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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LM2576 und Synchrongleichrichtung (Step-Down)


Autor: Robert (Gast)
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Hallo,

ich möchte den LM2576 Stromtechnisch etwas "aufpumpen" für einen großen 
Step-Down Wandler.

Eingangsspannung 26-35V, Ausgang 5V bei 4A

Ich meine irgend wo im Netz mal eine Trickschaltung gesehen zu haben 
dort wurde die Schottkydiode durch einen N-FET ersetzt. Ein P-FET 
übernimmt das Pulsen der Spule, der LM2576 dient nur noch als Steuer-IC.

Hat da jemand eventuell eine erprobte Schaltung? Ich möchte wenn möglich 
keinen extra Schaltregler-Controller kaufen. LM2574-76 sowie FETs habe 
ich noch jede Menge da.

Grund für den Wunsch der Synchrongleichrichtung ist das ich mir die 
Diodenverluste und dadurch das Heizen im geschlossenen Gehäuse ersparen 
will. Weiterhin Steigt dadurch ja auch der Wirkungsgrad erheblich. Da 
der P-FET ebenfalls viel kleinere Spannungsverluste hat wie der interne 
Darlington der LM-Schaltregler steigt der Wirkungsgrad nochmals.

Grüße
Robert

Autor: Günther N. (guenti)
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Hier ist solche "Trickschaltung" enthalten:
http://www.qrp4u.de/docs/de/smps_new/

Autor: Robert (Gast)
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@guenti,

danke für den Link, das ist allerdings leider nicht ganz das was ich 
suche.

Ich suche nen Schaltregler in normaler Drosselwandler-Bauweise (also 
ohne galv. Trennung) bei dem die Freilaufdiode der Spule durch einen 
N-FET ersetzt wird.

Grüße
Robert

Autor: Michael S. (Gast)
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Hallo Robert,

such mal unter dem Stichwort "Arduinosolar.pdf".
Da gibts einen Schaltplan ...

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Das Prinzip was dahinter steckt nennt sich Current-Boosted Buck 
Converter, bei dem die Ausgangsspule auf zwei Wicklungen (und damit auf 
dem selben Kern) aufgeteilt wird.
'Geladen' wird die Spule im Prinzip mit beiden Wicklungen in Serie, 
während in der Sperrphase des Schalttransistors nur noch ein Teil der 
Wicklung über die Diode mit der Last in Serie liegt. Dabei baut sich das 
komplette gespeicherte Magnetfeld nun nur noch über diesen einen 
Wicklungsteil ab, womit a) die Spannung herunter transformiert wird, 
aber b) um den gleichen Faktor der Strom hochtransformiert wird. Ergo 
könnte man den LM2576 bei nominell 30V rein und 5V raus zu einem Regler 
bis zu einem max. Ausgangsstrom von etwa 18A basteln. Die Spule wäre 
dann vmtl. selbst zu wickeln, weil es sie nirgends fertig zu kaufen 
gibt.

Autor: Robert (Gast)
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@corvuscorax,
das klingt interessant, ich vermute du meinst so etwas wie die Schaltung 
in den LT1076 Datenblättern, Stichwort "Tapped Inductor".
Das Prinzip scheint mir klar, allerdings hat deine Antwort mit meiner 
Ursprünglichen Frage der Synchrongleichrichtung nicht wirklich was zu 
tun...
Mit geht es darum bei einem Standart-Buck Wandler die Rückschlagdiode 
(normalerweise ja Schottky) die je nach Strom ganz anständig heizt zu 
eliminieren und durch einen gegenphasig angesteuerten N-FET zu ersetzen.
Wenn ich die Diode durch den FET ersetze und beim LM2574-76 noch den 
Schalttransistor durch einen externen P oder besser N-FET sollte der 
Wirkungsgrad so im bereich von 90% sein damit bin ich dann zufriden.

Trotzdem Danke für deinen Tip dadurch habe ich nun den Trick der 
Mittelanzapfung an dem ich auch schon etwas länger rumgerätselt habe 
verstanden. :-(

Grüße
Robert

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Robert schrieb:
> @corvuscorax,
> das klingt interessant, ich vermute du meinst so etwas wie die Schaltung
> in den LT1076 Datenblättern, Stichwort "Tapped Inductor".
> Das Prinzip scheint mir klar, allerdings hat deine Antwort mit meiner
> Ursprünglichen Frage der Synchrongleichrichtung nicht wirklich was zu
> tun...

Doch, denn damit kann man den LM2576, was den max. Ausgangsstrom 
anbelangt, pimpen, denn die 4A kann er so allein noch nicht wirklich 
liefern.
Natürlich gebe ich Dir in sofern Recht, dass dies nur die halbe Miete 
war, aber ohne dies nützt Dir die aktive 'Rückschlagdiode' nur wenig. 
;-)

Alles weitere hängt dann u.U. eben davon ab, wie man die eigentliche 
Wandlerschaltung aufgebaut hat, d.h. wie man die Ansteuerung der Diode 
realisieren könnte und das Schaltsignal für den die Diode ersetzenden 
MOSFET erzeugt bekommt.

> Mit geht es darum bei einem Standart-Buck Wandler die Rückschlagdiode
> (normalerweise ja Schottky) die je nach Strom ganz anständig heizt zu
> eliminieren und durch einen gegenphasig angesteuerten N-FET zu ersetzen.
> Wenn ich die Diode durch den FET ersetze und beim LM2574-76 noch den
> Schalttransistor durch einen externen P oder besser N-FET sollte der
> Wirkungsgrad so im bereich von 90% sein damit bin ich dann zufriden.

Wenn wir jetzt aber mal tacheles Reden und den Gewinn der aktiven Diode 
mit der einer Standard-Schottky-Diode vergleichen, so würde ich sagen, 
dass der Anteil der Diode vielleicht 50% der Verluste des Reglers 
ausmacht.
Also - bei 3A Ausgangsstrom hat der LM2576 annähernd schon seine 90% 
wobei an ihm selbst bei einer VCEsat des Schalttransistors von ca. 1,4V 
bereits 4,2Wpeak 'verbraten' werden (Worst-Case, aber nicht 
'continuous', da es ja wie gewöhnlich vom Tastverhältnis abhängt, 
wieviel als Mittelwert dabei rauskommt). Da fallen die 4A und evtl. 0,5V 
UF für eine gute Schottky mit lediglich weiteren 2Wpeak nicht so sehr 
ins Gewicht (finde ich). Aber gut, das muss halt jeder selbst wissen, ob 
ihm dieser Mehraufwand die (Entwicklungs-)Arbeit und zusätzlicher 
Bauteilaufwand die Sache auch wert ist.

> Trotzdem Danke für deinen Tip dadurch habe ich nun den Trick der
> Mittelanzapfung an dem ich auch schon etwas länger rumgerätselt habe
> verstanden. :-(

Gern geschehen. ;-)

Autor: Robert (Gast)
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@corvuscorax,
mit dem Verlust der Schottkydiode gebe ich dir recht, die heizt ganz 
schön.
Mit dem Strom hast du auch recht, ich habe grade ins Datasheet geschaut 
mit den 3A wird das verdammt eng mit dem LM2576...
Ich werde allerdings den Strompfad nicht durch den LM2576 laufen lassen 
sondern an diesem Vorbei. Der interne Transistor schaltet dann nur den 
"Steuerstrom", den Laststrom schaltet ebenfalls ein externer FET.

Der Grund für diesen Aufwand um das letzte Bisschen an Wirkungsgrad aus 
dem Ding rauszupressen ist, das der Betriebsstrom aus Akkus kommt die 
mittels eines Dieselgenerators (Stationärer Riesenkübel mit viel 
Durst...) nachgeladen werden. Solarzelle ist leider noch nicht montiert, 
bzw. muß erst noch gekauft werden. Es handelt sich um eine Art 
Blockhütte die etwa 30 km von der Zivilisation weg ist. Gibt keinen 
Strom vom Kraftwerk und kein Fließendes Wasser dort. Nur nen Ziehbrunnen 
wie im Mittelalter. Das ganze ist aber auch mal recht Lustig dort mal 
nen Langes Wochenende zu Verbringen um Auszuspannen. Nur will natürlich 
keiner auf ein Minimum an Komfort verzichten. Und nun rate mal was die 
meisten Komfort-Sachen wie Laptop, Glotze, oder auch nur poplige Lampen 
usw. brauchen.... Richtig, Elektronen und davon ganz viele. :-) Egal ob 
der Strom vom gefräßigen Dieselgenerator oder einer (noch nicht 
vorhandenen) Solarzelle kommt, Verschwendung ist etwas was man sich 
damit nicht leisten sollte damit die Akkus nicht im ungünstigsten Moment 
leer sind... Nachts die Rumpelmaschine (=Diesel) laufen zu lassen ist 
für die Nachtruhe nicht so zuträglich... :-)

Lange Rede kurzer Sinn, der Wirkungsgrad ist entscheidend in diesem 
meinem Fall, Kosten spielen zwar auch eine Rolle, aber Primär ist der 
Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit entscheidend für mich.

Ich hoffe du verstehst meine Motivation nun... :-)#

Grüße
Robert

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Wenn es sich also nur um den bestmöglichen Wirkungsgrad dreht, so kann 
ich Dir eigentlich nur den LTC3780 (von Linear Technologies) empfehlen. 
Der kommt locker auf über 95%, da er keine internen Leistungs-Schalter 
besitzt, sondern lediglich die (MOSFET-)Treiber zur Verfügung stellt. 
Mit entsprechend ausgesuchten externen MOSFETs als Schalter geht dann so 
richtig die Post ab. ;-)
Bislang habe ich noch keinen besseren (was den Wirkungsgrad betrifft) 
Buck/Boost-Controller gesehen. Schau doch einfach mal bei www.linear.com 
vorbei und sieh selbst. (Nein, ich arbeite nicht bei LT und bekomme auch 
keine Provisionen jedweder Art.)

Autor: Robert (Gast)
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@corvuscorax,
klasse das teil sieht sehr gut aus. Hast du ne ahnung wo man den kriegen 
kann außer bei Linear direkt?

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Tja, Halbleiter und vieles Andere bestelle ich eigentlich immer (öfter) 
bei www.elpro.org. Die Preise sind häufig günstiger als bei Reichelt und 
Co. und das was ich zumeist suche hat meistens weder Reichelt noch 
andere Anbieter - dafür aber elpro.
Aber den LTC3780 hat sowohl Reichelt (für 7,03 Euro) als auch elpro (für 
6,51 Euro)! Auch der LM2576T-ADJ ist bei elpro 9 Cent günstiger und 
kostet somit nur 1,01 Euro. ;-)

Eines solltest Du auf jeden Fall beachten: Da der LTC3780 mit einer 
höheren Frequenzen schaltet (bis 400kHz), während sich z.B. der LM2576 
irgendwo mit 42...63kHz begnügt, ist ein gutes Platinen-Layout 
funktionsentscheidend - auch was EMV angeht. Schau Dir also unbedingt 
das Referenz-Design an und 'kupfer' die Platine so gut es geht ab. 
Wichtig sind halt die 'Loops' in denen die 'größen' Ströme fliessen. 
Neben anderen wichtigen Dingen sollten diese Loops so klein/kurz wie 
möglich gehalten werden.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Wenn's auch wieder ein Baustein von National sein darf, kann ich den 
LM3150 empfehlen. Den habe ich schon erfolgreich für Versorgungen bis 
10A eingesetzt. Wenn man gute MOSFETs nimmt (ich nehm' gerne die 
IRFR1018), kommt man auf sehr gute Wirkungsgrade.

Aber auch TI hat einige gute Controller für externe FETs im Angebot...

Autor: Robert (Gast)
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Danke für die vielen Tips ich werde mal schauen und datenblätter 
vergleichen und das Ergebniss für welchen Chip ich mich entschieden habe 
hier mitteilen.

Wo bekomme ich den LM3150?

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