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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strombegrenzung für Stepdown mit LM2576


Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Hallo,
ich poste das erstemal in diesem Forum. Ist ja top, dass relevante 
Themen zu meinem Betreff hier angezeigt werden. Ich baue gegenwärtig 
Stepdown-Wandler mit dem LM2576 auf, die als Stromversorgung für mehrere 
Kleinspannungspumpen dienen sollen. Der Schaltplan ist im Anhang, noch 
etwas krumpelig, da dies meine erste Zeichnung mit dem Eagle-Editor ist. 
Die Schaltung habe ich gestern auf Lochraster aufgebaut, sie funzt.
Ich habe dennoch zwei Fragen:
Ich habe mit dem R4 und Q1 eine Strombegrenzung (fest) auf ~ 3A 
realisiert, kann diese aber nicht testen, da ich im Moment keine 
entsprechende Last habe. Kann/darf man die Strombegrenzung so aufbauen?
Mit dem OK1 ist eine externe Ansteuerung von eine Mini-SPS möglich. Was 
mache ich mit dem Basisanschluss des Fototransistors? Offen lassen oder 
and den Emitter hängen.
Schon mal schönen Dank für Euer Interesse.
Wolfgang

Autor: Michael O. (mischu)
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Der LM2576 hat doch eine interne Strombegrenzung - wofür dann noch eine 
zweite?
Die Transistorschaltung wird im Begrenzungsfall vermutlich eine 
Schwingneigung unterstützen. Jedenfalls so wie gezeichnet hat der voll 
in das Feedbacknetzwerk das LM hinein.

Basis vom OC kannst Du offen lassen.
Vielleicht kannst Du den OC auch anders herum verwenden. Jetzt muss die 
LED leuchten, damit der LM aus geht. Damit kannst Du im Fall von 
Kabelbruch nichtmehr ausschalten :).

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Im Kurzschlussfall wird der BC557 vermutlich in Rauch aufgehen, denn 
durch den Kurzschluss liegt die Basis auf 0V und der Emitter rund 0,7V 
höher. Damit können am Kollektor keine 1,25V entstehen. Somit pumpt der 
Regler den maximalen Strom in die Basis-Emitterdiode.
Ein Vorwiderstand von rund 100 Ohm vor der Basis ist also zwingend 
notwendig.
Ansonsten siehe Antwort von Michael.

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Danke für Eure Antworten. Dass mit dem Basiswiderstand leuchtet ein, 
wird ergänzt. Grund für die Strombegrenzung ist dass ich auch andere 
Max.-Ströme durch Wahl des Widerstandes haben will.
@ Michael O.: das mit dem OK passt schon, Pin 5 des Lm muss auf Masse 
gezogen werden, damit der LM startet, sonst ist er im Standby.
Gruß,
Wolfgang

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Die Strombegrenzung am Ausgang funzt so oder so nicht so wie Du es gerne 
hättest, da die interne Ref. des LM2576 in der 'adjustable' Version 1,23 
Volt beträgt. Also selbst wenn der BC557 (oder ein anderer Transistor, 
der den max. Strom vertragen würde) bestmöglich leiten würde, so würde 
der LM2576 die Spannung an OUT-1(+) immer versuchen auf 1,23V 
auszuregeln.
Bei einem satten Kurzschluß würde also nur die interne Strombegrenzung 
anspringen.
Wenn Du also (immer) sicherstellen kannst, daß die sich ergebende 
Ausgangsspannung, wenn die ext. Strombegrenzung einsetzt, größer als die 
interne Ref.-Spannung von 1,23 Volt ist, wird es funktionieren.

Rechenbeispiel:
Angenommen die ext. Strombegrenzung setzt bei einm Wert von R4 mit 0,56 
Ohm bei 1 Ampere ein, so darf der Widerstandswert am Ausgang nicht 
kleiner als 1,23 Volt / 1 Ampere = 1,23 Ohm werden. Tut er es doch, wird 
der Strom über die Emitter-Basis-Diode des Transistors gnadenlos 
ansteigen, bis der LM2576 dann irgendwann intern abregelt (was durchaus 
auch bis 6(!) Ampere sein können).

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Ich weiss, dass die Strombegrenzung nicht vollkommen ist. Da dies kein 
Labornetzteil werden soll, sondern eine StromvVersorgung von 6 
Einbauschlauchpumpen mit Steuerung durch einen externen Controller, kann 
ich damit leben. Dabei hat jede Pumpe einen eigenen Schaltregler, um die 
Spannung individuell einstellen zu können.
Die Strombegrenzung ist daher als Überlastschutz gedacht, und um sie 
noch unidealer zu machen habe ich neben dem Widerstand in der 
Basisleitung noch eine Rote LED in die Kollektorleitung aufgenommen. 
Jetzt kann die Ausgangsspannung nicht 1,23V - 0,6V + 1,6V  = 2,23V 
fallen. Dafür habe ich eine Überlastanzeige. Die Pumpen haben 
Stromaufnahmen unter 1A im Normalbetrieb.

Für den Bau eines kleinen Labornetzteils hatte ich mal überlegt, einen 
Vorregler mit dem LM2576 und einen L200 als Ausgangsstufe zu bauen, so 
dass die Ausgangsspannung des Schaltreglers immer rd. 4 V höher ist als 
die Ausgangsspannung des L200. Dieser würde dann die Strombegrenzung 
übernehmen. Wenn ich aber sehe, dass ein 120W-Labornetzteil bei R***t 
nur 100€ kostet, brauche ich nicht anzufangen zu bauen.
W.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Wolfgang,

>Ich weiss, dass die Strombegrenzung nicht vollkommen ist. Da dies kein
>Labornetzteil werden soll, sondern eine StromvVersorgung von 6
>Einbauschlauchpumpen mit Steuerung durch einen externen Controller, kann
>ich damit leben.

Auweia, das schmerzt schon! Vor allem, daß du nach all den profunden 
Einwänden immer noch so darauf beharrst...

Die Strombegrenzung, die du vorhast ist ein absolutes No-No! Warum? Weil 
du in die Gegenkopplung eine Phantasieschaltung mit undefiniertem 
Frequenz- und Phasengang einschleust. Dafür ist der Chip aber nicht 
gebaut! Er erwartet, daß du an die Pins genau das dranhängst was der 
Hersteller empfiehlt, nämlich zwei simple Widerstände.

Wenn du schon eine Strombegrenzung einbaust, dann tue das immer 
außerhalb der Rückkopplung, vielleicht in Verbindung mit dem Enable 
Eingang und definierter Ausschaltzeit, obwohl das auch problematisch 
werden kann.

Übrigens gibt es den LM2576 mittlerweile in einer deutlich verbessserten 
Variante: LM2676. Und wenn du einen kleineren Ausgangstrom haben willst, 
gibt es noch den LM2675.

Kai Klaas

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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Hallo Kai und andere,
ich konnte die Schaltung mittlerweile unter Last testen und sie 
funktioniert, sowohl bei ohmschen Verbrauchern als auch bei 
Gleichstrommotoren. Ich werde die Schaltung aber dahingehend ändern, 
dass über Q1 nur noch eine Überlastanzeige erfolgt, also Kollektor über 
LED und Widerstand auf Masse legen.
Den Einwand von dir, dass an den Sense-Anschluss nur das 
Widerstandnetzwerk drangehört, möchte ich gerne noch diskutieren. Wenn 
ich das Datenblatt richtig lese, erwartet der Chip an diesen Anschlüssen 
eine Spannung, die er über den internen Komperator auf die 
Referenzspannung einzustellen versucht, daher der Spannungteiler von der 
Ausgangsspannung. Die Frequenz- und Phasenlage dieser Spannung sollte 
doch egal sein, da die Spannung eine Gleichspannung sein sollte, 
möglichst ohne Störungen z. B. aus induktiver Einkopplung aus der Spule 
o. ä.
So hat die Zeitschrift Elektor im Dezember 2008 mit dem LM2575 einen 
Konstantstromtreiber veröffenlicht, bei dem FB-Anschluss über eine 
Zenerdiode vorgespannt wurde, um den Spannungabfall am Fühlerwiderstand 
zu vermindern. Eine Ähnliche Schaltung habe ich auch schon in Betrieb 
genommen, dabei die Vorspannung aber über zwei Dioden erzeugt. Diese 
Schaltungen laufen zuverlässig als LED-Treiber für Powerleds mit einen 
I=300 mA.
Man kann also offenbar dem FB-Anschluss andere Spannungen anbieten, wenn 
der Zweck der Schaltung dies erfordert.

Der Grund, den LM2576 zu nehmen ist günstige Preis und die gute 
Erhältlichkeit.
Gruß,
Wolfgang

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Wolfgang,

>Den Einwand von dir, dass an den Sense-Anschluss nur das
>Widerstandnetzwerk drangehört, möchte ich gerne noch diskutieren. Wenn
>ich das Datenblatt richtig lese, erwartet der Chip an diesen Anschlüssen
>eine Spannung, die er über den internen Komperator auf die
>Referenzspannung einzustellen versucht, daher der Spannungteiler von der
>Ausgangsspannung. Die Frequenz- und Phasenlage dieser Spannung sollte
>doch egal sein, da die Spannung eine Gleichspannung sein sollte,
>möglichst ohne Störungen z. B. aus induktiver Einkopplung aus der Spule
>o. ä.

Das Prinzipschaltbild, das in solchen Datenblättern gezeigt wird, ist 
niemals die reale Innenschaltung. Sie ist ein stark vereinfachtes 
Schema, daß dir vorgaukeln soll, daß der Chip total easy zu handeln ist. 
In Wirklichkeit gibt es aber oft versteckte Rückkopplungen vom Ausgang 
zum Eingang.

Das Entscheidende an diesem Spannungsteiler ist nicht so sehr, daß die 
rückgeführte Spannung aus einem Spannungsteiler kommt, sondern daß 
dieser direkt am Ausgangskondensator hängt. Damit sind goße und schnelle 
Änderungen nicht möglich. Wenn du aber die rückgeführte Spannung anders 
erzeugst, und diese dann hochfrequente Komponenten enthält, kannst du 
den Chip regelrecht lahmlegen.

Kai Klaas

Autor: Jörg S. (joerg-s)
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Kai Klaas schrieb:
> Das Entscheidende an diesem Spannungsteiler ist nicht so sehr, daß die
> rückgeführte Spannung aus einem Spannungsteiler kommt, sondern daß
> dieser direkt am Ausgangskondensator hängt. Damit sind goße und schnelle
> Änderungen nicht möglich. Wenn du aber die rückgeführte Spannung anders
> erzeugst, und diese dann hochfrequente Komponenten enthält, kannst du
> den Chip regelrecht lahmlegen.
So ernst würde ich das aber auch nicht sehen. Natürlich sollte der FB 
Pin möglichst nahe am Regler zurück kommen, aber ein nahe plaziertes 
Transistörchen tut der Sache ja keinen abbruch.
Und das im Datenblatt nur 2 Widerstände eingezeichnet sind, liegt 
garantiert nicht daran das man partout nichts anderes verwenden darf :)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jörg,

>So ernst würde ich das aber auch nicht sehen. Natürlich sollte der FB
>Pin möglichst nahe am Regler zurück kommen, aber ein nahe plaziertes
>Transistörchen tut der Sache ja keinen abbruch.

Wenn man die folgenden Datenblätter aufmerksam durchliest, dann erkennt 
man, daß es nicht nur darum geht, dem Feedback Pin die heruntergeteilte 
Ausgangsspannung zuzuführen, sondern gleichzeitig auch eine ganz 
bestimmte Phasenbeziehung einzuhalten. Um die Gegenkopplungschleife 
stabil zu halten, werden in den Beispielen den Widerständen ganz 
bestimmte Kapazitäten parallelgeschaltet, je nachdem ob die 
Gegenkopplung ein Phase Lag bzw. Phase Lead benötigt. Und wenn beim 
LM2576 kein Kondensator parallelzuschalten ist, dann ist eben keine 
zusätzliche Phasendrehung erforderlich. Das heißt aber nicht, daß dann 
der Phasengang in der Gegenkopplung egal ist.

http://cds.linear.com/docs/Datasheet/3502fd.pdf

http://www.national.com/ds/LM/LM2594.pdf

http://www.national.com/ds/LM/LM3673.pdf


>Und das im Datenblatt nur 2 Widerstände eingezeichnet sind, liegt
>garantiert nicht daran das man partout nichts anderes verwenden darf :)

Doch, ich denke, das trifft es genau: Man sollte nichts anderes 
anschließen, als genau die zwei Widerstände (und die Kapazität(en) die 
eventuell zusätzlich gefordert werden).

Solange nicht klar ist, was das "Transistörchen" mit der angeschlossenen 
komplexen Last für eine Phasendrehung in die Gegenkopplung einbringt, 
würde ich davon Abstand nehmen.

Kai Klaas

Autor: Jörg S. (joerg-s)
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>...sondern gleichzeitig auch eine ganz bestimmte Phasenbeziehung
>einzuhalten.

Zitat:
...and a phase lead capacitor (CPL) across the feedback divider may 
improve the phase margin and transient response.

It provides additional stability for high output voltages, low 
input-output voltages, and/or very low ESR output capacitors, such as 
solid tantalum capacitors.

Von zwingend notwendig steht da nix.

>Um die Gegenkopplungschleife stabil zu halten, werden in den Beispielen
>den Widerständen ganz bestimmte Kapazitäten parallelgeschaltet,...
Nur bei wenigen Beispielen.


Wenn man die ultimative, stabile und schnell reagierende Spannungsquelle 
haben will, sollte man da sicherlich nicht in der Schleife rumpfuschen. 
Aber für den aktuellen Fall dürfte es den Pumpen wohl vollkommen egal 
sein ob die Spannung noch ein wenig rauscht oder nicht in ns Zeit auf 
Laständerungen reagiert.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jörg,

>Von zwingend notwendig steht da nix

Also, wenn du aus den Beispielen nicht selbst siehst, daß eine 
undefinierte Phasendrehung in der Rückkopplung eines Switchers 
Instabilität und Schwingen zur Folge haben kann, dann kann ich dir auch 
nicht helfen.

>Wenn man die ultimative, stabile und schnell reagierende Spannungsquelle
>haben will, sollte man da sicherlich nicht in der Schleife rumpfuschen.
>Aber für den aktuellen Fall dürfte es den Pumpen wohl vollkommen egal
>sein ob die Spannung noch ein wenig rauscht oder nicht in ns Zeit auf
>Laständerungen reagiert.

Naja, wenn ein 3A Switcher schwingt, kann das schon unangenehme Folgen 
haben. Nicht nur für die Last, sondern auch für den Switcher selbst.

Kai Klaas

Autor: Jörg S. (joerg-s)
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Kai Klaas schrieb:
> Also, wenn du aus den Beispielen nicht selbst siehst, daß eine
> undefinierte Phasendrehung in der Rückkopplung eines Switchers
> Instabilität und Schwingen zur Folge haben kann, dann kann ich dir auch
> nicht helfen.
Dann stellt sich die Frage warum der Hersteller den Kondensator nicht 
zwingend vorschreibt wenn das ohne alles so katastrophal ist :)

Kai Klaas schrieb:
>Naja, wenn ein 3A Switcher schwingt, kann das schon unangenehme Folgen
>haben. Nicht nur für die Last, sondern auch für den Switcher selbst.
Richtig. Nur muss man es erst mal mal schaffen das was schwingt...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jörg,

>Dann stellt sich die Frage warum der Hersteller den Kondensator nicht
>zwingend vorschreibt wenn das ohne alles so katastrophal ist :)

Das ist wie bei Operationsverstärkern, da "empfiehlt" der Hersteller 
auch nur und "zwingt" nicht. Und wenn du dann die "empfohlene" Phase 
Lead in der Gegenkopplung wegläßt, dann schwingt er eben.

>Richtig. Nur muss man es erst mal mal schaffen das was schwingt...

Was beinahe ausgeschlossen ist, wenn du diese zwei "empfohlenen" 
Widersände verwendest, aber eben nicht, wenn sich dort eine 
phasendrehende Phantasieschaltung befindet.

Kai Klaas

Autor: Jörg S. (joerg-s)
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>Und wenn du dann die "empfohlene" Phase Lead in der Gegenkopplung
>wegläßt, dann schwingt er eben.
Oder auch nicht...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jörg,

>Oder auch nicht...

Genau! Meistens passiert glücklicherweise garnichts...

Kai

Autor: Torben (Gast)
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Hallo,

zum Thema Strombegrenzung. Ich benutze in meiner Schaltung einen Shunt 
und den INA138 + OP (Komperator). Der Strom in meiner Schaltung musste 
auf 1,38A begrenzt werden. Der INA138 misst den Spannungsabfall über den 
Shunt und der Komperator wurde auf meinem maximal Strom eingestellt. Der 
Komperaturausgang steuert den Enableeingang vom LM2576 über ein 
Transistor. Wie schnell meine Schaltung sein sollte wurde nie angegeben.

Wie schnell musst Du abschalten ? Peakstroem oder Dauerstrombegrenzung?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Torben,

>Der INA138 misst den Spannungsabfall über den Shunt und der Komperator
>wurde auf meinem maximal Strom eingestellt. Der Komperaturausgang
>steuert den Enableeingang vom LM2576 über ein Transistor.

Interessant. Und wie geht es dann weiter? Da der Switcher jetzt aus ist 
und kein Strom mehr fließt, schaltet der Komparator ihn ja gleich wieder 
ein, oder? Hast du da eine Verzögerung, die den Switcher ausgeschaltet 
hält oder kann er gleich wieder einschalten?

Kai Klaas

Autor: Wolfgang D. (Gast)
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> ...oder kann er gleich wieder einschalten?

Dann schwingt es wirklich, aber wahrscheinlich nur langsam.

Da ist ja noch einiges an Diskussion gekommen.
@ Kai: Die empfohlenen Kondis im FB-Netzwerk stehen in den anderen 
Datenblättern, jedoch nicht beim 2576. Ich nehme an, dass du deine 
Gründe hast, die Gesetzmäßigkeiten auch auf diesen Chip zu übertragen, 
wüsste diese aber auch gerne.
Beim Betrieb von DC-Motoren mit Bürsten werden auch ohne 
Stromfühlerwiderstand ganz erhebliche Spannungsschwankungen erzeugt, die 
über die R's auf den FB-Pin einwirken und diesen evt. aus dem Tritt 
bringen könnten. Zumindest liegen diese Schwankungen weit oberhalb des 
typischen ripple der Ausgangsspannung. Insofern wäre also der Betrieb 
eines Motors auch grenzwertig, nur habe ich sowas bisher noch nicht 
gelesen.

Gruß,
Wolfgang

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