Hallo,
für ein privates Projekt lege ich gerade meinen ersten Schaltregler aus,
und hätte dazu gerne euren Rat.
Aus einer Versorgungsspannung von ca. 40VDC möchte ich 10V zum Schalten
von Magnetventilen sowie zur Versorgung einer uC-Schaltung (mit 7805)
erzeugen.
Der Laststrom kann dabei zwischen ca. 10mA (nur uC-Schaltung aktiv) und
1,6A schwanken (Magnetventile aktiv), wobei 1,6A nur für begrenzte Zeit
(max 10s) benötigt werden.
Die Versorgung des uC habe ich mit Diode und Kondensator C3
"entkoppelt", um ein Reset beim Schalten der Magnetventile zu
verhindern.
┌------┐ L1
+40V--|>|--o--| |--o--████--o--o------o------->Magnetventile
| |LM2576| | | | |
| | |--┼-┐ ┌┴┐ | | ┌------┐
| └-┬--┬-┘ | | R1 | | | └-|>|-o-| 7805 |-o->uC
| | | | | └┬┘ | | └--┬---┘ |
C1 = | | | └------o = C2 | | |
| | | ┴ ┌┴┐ | C3 = | = C4
| | | ^ R2 | | | | | |
| | | T └┬┘ | | | |
| | | | | | | | |
GND--------o----o--o----o--------o--o------------o----o-----o----
Laut LM2576 Datenblatt sollte Spule L1 mit E*t = 144 V*us und kleinstem
Laststrom eine Induktivität von 1500uH - 2200uH haben (das Diagramm geht
leider nur runter bis 0,3A.
Meine Fragen jetzt:
1.) Brauche ich wirkliche eine so große Induktivität?
2.) Gibt es passende Spulen bei Reichelt (da bestelle ich sowieso) oder
Conrad (ist bei mir in der Nähe)?
3.) Sollte ich eventuell einen komplett anderen Ansatz verwenden? Die
Ausgangsspannung des Schaltreglers braucht nicht besonders genau sein;
die Magnetventile schalten auch mit 9V oder 12V und die uC-Versorgung
ist ja sowieso extra geregelt.
Danke & viele Grüße
Lasse
:
Verschoben durch Moderator
Den 7805 schmeiss raus, der ist veraltet, braucht zuviel Strom. Minn da einen LP2951, oder so. Zum Schaltregler. Je groesser die Spule desto kleiner der Rippel. Allerdings ist aufzupassen, dass die Stromtragefaehigkeit hinkommt. Denn Speicherspulen muss man nach dem maximalen Strom auslegen, also min 1.6A
Habe gerade noch weiter im Datenblatt gelesen, dass die Induktivität für countinous mode ausgelegt ist. Meiner Meinung nach, wäre auch discontinuous operation okay. Im Datenblatt wird auf die Software "Switchers made simple" verwiesen, allerdings scheint diese den LM2576 nicht zu kennen :( Wie ist die Spule auszulegen, wenn discontinuous operation okay ist? Danke nochmals & viele Grüße Ladde
Hallo Drei von Vier und danke für die Antwort. Dass der 7805 nicht das non plus ultra ist, ist mir klar. Aber er ist für meine Anwendung ausreichend (nehme ich an) und ich habe noch einige davon rumliegen. Gibt es einen mathematischen Zusammenhang zwischen der Größe der Spule und dem Ripple? 1V könnte ich ja durchaus verkraften. Danke & Grüße Ladde
Drei von Vier schrieb: > Den 7805 schmeiss raus, der ist veraltet, braucht zuviel Strom. Minn da > einen LP2951, oder so. Zum Schaltregler. Je groesser die Spule desto > kleiner der Rippel. Allerdings ist aufzupassen, dass die > Stromtragefaehigkeit hinkommt. Denn Speicherspulen muss man nach dem > maximalen Strom auslegen, also min 1.6A Das ist aber so sehr pauschal. Ja, die Spulen nach der Dimensionierung in den SimpleSwitcher Datenblättern ist immer Continuous Mode, daher auch der große Spulenstrom. Du kannst auch im Discontinuous Mode arbeiten, da musst du aber dann genau gucken, welchen Maximalstrom der Switcher liefert. Bei 1,6A würde ich bei 2,0A Spulenstrom abschalten lassen. Der LM2576 hat allerdings typ. 5,8A und max. 7,5A Current Limit. Na gut. Das bedeutet jedoch, dass deine Spule einen max. Sättigungsstrom von 7,5A aushalten muss, was schon je nach Induktivität, relativ heftig ist. Der maximale DC Current in der Spule wird dann ungefähr bei dem Ausgangsstrom liegen. Ich empfehle dir den etwas neueren LM2596 zu nehmen. Gleiche Funktionalität und höhere Schaltfrequenz. Im LM2596 Datenblatt finden sich etwas mehr Infos zum Discontinuous Mode. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf (Seite 22)
Um mit kleineren Induktivitäten arbeiten zu können, solltest Du einen anderen Schaltregler nehmen, der mit höherer Schaltfrequenz arbeitet: LM2596 (150kHz) oder LM2676 (250kHz). Eine weitere Möglichkeit wäre, das Magnetventil direkt mit PWM (25%-30% bei 20kHz) anzusteueren. Nach dem, was Du oben beschrieben hast, werden Dir diese Grobinformationen sicherlich reichen.
Die Induktivität ist deshalb so gross, weil er sie nach dem Minimalstrom dimensioniert hat, nicht wie üblich nach dem Maximalstrom.
Der Zusammenhang des Rippels mit der Induktivitaet im continous mode. Wir legen also Vcc & GND wechselweise an. Das fuehrt zu einem Stromanstieg, Stromabfall nach der Differentialgleichung di/dt = U/L, genauer (Vcc-Vout)/L, resp (GND-Vout)/L. Wenn nun die ausgeschaltete Zeit groesser ist wie der Strom auf Null abnimmt, kommen wir in den diskontinuiertlichen mode. Wenn man also in kontinuierlichen mode bleiben will, benoetigt man eine groessere Spule, dh mehr Henry. Beim Stepdoum wandler ist das Puls/ Periodendauerverhaeltnis = Vout/Vcc. Nun zum rippel. Wir haben also den Ladestrom, Entladestrom gemaess obiger herleitung. Dieser kommt auf den Ausgangskondensator. Die Spannung ueber dem Ausgangskondensator aendert nach der Differentialgleichung : du/dt = i/C Wenn man's nun genauer haben will, muss man die Differentialgleicgungen loesen : Stromanstieg : di/dt = (Vcc-Vout(t))/L Stromabfall : di/dt = (GND-Vout(t))/L Ripple : du/dt = i(t)/C Fuer den Rippel muessen wir nun ueber die Pulse, sowie ueber die Pausenzeit integrieren und erhalten min & max. min = integral ( -du/dt, pause) max = integral ( du/dt, pulse) Ripple = max-min Irgendwo kommt noch der Ausgangsstrom rein...
Im kontinuierlichen Betrieb ist ΔI(L) nicht von der Last abhängig, nur von Spannungsdifferenz, Induktivität und Zykluszeit. Der dadurch hervorgerufene Ripple ist folglich nicht lastabhängig. Das ändert sich erst im diskontinuierlichen Betrieb, also bei diesen Simple Switchern bei sehr geringer Last. Beim Ripple sollte man den ESR des Ausgangselkos nicht vergessen.
Danke für die vielen Antworten! :) Ich werde es jetzt mit einem LM2676 probieren. Bei der Auslegung nach Maximalstrom benötige ich eine Induktivität von 68uH. Ich werde es mit 100uH versuchen: http://www.reichelt.de/Power-Induktivitaeten-SMD/L-PISR-100-/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=3709&ARTICLE=73070&SHOW=1&START=0&OFFSET=500&; Falls es dann Probleme beim Minimalstrom gibt (wie würden die sich äußern?), werde ich einen getrennten Regler 40V->5V verwenden und den 10V-Regler nur aktivieren, wenn die Magnetventile geschaltet werden. Falls es noch weitere Tipps gibt, gerne her damit :)
Beim LM2676: Layoutregeln beachten, ausserdem liegt dessen Arbeitsfrequenz im EMV-Bereich. Der LM2576 ist weniger pingelig.
L. K. schrieb: > Falls es noch weitere Tipps gibt, gerne her damit :) Wenn Du Dich schon nicht an die PWM-Ansteuerung des Ventiles traust, nimm den einfachsten Schaltregler dieser LMxxxx-Reihe und verwende ihn nur für das Magnetventil. Per ON/OFF-Eingang läßt er sich bequem vom µC ansteuern und wird immer nur mit Vollast betrieben.
Wenn 12V Spannung und 1,3A ausreichen kann ich dir zwei DC/DC Wandler TEN 8-4812WI (http://www.tracopower.com/datasheet_g/ten8wi-d.pdf) anbieten. Diese parallel verschalten und du hast saubere 12V aus 18-75V Input. Eventuell packen die auch 1,6A Spitze das müsste man mal ausprobieren. Gruß
L. K. schrieb: > Falls es noch weitere Tipps gibt, gerne her damit :) L. K. schrieb: > wobei 1,6A nur für begrenzte Zeit (max 10s) benötigt werden. Die Magnetventile über Vorwiderstand direkt an die 40V, das macht sie auch etwas flinker. Für ein paar Sekunden stört die zusätzliche Verlustleistung sicher nicht. Und den µC über einen Recom 3Bein-Schaltregler (oder was ähnliches) direkt an 40V. Während in Villariba noch Schaltpläne gewälzt werden, schaltest du so schon deine Ventile. MfG Klaus
Hallo und danke für die weiteren Beiträge. @A.K.: Layoutregeln werden beachtet :) @Ian: Ja, das war ja mein Alternativ-Plan L.K. schrieb: > einen getrennten Regler 40V->5V verwenden und den 10V-Regler > nur aktivieren, wenn die Magnetventile geschaltet werden. @Borsty: Danke für das Angebot. Ich hatte euch vorenthalten, dass ich das ganze ca. 10x aufbauen werde, wenn es funktioniert. Da sind mir die DC/DC Wandler dann zu teuer. @Klaus: 1,6A * (40V - 10V) = 48W Verlustleistung am Widerstand ist dann doch etwas zu hoch. Viele Grüße Ladde
L. K. schrieb: > @Klaus: 1,6A * (40V - 10V) = 48W Verlustleistung am Widerstand ist dann L. K. schrieb: > von Magnetventilen Ich lese da einen Plural, also einen Widerstand pro Ventil, so wars gemeint. MfG Klaus
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