten Problem... Kann mir jemand helfen?

Autor: A. K. (prx)
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Um auf 0V runter zu kommen muss nicht der Widerstand sondern die 
Steuerspannung negativ werden. Jedenfalls ist das realistischer ;-).

Autor: Razeputz (Gast)
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Tsja ich schätze dann mal dass die Spannung -1,23V betragen muss. Aber 
wie soll ich diese erzeugen und das auch noch in Zusammenhang mit der 
PWM?

Negative Widerstände gibt es glaube ich schon, ich habe da mal was im 
Tietze-Schenk gelesen...

Autor: A. K. (prx)
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Du benötigst eine negative Hilfsspannung, notfalls via MAX232 oder 
NE555. Und an der hängt ein Operationsverstärker, der aus den 0-3,3V der 
PWM die passende Steuerspannung zaubert.

Aber bevor du das in eine teure Platine giesst solltest du es mal 
ausprobieren. Der Switcher muss ja auch gute Miene dazu machen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wieso braucht er eine negative Spannung?
Es reicht doch eine positive Spannung von 1,23V an FB, damit der Regler 
aufhört. Nur beim LM317 muss die negativ sein, da die Referenzspannung 
negativ gegenüber der Ausgangsspannung ist.

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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das sehe ich auch so. Die kleinste Spannung an Fb ist 1.23V.
Im einfachsten Fall erzeugt die ein OPV mit V=1.23 welcher wiederum auf 
dem 2. Eingang von der PWM belegt wird.

Autor: Razeputz (Gast)
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Aber das Problem bei der Sache ist, dass der Regler ja noch die 
Ausgangsspannung regeln muss. Er braucht also auch das Feedback vom 
Ausgang. Vielleicht stehe ich auch auf dem Schlauch?

Autor: A. K. (prx)
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Stimmt, theoretisch sollte das gehen, da die Steuercharakteristik ja 
invers ist (das war mein Fehler, nicht der LM317).

Ein Problem sehe ich aber: Je grösser der gewünschte Spannungsbereich 
wird, desto grösser wird der Einfluss auf die Schleifenverstärkung. Bei 
einem mässigen Spannungsbereich ist das kein Problem, aber im hier 
betrachteten Fall dürfte sie bei 1,2V um den Faktor 20 geringer 
ausfallen als in normaler Beschaltung. Ich weiss nicht wie sie das 
letztlich auswirkt.

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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wurde doch hier alles schon x Mal gemacht. zB.:

Beitrag "Netzteil: elektronische Regelung mit dem LM2575"

Suchfunktion benutzen, dann sollte es klar werden.
2575,2574,2576 und die 2675,74,76 auch. alles das gleiche.

Autor: Razeputz (Gast)
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@Stephan Henning

Kann sein dass es schon x mal gemacht wurde. Aber selbst in dem von dir 
angegebenen Beitrag konnte ich keine Beschreibung, Berechnung noch sonst 
was zu meinem Problem finden. Dort wurde die meiste Zeit über 
Schwingungen und Störungen diskutiert. Soweit bin ich ja noch gar nicht.

Auch die Suche nach den sechs Reglern brachte kein brauchbares Ergebnis.
:-(

@all

Sehr hilfreich wäre es wenn ihr zu euren Vorschlägen noch eine kleine 
Skizze anhängen könntet, dass würde für das Verständnis sehr hilfreich 
sein. Danke.

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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Beitrag "Schaltregler LM2576 per uC einstellen"

ich poste heute Abend mal ein Stück vom Plan.
Finde den Beitrag auf die Schnelle nicht. Bin auf Arbeit.

Allerdings verstehe ich das Problem nicht.
Solange Ufb < 1.23V macht er auf.
Wenn Ufb = 1.23V oder größer dann macht er zu.
Er schaltet also ständig an und aus.

Nimm eine Soll und eine Ist Spannung, vergleiche sie und führe ihm das 
Ergebnis zu. So das Bei Ua = Soll an Fb=1.23V stehen.

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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habs gefunden:  ist der 4. Beitrag.
Beitrag "Getaktete Stromquelle - wie mit µC Sollwert vorgeben?"

ist bei mir ne Stromquelle, aber das Prinzip bleibt ja gleich.
Du mißt eben nicht mit einem Shunt sonder Ua.

Autor: Razeputz (Gast)
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@Stepahn Henning

Ich habe mir deine Schaltung mal angesehen, und wollte nochmal 
nachfragen ob ich die Funktionsweise richtig verstanden habe.
Du misst den Strom über einen Shunt und verstärkst das Ergebnis mit dem 
instrumentenverstärker, der eine einstellbare Verstärkung über ein Poti 
besitzt. Das Ergebnis vergleichst du mit einem Sollwert über den 
"Komperator" dessen Ausgangsspannung entweder 0V oder U_b_lm358=? ist. 
Sollwert kommt vom Mikrocontroller? Istwert würd über den 
Spannungsteiler am Ausgang erfasst.
Jetzt aber noch die Frage, für was misst du den Strom? Wie sollte ich 
bei meiner CShlatung am besten vorgehen? Ich habe ja keinen A/D-Eingang.

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