Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannung bricht ein - Spulen werden heiß - Tiefsetzsteller


von Chris (Gast)


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Hallo,

bei meinem Aufbau mit 2 Tiefsetzstellern bricht leider die Spannung nach 
wenigen Minuten ein. Wobei zu erwähnen ist, dass die Spulen wirklich 
sehr heiß werden.

2 Tiefsetzsteller deshalb, weil ich für andere Anwendungen 15V und 5V 
benötige.
Am Eingang liegen etwa 40V. Diese werden durch den ersten 
Tiefsetzsteller geregelt auf 15V gesetzt und durch den zweiten auf 5V.

Die 5V gehen an ein Mikrocontroller Board, welches ich an und abstecken 
kann.

Vor 2 Tagen hatte ich das Problem, dass die beiden Tiefsetzsteller ohne 
Last (ohne angestecktem uC) die 15V und 5V lieferten, doch beim 
anstecken des uC kamen die 5V nicht mehr an. Stattdessen waren es nur 
noch 2V. Die 15V kamen ohne Probleme.

Als Fehlerquelle kam die Spule des zweiten Tiefsetzsteller in Frage, da 
dieser beim ausmessen nur 90uH anzeigte, statt vorgesehenen 330uH.
(Hier sei drauf hingewiesen, dass die Spule des ersten Tiefsetzstellers 
beim messen ca. 240uH hatte)

Den mit 90uH habe ich ausgewechselt. Dann wieder ohne Last getestet, was 
wie erwartet weiterhin funktionierte. Mit Last (mit uC) funktionierte es 
auch, also ca. 15V (14,..V) und ca. 5V (4,8..V) kamen an. Dies ging aber 
nur wenige Minuten, dann stürzten die 15V auf ca. 3-4V und die 5V auf 
ca. 1-2 V.

Wenn ich den Eingang ausschalte und nach wenigen Minuten wieder 
einschalte, genau dasselbe Spiel.

Liegt es eventuell daran, dass die beiden Spulen einfach zu klein 
dimensioniert wurden?

Danke

__________

Zu dem Schaltplan sei erwähnt, dass R20 nicht vorhanden ist und R19 1 
Ohm hat.
Die beiden anderen sind angegeben.

von Germanist oder was? (Gast)


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Man kann sich aber auch Umständlich ausdrücken... Tiefsetzsteller...

von Chris (Gast)


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Germanist oder was? schrieb:
> Man kann sich aber auch Umständlich ausdrücken...
> Tiefsetzsteller...

Wie wäre denn eine optimalere Ausdrucksweise gewesen ;D?

von Michael B. (laberkopp)


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Chris schrieb:
> Tiefsetzstellern

Wieso Steller ? Woher kommt dieses teutschtümelnde Unwort ?

Die haben doch FB Feedback und Regeln, das sind REGLER.

> Wobei zu erwähnen ist, dass die Spulen wirklich sehr heiß werden.

Na dann sind sie einfach unterdimensioniert, sie müssen den Strom 
aushalten, bei dem der Schaltreger-IC, dessen Typennummer du NATÜRLICH 
nicht angegeben hast, begrenzt.

Man müsste auch noch überlegen, ob sie Regler die 40V aushalten.

von Gerd E. (robberknight)


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Du hast lauter Spannungen genannt - doch keinerlei Stromstärken. 
Letztere sind hier interessant: wieviel wird vom 5V-Zweig gezogen? 
Wieviel vom 15V-Zweig? Wieviel Strom fliesst in den ersten Regler? Was 
sind das für Regler?

Was für Spulen hast Du genau verwendet (Hersteller, Modell, Datenblatt)? 
Was steht da zum Sättigungsstrom?

Wie sieht der Stromverlauf (oder wenigstens der Spannungsverlauf) an 
verschiedenen Stellen über die Zeit aus? -> Oszi. Vielleicht schwingt da 
ja was.

von Chris (Gast)


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Michael Bertrandt schrieb:

> Na dann sind sie einfach unterdimensioniert, sie müssen den Strom
> aushalten, bei dem der Schaltreger-IC, dessen Typennummer du NATÜRLICH
> nicht angegeben hast, begrenzt.
>
> Man müsste auch noch überlegen, ob sie Regler die 40V aushalten.

In Ordnung ;D. Es sind Regler.

Ich meine erste Regler hält sogar weitaus mehr als 40V aus. Da bin ich 
mir ziemlich sicher.

In meinem Layout sind nicht alle Typen angegeben und die Platinen und 
Daten habe ich leider nicht hier, sodass ich nicht alles angeben konnte.

Ich weiß aber, dass mit den 5V ein uC von Analog Devices ADUC70.. 
versorgt wird.

Also sollte ich es am besten mal mit 2 größeren Spulen probieren?

von Gerd E. (robberknight)


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Chris schrieb:
> In meinem Layout sind nicht alle Typen angegeben

Oben hast Du einen Schaltplan gepostet, kein Layout...

> sodass ich nicht alles angeben konnte.

tja, dann können wir nur raten und nicht helfen.

> Ich weiß aber, dass mit den 5V ein uC von Analog Devices ADUC70..
> versorgt wird.

Und woher sollen wir wissen wieviel Strom der zieht?

> Also sollte ich es am besten mal mit 2 größeren Spulen probieren?

Nein, als allererstes solltest Du die Ursache für das Problem finden. 
Dazu würde ich als erstes mal die tatsächliche Stromaufnahme mit den 
Maximalwerten (inkl. der thermischen) aus den Datenblättern der 
tatsächlich verwendeten Bauteile vergleichen.

Die Ursache kann aber auch ganz anders gelagert sein, z.B. schwingender 
Regler, falsches Layout, defekte Bauteile,...

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Chris schrieb:
> Also sollte ich es am besten mal mit 2 größeren Spulen probieren?

Du solltest es erst mal mit Datenblättern probieren.

Blödsinnige Rumrätselei.

Übrigens haben auch Spulen und Elkos Datenblätter.

von Herr Professor (Gast)


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Michael Bertrandt schrieb:
> Wieso Steller ? Woher kommt dieses teutschtümelnde Unwort ?
>
> Die haben doch FB Feedback und Regeln, das sind REGLER.

So wird es an fast jeder Uni gelehrt. Meistens lernt man eh nur die 
englischen Begriffe aber wenn nach einer deutschen Übersetzung gefragt 
ist heißt es halt Tiefsetzsteller oder eben Hochsetzsteller. So kann man 
die beiden Schaltungen ganz einfach auseinander halten und der Student 
ist glücklich.

von und sein Assistent (Gast)


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Michael Bertrandt schrieb:
> Wieso Steller ? Woher kommt dieses teutschtümelnde Unwort ?

Steht so in jedem (Grundlagen)buch zur Leistungselektronik.

von Chris (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Chris schrieb:
>> In meinem Layout sind nicht alle Typen angegeben
>
> Oben hast Du einen Schaltplan gepostet, kein Layout...

Ich weiß.

In dem mir zur Verfügung stehenden, aber dem, wie bereits festgestellt, 
nicht geposteten Layout kann ich durch antippen die jeweiligen Typen 
und/oder Werte entnehmen.
Bei einigen habe ich diese wohl beim erstellen nicht eingetragen, sodass 
ich zur aktuellen Stunde, über einige Bauteile, keine genaue Auskunft 
geben kann.

>> sodass ich nicht alles angeben konnte.
>
> tja, dann können wir nur raten und nicht helfen.

Raten ist schon garnicht schlecht, so weiß ich zumindest, was in Frage 
kommen könnte, auch wenn es mehrere Punkte sind. Diese könnte ich der 
Priorität nach abarbeiten.

>> Ich weiß aber, dass mit den 5V ein uC von Analog Devices ADUC70..
>> versorgt wird.
>
> Und woher sollen wir wissen wieviel Strom der zieht?
>
>> Also sollte ich es am besten mal mit 2 größeren Spulen probieren?
>
> Nein, als allererstes solltest Du die Ursache für das Problem finden.
> Dazu würde ich als erstes mal die tatsächliche Stromaufnahme mit den
> Maximalwerten (inkl. der thermischen) aus den Datenblättern der
> tatsächlich verwendeten Bauteile vergleichen.
>
> Die Ursache kann aber auch ganz anders gelagert sein, z.B. schwingender
> Regler, falsches Layout, defekte Bauteile,...

Ich muss mich bei dir bedanken. Nun weiß ich wie ich in etwa vorgehen 
muss, um feststellen zu können, ob es an den Spulen liegt (was ich für 
sehr wahrscheinlich halte).

Vorgehensweise

- Den Aufbau nochmal kurz laufen lassen und den Strom messen (vor und 
nach einbruch).
- Daten der Spulen durchgehen und schauen, ob diese dies vertragen und 
nochmal die Spulen messen, ob die induktivität nicht unter soll ist.

von MaWin (Gast)


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Herr Professor schrieb:
> heißt es halt Tiefsetzsteller oder eben Hochsetzstelle

Ein Regler ist kein Steller, also falsch.

und sein Assistent schrieb:
> Steht so in jedem (Grundlagen)buch zur Leistungselektronik

Nur an dem Absatz, an dem noch kein feedback und damit keine Regelung 
dabei ist.

Ab dem nächsten Absatz sind die Worte schon wieder ungültig, was 
überforderte Studenten nicht merken.

von (prx) A. K. (prx)


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Interessanter als semantische Kämpfe fände ich ja Information wie exakte 
Bauteiltypen und Strom. Aber nicht mal die Regler-ICs wurden verraten.

von Manfred (Gast)


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Chris schrieb:
> Zu dem Schaltplan sei erwähnt, dass R20 nicht vorhanden ist und R19 1
> Ohm hat.
> Die beiden anderen sind angegeben.

Wenn du beim ersten Regler R20 weggelassen hast, dann können doch dort 
keine 15V am Ausgang rauskommen, sondern nur die minimale 
Ausgangsspannung des Reglers.

von (prx) A. K. (prx)


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Manfred schrieb:
> Wenn du beim ersten Regler R20 weggelassen hast, dann können doch dort
> keine 15V am Ausgang rauskommen, sondern nur die minimale
> Ausgangsspannung des Reglers.

Vielleicht ist der linke Regler ein 15V Typ.

von Manfred (Gast)


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Gut möglich, aber ohne Bauteilangabe kann nur raten. Der Regler für die 
5V kann ja auch an die Eingangsspannung von 40V ran und belastet den 15V 
Regler nicht zusätzlich

von Alexander (Gast)


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Germanist oder was? schrieb:
> Man kann sich aber auch Umständlich ausdrücken...
> Tiefsetzsteller...

Michael Bertrandt schrieb:

> Wieso Steller ? Woher kommt dieses teutschtümelnde Unwort ?
>
> Die haben doch FB Feedback und Regeln, das sind REGLER.

Herr Professor schrieb:
> So wird es an fast jeder Uni gelehrt. Meistens lernt man eh nur die
> englischen Begriffe aber wenn nach einer deutschen Übersetzung gefragt
> ist heißt es halt Tiefsetzsteller oder eben Hochsetzsteller. So kann man
> die beiden Schaltungen ganz einfach auseinander halten und der Student
> ist glücklich.

und sein Assistent schrieb:
> Steht so in jedem (Grundlagen)buch zur Leistungselektronik.

MaWin schrieb:
> Herr Professor schrieb:
>> heißt es halt Tiefsetzsteller oder eben Hochsetzstelle
>
> Ein Regler ist kein Steller, also falsch.
>
> und sein Assistent schrieb:
>> Steht so in jedem (Grundlagen)buch zur Leistungselektronik
>
> Nur an dem Absatz, an dem noch kein feedback und damit keine Regelung
> dabei ist.
>
> Ab dem nächsten Absatz sind die Worte schon wieder ungültig, was
> überforderte Studenten nicht merken.

Ihr Deutschen seid schon ein amüsantes Volk... Fast schon niedlich :)

Um auch an dieser amüsanten Diskussion beizutragen:
Es sind zwei Tiefsetzsteller mit Regelung, denn diese Anordnung von 
Schalter, Drossel und Diode heißt Tiefsetzsteller - so wie es in jedem 
Lehrbuch steht und da gibt es keine zweite Meinung. Der FB Zweig dient 
der Regelung. Dennoch ändert das nichts an der Tatsache, dass diese 
spezifische Kombination aus Schalter, Drossel und Diode Tiefsetzsteller 
heißt.

Wenn es schlichtweg ein Regler sei - so wie ihr behauptet - wie würdet 
ihr denn die verschiedenen Blöcke des geschlossenen Regelkreises nennen?

Vergleich Soll-Istwert -> PI Regler -> Tiefsetzregler -> Feedback

Schon lustig :)

von Student (Gast)


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Das klingt für mich jetzt alles sehr nach Übertemperaturabschaltung der 
Tiefsetzregler. Wenn es doch erst funktioniert und dann erst später 
einbricht, wird es ja wohl nicht an den Spulen liegen.

von Chris (Gast)


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Danke für die Geduld ;D. Ich habe jetzt die Daten der IC´s.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2576.pdf

Das erste regelt auf 15V. Das zweite ist auf 5V eingestellt.

von (prx) A. K. (prx)


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Student schrieb:
> Wenn es doch erst funktioniert und dann erst später
> einbricht, wird es ja wohl nicht an den Spulen liegen.

Kommt drauf an wie heiss die wird. Jenseits von 100°C kann es sich 
lohnen, mal die Curie-Temperatur des Kerns nachzuschlagen. Die erstbeste 
Google-Suche warf bei Würth ein Material mit 215°C aus.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Ich würde die beiden Spulen verkleinern. 50 bis 100 uH sollten reichen. 
Der Drahtdurchmesser muss für den geplanten Ausgangsstrom geeignet sein.

von (prx) A. K. (prx)


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Manfred schrieb:
> Ich würde die beiden Spulen verkleinern. 50 bis 100 uH sollten reichen.
> Der Drahtdurchmesser muss für den geplanten Ausgangsstrom geeignet sein.

Nicht nur der. Auch die Sättigungsgrenze. Weshalb die Beurteilung von 
Switchern ohne exakte Bauteilangaben Kaffeesatzlesen ist. Bei der 
Dimensionierung der Drossel hinsichtlich Induktivität und Stromlimit 
kann man sich auch vertrauensvoll an das Datasheet des Reglers wenden.

: Bearbeitet durch User
von TK (Gast)


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Hallo,
ich versteh den Sinn Deines Aufbaus nicht. Wieso schaltest Du zwei 
Regler in Reihe - das kann doch nur schief gehen?
Evtl. schwingen die Regler ja erst gar nicht an. Das passiert bei diesem 
Typ unter anderem, wenn die Spannungsversorgung am Eingang nicht den 
Pulsstrom beim Einschalten zur Verfügung stellen kann (eigene 
Erfahrung).
Und noch einige Dinge:
1) Der LM2576 hat eine MAX. Eingangsspg. von 40V. Wenn Du damit schon an 
der Grenze bist, solltest Du den LM2576HV Typ einsetzen. Der verträgt 
60V am Eingang.
2) Dein Enable-Eingang liegt hoffentlich "schwingungsfrei" auf GND.
3) Ich vermute, dass nicht nur der Schaltregler, sondern auch die 
jeweiligen Diode gut warm werden (bei U_F >= 1V). Da gibt es bessere 
Schottky-Dioden (z.B. die im Datenblatt gezeigte 1N5822 - auch als SMD 
verfügbar)
4) Es gibt den LM2576 auch als 15V / 5V-Typ (LM2576HV-15 / LM2576HV-5). 
Damit sparst Du Dir die Rückkoppelungsnetzwerke.
5) Die Dimensionierung der Spule ist mit 100uH definitiv zu klein!! 
Sowohl beim 5V als auch - und gerade da - beim 15V Regler. Schau ins 
Datenblatt (auf S13 findest Du eine schöne Grafik bzgl. 
Eingangsspg/Ausgangsstrom/Induktivität)
6) Gleiches gilt für die Elkos. In der jetztigen Konstellation ist der 
330uF auch zu klein.

Mein Rat daher:
Beide Schaltregler parallel an die Eingangsspannung legen.
Das Datenblatt - und dort die Beispielbeschaltung - beachten.
Prüfen, was die Spannungsversorgung am Eingang kann.

Gruß
TK

von MaWin (Gast)


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Chris schrieb:
> Ich habe jetzt die Daten der IC´s.

Also ein 3A Regler mit einem current Limit von

5.8 A 4.2/3.5 A(Min) 6.9/7.5A.

Hält deine Spule das aus ?

Und die Daten der Elkos, halten die die Ripple-Ströme aus ?

von MaWin (Gast)


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Alexander schrieb:
> Es sind zwei Tiefsetzsteller mit Regelung

Ach, es sind 2 Schalttransistoren mit Freilaufdiode,
die als Tiefsetzstellglied einer Spannungsregelung arbeiten.


Alexander schrieb:
> Ihr Deutschen seid schon ein amüsantes Volk...

Als Ausländer magst du das nicht wissen,
aber man bezeichnet in Deutschland den Gesamtkomplex nach der Funktion 
des Gesamtkomplexes, und nicht nach irgendeinem zufällig ausgewählten 
Einzelteil.

Es ist ein Regler.

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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MaWin schrieb:
> Es ist ein Regler.

Es ist nicht nur EIN Regler, die Korinthe wär' mir zu klein. Neben der 
Ausgangsspannung wird gelegentlich auch ein Strom gemessen, dazu ein 
Tastverhältnis und/ oder eine Frequenz und gelegentlich noch eine 
Gesamtstromaufnahme (Bereitschaftsmodus). Ich wäre an deiner Stelle erst 
zufrieden, wenn »das schwarze Klötzchen-Ding mit Beinchen« eine 
integrierte Schaltung ist. Man bezeichnet nämlich im Deutschen Bauteile 
nach dem Gesamtkomplex und das ist nun mal der der integrierten 
Schaltungen.

Zum eigentlichen Thema: Schaltregler in Reihe zu schalten ist unnötig. 
Das erhöht die Komplexität unnötig (Kopplungsverhalten) und bringt bzgl. 
der Effizienz keine Vorteile. Die Verluste in einem Schaltregler 
entstehen während des Schaltvorgangs.

Zur Problemsuche tippe ich (wie Vorredner) auf die falschen 
Induktivitäten. Die sind nicht ausreichend belastbar und/ oder nicht 
einmal Speicherdrosseln. Die passende Spule muss berechnet werden, da 
baut man nicht einfach eine größere oder kleinere Spule ein.

von W.S. (Gast)


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Huch, das Ereignis des Jahres namens VELOTON scheint vorüber zu sein und 
das Wochenende ist trotzdem noch nicht zu Ende. Wow!


Chris schrieb:
> bei meinem Aufbau mit 2 Tiefsetzstellern bricht leider die Spannung nach
> wenigen Minuten ein. Wobei zu erwähnen ist, dass die Spulen wirklich
> sehr heiß werden.

Ah, zwei BUCK-Regler. , falsch dimensioniert und deshalb 
Spannungseinbruch durch Überhitzung des Regler-IC.

Du mußt schon ein wenig konkreter werden, sonst kommt nur die heiße Luft 
dabei heraus, die du bis jetzt hast lesen können.

Also: Deine Drosseln erscheinen mir deutlich zu groß, also zuviel 
Induktivität. Das macht die Drosseln nur unnötig groß und dann neigen 
sie trotzdem zur Sättigung, was bei dir der Fall sein dürfte.

Bedenke mal, daß so eine Drossel sich auch wieder entladen soll. Also 
kannst du eine Abschätzung tun (gemäß der von dir verschwiegenen 
Schaltfrequenz deines Wandlers), in welcher Zeit sich die Drossel von 
Null auf den angezielten Maximalstron auflädt (di/dt=U/L). Daraus kannst 
du den Ripple-Strom dir berechnen - und der sollte in einem vernünftigen 
Verhältnis zum entnommenen Laststrom stehen.

So rein aus dem Bauch heraus würde ich dir zu etwa 33 uH raten (eher 
noch kleiner), Sättigungsstrom dann auswählen zu 
Ausgangsstrom+Ripplestrom+20% als Sicherheitsrand.

W.S.

von TK (Gast)


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@W.S.
Datenblatt LM2576 lesen und dann die Aussage 33uH revidieren. 
Stattdessen 330uH annehmen.

Gruß
TK

von W.S. (Gast)


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Wovon redest du?

OK, mir schmerzt immer noch der Kopf vom velothon, aber wenn ich mich 
nicht völlig vergaloppiert habe, dann sehe ich bei 50 kHz so etwa 10 us 
Entladezeit und 15 Volt Entladespannung, in der sich rund 5 A entladen 
sollen.

Also di/dt = U/L oder L = U * dt/di

und damit L = 15V * 10us/5A = 3 * 10uH = 30 uH

Oder?

W.S.

von hinz (Gast)


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Siehe Datenblattauszug.

von (prx) A. K. (prx)


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W.S. schrieb:
> Wovon redest du?

Die Simple Switcher arbeiten normalerweise tief im continuous mode, also 
mit relativ geringem Delta-I, weshalb deine Rechnung nicht passt. 
Reduziert Ripple und Imax (hier 1,15*Iout statt 2*Iout). Die passt eher 
auf den MC34063A mit seinem discontinous mode.

: Bearbeitet durch User
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