Versorgung eines Step Down Converters

edit: Mit Versorgung meinte ich die Eingangsspannung ist 12Volt, eine 
Richtige Versorgung wie ein OP in dem Sinne hat er ja nicht.

> Holt der sich genau den Strom, den die Schaltung dahinter braucht

Nein, es ist kein Linearregler.

> von der 12V Versorgung, also die 500-600 mA
> oder braucht der selbst auch noch was?

Ja, sicher braucht er auch noch was für sich selbst.

> Der uC braucht 5V wodurch ich einen LM2575 verwenden möchte.

Mich wundert, wie du zur Auswahl es LM2575 kommst, wo du doch offenbar 
überhaupt nicht weisst, um welchen Chip es sich dabei handelt.

> Der Duty Cycle wird von einem ATmega erzeugt welcher Versorgungsmäßig
> 200 mA und pro Pin max. 40 mA braucht. In Summe rund 500-600 mA.

Die Rechnung halte ich für unwahrschweinlich, da der AVR gar nicht den 
Umladestrom der MOSFETs der H-Brücke liefern kann, sondern man dazu 
nicht die 5V sondern die 12V verwenden wird.

Ich glaube, ihr solltest mit euren Überlegungen noch mal von vorne 
anfangen.

MaWin schrieb:
>> Holt der sich genau den Strom, den die Schaltung dahinter braucht
>
> Nein, es ist kein Linearregler.

Ich habe mir zuerst den LM7805 angesehn, wenn ich da 7 V verheize und 
600 mA brauche, sind mir die Verluste zu hoch.

MaWin schrieb:
>> von der 12V Versorgung, also die 500-600 mA
>> oder braucht der selbst auch noch was?
>
> Ja, sicher braucht er auch noch was für sich selbst.

Ich finde immer nur Vin aber nicht Iin oder Ivcc wie in den anderen 
Fällen.

MaWin schrieb:
>> Der uC braucht 5V wodurch ich einen LM2575 verwenden möchte.
>
> Mich wundert, wie du zur Auswahl es LM2575 kommst, wo du doch offenbar
> überhaupt nicht weisst, um welchen Chip es sich dabei handelt.

Es handelt sich um einen Step Down Converter welcher bis zu 1A Iload 
liefern kann :).
Der LM2575 soll die Versorgung des ATmega16M1 bereitstellen, mit welchem 
wir den DC erzeugen (PLL 64 MHz)
In der Simulation läuft schon alles, auch der LCL-Filter um den Ripple 
klein zu halten ist fertig dimensioniert.

MaWin schrieb:
>> Der Duty Cycle wird von einem ATmega erzeugt welcher Versorgungsmäßig
>> 200 mA und pro Pin max. 40 mA braucht. In Summe rund 500-600 mA.
>
> Die Rechnung halte ich für unwahrschweinlich, da der AVR gar nicht den
> Umladestrom der MOSFETs der H-Brücke liefern kann, sondern man dazu
> nicht die 5V sondern die 12V verwenden wird.

Muss er auch nicht, das übernimmt der LTC4444 Gatetreiber, ich habs 
nurnicht dazugeschrieben da es für mich zur eigentlichen Frage nicht 
relevant war.
Den Gatetreiber versorgen wir auch über eine 12V Versorgung mit 3A 
Ausgang.

Gerd E. schrieb:
>> Der Duty Cycle wird von einem ATmega erzeugt welcher Versorgungsmäßig
>> 200 mA und pro Pin max. 40 mA braucht. In Summe rund 500-600 mA.
>
> Lies Dir das Datenblatt vom Atmega nochmal GENAU durch. Wenn Atmel nicht
> heimlich über Nacht ne neue PowerAtmega-Serie rausgebracht hat die ich
> noch nicht kenne, stimmen diese Werte nicht.
>
> Wie MaWin schon schrieb, wirst Du die FETs nicht an den Atmega direkt
> anschliessen können, sondern noch nen Treiber brauchen.

LTC4444 MosFet Gatedriver steht oben.

Das einzige was ich gefunden habe ist Zitat aus Datasheet:

"Total power dissipated by the LM2575 can be estimated as follows:

PD = (VIN) (IQ) + (VO/VIN) (ILOAD) (VSAT)"

Vin, VO, Iload is mir klar, Iq wird leackage Vurrent (Ruhestrom?) sein 
und
Vsat muss ich noch nachlesen.

Die Verluste weiss ich somit, muss nur noch in den einzelnen Diagrammen
die einzelnen Werte raussuchen.

Ich müsste nurnoch wissen welchen Strom der LM2575 selbst braucht also 
Load-Current + X.

Solche Sachen mit der Versorgung stehn auch meistens schon auf der 
ersten Seite, Vcc steht da und beim Strom eben nur:

"featuring 50 μA (typical) standby current", wobei mir das zuwenig 
vorkommt als Eigenbedarf.

Bei den Electrical Characteristics steht ebenfalls nur Vin und Iload.
Wenn ich den Strom wüsste wäre ich soweit fertig, muss alles so genau 
für die Dokumentation in Erfahrung bringen.

Quiescent Current
steht auch im Datenblatt

> Den Gatetreiber versorgen wir auch über eine 12V
> Versorgung mit 3A Ausgang.

Ihr habt ein signifikantes Problem mit der Zuordnung von Maximalwerten 
und realen Zahlen.

> In der Simulation läuft schon alles

Na dann lass dir doch mal die realen mittleren Ströme anzeigen.

Die liegen mit Sicherheit deutlich unten den von dir hier genannten, es 
sei denn du verschweigst 90% der Schaltung.

600mA*5V+3A*12V = 39 Watt nur für die Ansteuerung ?
Die Bauteile glühen doch alle.

Und dann tut's wahrscheinlich ein 78L05.

MaWin schrieb:
>> Den Gatetreiber versorgen wir auch über eine 12V
>> Versorgung mit 3A Ausgang.
>
> Ihr habt ein signifikantes Problem mit der Zuordnung von Maximalwerten
> und realen Zahlen.

Das ist die Vorgabe, die Schaltung muss mit den max. Werten 
diemnsioniert
werden.
Die Schaltung wird in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen entwickelt 
die uns gewisse Vorgaben machen, von denen wir nicht abweichen dürfen.
Darum auch die hohen Stromwerte beim uC aber die wollen auf Nummer 
sicher gehen und für uns dient es zur Übung mal eine Entwicklung zu 
sehen.

MaWin schrieb:
> Na dann lass dir doch mal die realen mittleren Ströme anzeigen.
>
> Die liegen mit Sicherheit deutlich unten den von dir hier genannten, es
> sei denn du verschweigst 90% der Schaltung.
>
> 600mA*5V+3A*12V = 39 Watt nur für die Ansteuerung ?
> Die Bauteile glühen doch alle.
>
> Und dann tut's wahrscheinlich ein 78L05.

Ich glaube nicht dass das so einfach ist, denn die Entwickler haben sich 
ja was dabei gedacht zwischen Step-Down-Converter (LM2575) und linear 
Spannungsregler (LM7805).

So weit ich weiss, stimmt deine Rechnung P=U*I nur beim linear 
Spannungsregler, weil der wirklich von 12 auf 5 Volt die 7 Volt verheizt 
also in Wärme umsetzt. Bei unserer Schaltung würden das über 3 Watt sein 
was nicht angenehm zu kühlen wird, Sieht man auch im geringen 
Wirkungsgrad dieses Bauteils (40%), das man hier schnell an seine 
Grenzen kommt.

Darum auch der Entschluss den Step-Down zu verwenden.
Ich habe noch nicht sooft mit solchen Bauteilen gearbeitet aber ich hab 
es so verstanden das wenn du 12VDC hast und 5VDC am Ausgang haben 
willst, du jetzt so über den Daumen, einen Duty Cycle hast der 60% aus 
und 40% ein ist. Da man hier immer ein-und ausschaltet sieht hier die 
berechnung der Verlustleistung auch anders aus.
Also hier wieder P=U*I zu sagen glaube ich nicht, darum gibt es solche 
Bauteile doch, da sie weniger Verluste haben.
Der Wirkungsgrad ist daher auch auf 80% und mehr.

Bitte bessert mich aus wenn ich falsch liege aber das is ja der Grund 
warum man Step-Down nimmt und keinen linearen Spannungsregler oder?

Bei einem Schaltregler in Pout = Pin - Verluste. Die Verluste liegen im 
Schnitt bei 10 bis 20%.

Du solltest aber trotzdem die Stromwerte überdenken. Dein Atmel wird 
glühen bei deinen Angaben. Den Strom den sich dein LM2575 rein tut wird 
relativ gering sein. Nach was du im Datenblatt schaun musst steht ja 
oben schon.

Wiggal schrieb:
> MaWin schrieb:
>>> Den Gatetreiber versorgen wir auch über eine 12V
>>> Versorgung mit 3A Ausgang.
>>
>> Ihr habt ein signifikantes Problem mit der Zuordnung von Maximalwerten
>> und realen Zahlen.
>
> Das ist die Vorgabe, die Schaltung muss mit den max. Werten
> diemnsioniert
> werden.
> Die Schaltung wird in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen entwickelt
> die uns gewisse Vorgaben machen, von denen wir nicht abweichen dürfen.
> Darum auch die hohen Stromwerte beim uC aber die wollen auf Nummer
> sicher gehen und für uns dient es zur Übung mal eine Entwicklung zu
> sehen.

Du hast leider keine Ahunung, von dem was du da tust. Abgesehen davon, 
dass es wahrscheinlich nicht funktioniert, kannst du damit auch jemanden 
umbringen. Mich schockt es, dass das wahrscheinlich ein professionelles 
Produkt werden soll.

Erstmal zum Stromverbrauch des atmega16m1:
Auf der zweiten Seite des automotive guides steht direkt unter absolute 
maximum ratings 200mA durch GND und VCC. D.h. mit mehr als 200mA darf 
man nicht rechnen. Die Funktion wird unter diesen Bedingungen schon 
nicht mehr garantiert. Bei Atmel liest sich das uebrigens so:
>Exposure to absolute maximum rating conditions
>for extended periods may affect device reliability.

600mA sind ein reiner Fantasiewert, der nichts mit der Realitaet zu tun 
hat.


Und weiter: Wenn man die Vorgabe hat auch absolute maximum ratings unter 
allen Umstaenden zu unterstuetzen, dann reicht ein 7805 immer noch aus 
da er 1A schafft. Bei entsprechender Kuehlung. Im normalBetrieb werden 
die 200mA nie erreicht werden, es sind eher 10mA. Und bei der 
Verlustleistung bleibt auch ein 7805 kalt. Das ganze thermisch an die 
Platine anbinden und dann sind auch alle Extremfaelle abgedeckt.

Ich persoenlich wuerde keinen 7805 verwenden. Sein Eigenbedarf betraegt 
bis zu 8mA, das ist fast mehr als die Zielschaltung. Dazu gibt es besser 
geschuetzte Regler. Hier ist sowieso ein Schutz fuer die 
Nicht-Leistungselektronik vor zu sehen. Ich denke an Diode, LC und 
Zener.


Und weiter:
Fuer den LTC4444 brauchst du eine eigene Spannungsversorgung. Den 
Eingangsfilter kannst du uebernehmen. Unter den absolute maximum ratings 
steht 14V, die erreicht ein Bleiakku + Schaltvorgaenge locker. 
Mindestspannung ist aber 7,2V, d.h. du kannst nicht die Logikspannung 
des atmega16m1 mit verwenden.

Die Spannungsversorgung fuer diesen IC benoetigt auch keine 3A. Eher 
etwas in der Groessenordnung 1/1000 davon. Schau dafuer auf Seite 6 im 
Datenblatt. In den Graphiken sieht man, dass es wahrscheinlich <70mA 
sind. Wobei ich viele Randdaten geraten habe.


Und als letztes:
Ich kenne mich wesentlich besser aus als du. Z.B. schaue ich mir auch 
mal die zweite Seite eines Datenblattes an und stepdown wandler habe ich 
auch schon einige aufgebaut. Du scheiterst an diesen Punkten.

Trotzdem habe ich vor einem Projekt, wie du es skizzierst, sehr viel 
Respekt. Das dauert hunderte von Stunden und verschlingt wahrscheinlich 
zwei Prototypen. Bei meinem Wissensstand, bei deinem...

Also ueberleg dir besser wie du moeglichst schnell aus dem Projekt 
herauskommst.

> Die Schaltung wird in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen entwickelt
> die uns gewisse Vorgaben machen,
> Das ist die Vorgabe, die Schaltung muss mit den max. Werten
> diemnsioniert werden.

Sicher nicht mit den absolute maximum Ratings laut Datenblatt,
sondern den maximalen Werten die real auftreten.

> Bitte bessert mich aus wenn ich falsch liege aber das is ja der Grund
> warum man Step-Down nimmt und keinen linearen Spannungsregler oder?

Im Prinzip schon.

AB einem gewissen Strom ist der step down Schaltreghler effektiver als 
ein Linearregler, und obwohl man mehr Bauteile hat, lässt es sich dann 
billiger aufbauen, weil nicht so viel Wärme abgeführt werden muß.

Aber ich bin nach wie vor davon überzeugt, daß eure Schaltung auch unter 
schlechtesten Rahmenbedingungen die zu der höchstmöglichen Stromaufnahme 
führen nicht so viel Strom braucht wie die Bauteile unter absolute 
maximum rating laut Datenblatt verbraten dürfen. Ihr habt das was 
missverstanden (oder der Auftraggeber hat wenig Ahnung von Elektronik).

Und dann wird der Schaltregler uneffektiver sein, zumal so ein 
schlechter step down wie der LM2575, und teurer und grösser ist er 
ausserdem.