mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Boost Converter LM5122 Hilfe gesucht


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Arsch N. (arschnelson)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo liebe Community,

ich bin gerade dabei einen Aufwärtswandler mit dem LM5122 aufzubauen.
Ich habe noch ein paar Fragen zur Schaltung, weil mir manche Sachen noch 
nicht ganz klar sind. Andere Beispiele hier im Forum habe ich mir schon 
angesehen.

Kurz zu den Ranbedingungen: Es werden 20-24V am Eingang anliegen und am 
Ausgang sollen 30V mit 10A zur Verfüung stehen. Die Schaltfrequenz habe 
ich erstmal bei 250kHz belassen. Der LM5122 ist so eingestellt, dass er 
bei 19V anfängt.

Den Teil der Schaltung, der bereits gezeichnet ist, habe ich mit Hilfe 
des Datenblatts berechnet. Jedoch bin ich mir nicht sicher welche Diode 
ich nehmen soll und was die ansich für ein Aufgabe hat. Über die Diode 
wird der Cbst aufgeladen, aber was hat der für eine Aufgabe?

Da der Cbst mit den MOSFETS zusammenhängt, weiß ich auch nicht welche 
MOSFETS dafür geeignet sind. Ebenso bin ich mir nicht sicher, wie ich 
das COMP Netzwerk aufbauen soll.

Vllt haben einige von euch ein paar Hinweise für mich :)

Vielen Dank und liebe Grüße

von Sascha (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Ne Schottky Diode mit Sperrspannung größer als Ausgangsspannung nehmen.

BST steht für Boost, da macht der Controller sich mit dem Cbst ne 
Hilfsspannung. Booststrap Schaltung wenn ich mich nicht irre.


Weitere Hilfe für Berechnung der auftretenden Ströme:
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/smps.html

von Sascha (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Achso: Die FETs bekommen wahrscheinlich Ugs in der Größenordnung von Vin 
ab, ergo musst du FETs nehmen die das aushalten. Und Ausgangsspannung 
und -Strom abkönnen.

COMP-Netzwerk müsste doch ein einfacher Spannungsteiler sein der vom 
Ausgangs zurückgeführt wird?

Seite 17 wird COMP erläutert. Regelungstechnik!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
4 lesenswert
nicht lesenswert
Sascha schrieb:
> BST steht für Boost
Es steht für "Bootstrap" also die selben Stiefelschlaufen (Boot + Strap 
= Stiefel und Schlaufe), mit denen sich schon der Baron Münchhausen aus 
der Misere gezogen hat.
Die "Misere" hier beim Schaltregler ist der Highside N-Kanal FET, der 
eine Spannung über der Eingangsspannung zum Einschalten braucht. Und 
dieser Kondensator dient dazu, am BST Pin die Gatespannung für den 
Highside FET zu erzeugen.

von Sascha (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Gut dass du es nochmal auf Grundschullevel erklärst.

von Dirk K. (dekoepi)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Wirklich gut, da ich mir um den Begriff Bootstrap nie wirklich Gedanken 
gemacht habe und das so endlich auch mal Sinn ergibt. :) Danke dafür.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sascha schrieb:
> Gut dass du es nochmal auf Grundschullevel erklärst.
Man lernt eben nie aus... ;-)

Immerhin könnte bei ungünstiger Trennung auch eine "Stiefel-Falle" 
herauskommen: Boots-Trap.

: Bearbeitet durch Moderator
von Arsch N. (arschnelson)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für eure Hilfe.

Nun zu meiner Auswahl:
folgenden FET würde ich für High-Side und Low-Side verwenden: FQD18N20V2
Sascha meinte, dass die Ugs im Größenbereich der Eingangsspannung 
liegen. Dieser hat ein Ugs von maximal +-30V. Also sollte der doch okay 
sein, oder?

Also Schottky Diode würde ich folgende Diode verwenden: MBRS130LT3G
Sperrspannung liebt bei 30V.

Was meint ihr?

Vielen Dank :)

von Sascha (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Eigentlich sind 30V für die Diode ok, aber nimm lieber eine mit 40V 
Sperrspannung um auf der sicheren Seite zu sein. Genau 30V Sperrspannung 
bei genau 30V die anliegen ist doch etwas auf Kante genäht.
1n5819 ist son Standardtyp.

Der FET ist im Grunde ok, aber der hat viel Udsmax. Das erhöht aus 
fertigungstechnischen Gründen den Rdson.

Da der FET maximal (Ua+Ufd) = 30,7V sperren muss, kannst du auch einen 
FET mit 55V Udsmax nehmen, der hat dann geringere Leitverluste.

Beispielhaft: 
http://www.irf.com/part/55V-Single-N-Channel-HEXFET-Power-MOSFET-in-a-D-Pak-package/_/A~IRFR2905Z

(Hat allerdings nur 20V Ugsmax was bei 20-24V Eingangsspannung zu wenig 
ist, es sei denn man begrenzt die maximale Spannung irgendwie)

von Arsch N. (arschnelson)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn ich euch nochmal um Hilfe beim COMP-Netzwerk bitten könnte? Ich 
komm absolut nicht auf die Ergebnisse in der Beispielrechnung.

Vielen Dank :)

von Sascha (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
COMP ist Regelungstechnik, da scheinst du keine Ahnung von zu haben.

Für ne stabile Regelung machst du Rcomp hochohmig und Ccomp klein. Den 
parallelen C lässt du weg.

Dadurch wird die Regelungsverstärkung niedrig und der D-Anteil klein. 
Die Regelung ist dann lahm aber neigt nicht zum schwingen.

Für ne richtige Auslegung musst du nen Sprung auf die offene 
Regelstrecke geben, die Sprungantwort mit nem Oszi aufzeichnen, dann das 
was du da siehst (wahrscheinlich PT2 Glied, möglicherweise mit 
Schwingungen) mathematisch abbilden und dann Pol- 
Nullstellenkompensation betreiben.

Und die Nullstellen die du hast, bestimmen dann nach den Gleichungen 9 
und 10 im Datenblatt deine Bauteilwerte.

Aber da du das vermutlich nie gemacht hast und deine Anforderungen an 
die Regelung eher klein sind kannst du das auch bleibenlassen und 
einfach Ccomp klein wählen und Rcomp groß und ggf. bischen mit den 
Bauteilwerten rumspielen.

Theoretisch könnte man Comp auch einfach unbeschaltet lassen, aber da 
weiss ich nicht ob der Error Amp damit klarkommt.

Siehe auch Kapitel 8.1.1 im Datenblatt.

von Sascha (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nachtrag: Die Mosfets dürfen scheinbar auch Ugsmax von 20V haben da das 
Ding per integriertem Linearregler ein Vcc von 7,6V bereitstellt (wobei 
das ne merkwürdige Spannung ist daher bin ich mir da nicht sehr sicher).

von Arsch N. (arschnelson)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für die Antwort. Ich habe sowas in der Tat noch nicht 
gemacht. Ich habe es jetzt mit WEBENCH simuliert. Die kommen auch 
annähernd auch meine Bauteilwerte. Ich würde einfach das Design von 
denen übernehmen.

von Bernd K. (bmk)


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Sascha schrieb:
> Nachtrag: Die Mosfets dürfen scheinbar auch Ugsmax von 20V haben da das
> Ding per integriertem Linearregler ein Vcc von 7,6V bereitstellt (wobei
> das ne merkwürdige Spannung ist daher bin ich mir da nicht sehr sicher).

Ja, so steht es im Datenblatt. Man kann Vcc auch extern einspeisen, wenn 
a) die Eingangsspannung unter 7,6V liegt oder b) der verwendete MOSFET 
eine höhere Spannung Vgs als 7,6V zum satten Durchschalten benötigt.

a) ist nicht gegeben und b) kann man vermeiden, wenn man einen 
LogikLevel MOSFET verwendet. Übrigens: der genannte FQD18N20V2 ist 
völlig ungeeignet. Bei einem RDSon von 0,14 Ohm wird bei 20A eine 
Verlustleistung von 56W produziert, mal vom zulässigen Strom abgesehen.

Der im Datenblatt des LM5122 in Figure 39 angegebene PSMN4R0-40YS geht 
schon in die richtige Richtung, ist mir aber mit 40V max etwas zu dicht 
an der gewünschten Ausgangsspannung von 30V und der RDSon mit 4,2 mOhm 
nur mittelgut und er ist kein LogikLevel Typ.

Meine Vorstellung wäre dieser Typ: 
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=CSD18540Q5B&fileType=pdf
Der hat mit 60V genügend Abstand zu 30V Vout und der RDSon ist mit 
1,8mOhm um einiges besser. Außerdem ist es ein LogikLevel Type und man 
sieht auch im Diagramm Rdson vs Vgs, dass bei Vgs = 7,6V ein Rdson von 
2mOhm zu erwarten ist und eine weitere Erhöhung nur minimale 
Verbesserung bringen würde. Und bei 20A ist nur eine Verlustleistung von 
0,8W zu erwarten.

Was auch sehr wichtig ist: Qg (total gate charge). Die ist beim 
PSMN4R0-40YS mit 39nC nahezu identisch mit dem CSD (41 nC) was für die 
Belastung der Treiberstufen im LM5122 eine wichtige Rolle spielt.

Zum Layout:
Im Datenblatt des LM5122 ist in Figure 48 ein Layout Vorschlag, der in 
meinen Augen einfach genial ist. Nun den LM5122 auf der Rückseite so 
positionieren, dass die Leiterbahnen von LO und HO zu den Gates der 
MOSFETS die kürzestmögliche Distanz haben, damit vermeidet man üble 
Schwingungen im Ausgangssignal und die adaptive dead-time control kann 
präzise arbeiten. So meine Erfahrungen.

von Alfred B. (alfred_b979)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke, bmk. Viele nützliche Infos für den TO - und etwas davon auch ganz 
speziell ein Brotkrumen für mich! ;-)

Bernd K. schrieb:
> Man kann Vcc auch extern einspeisen, wenn
> a) die Eingangsspannung unter 7,6V liegt oder b) der verwendete MOSFET
> eine höhere Spannung Vgs als 7,6V zum satten Durchschalten benötigt.

Das hatte ich nämlich gar nicht so registriert gehabt.

: Bearbeitet durch User
von Arsch N. (arschnelson)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank Bern für deine Antwort.

Ich habe noch eine Verständnisfrage zu den Low- und High-Side MOSFETS:

Bei dem Low-Side MOSFET spielt die Spannung Ugs keine so wichtige Rolle. 
Hauptsache die Schwellspannung wird überschritten und der Transistor 
schaltet gegen Masse.

Wie ist das beim High-Side Mosfet? Dort liegen 20V bis 24V an der Source 
an, richtig? Am Drain liegen die 30V an.
Damit der Transistor durchschaltet muss die Gatespannung um die 
Schwellenspannung höher sein, als die an Source. Angenommen die 
Schwellspannung liegt bei 5V. Das bedeutet ich muss mind 29V am Gate 
anlegen, damit der High-Side MOSFET durchschaltet. Ist das richtig? Das 
bedeutet am HO-Ausgang muss der LM5122 mind. 29V liefern. Richtig?

von Bernd K. (bmk)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Arsch N. schrieb:
> ...Das bedeutet ich muss mind 29V am Gate
> anlegen, damit der High-Side MOSFET durchschaltet. Ist das richtig? Das
> bedeutet am HO-Ausgang muss der LM5122 mind. 29V liefern. Richtig?

Tja, der typische Betrachtungsfehler, kommt hier häufig vor.
29V? In Bezug zu GND ist das richtig gemessen. Aber der MOSFET sitzt 
brav in seinem Gehäuse und weiß nichts von GND. Er sieht seine 3 
Anschlüsse und sieht nur die Spannung zwischen Gate und Source, auch Vgs 
genannt. Und genau diese und keine andere Spannung ist relevant und darf 
20V nicht überschreiten. Tut sie auch nicht, dafür sorgen die Treiber im 
LM5122. Das sind nämlich die 7,6V und gelten für High Side und Low Side.

von Arsch N. (arschnelson)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bernd K. schrieb:
> Tja, der typische Betrachtungsfehler, kommt hier häufig vor.
> 29V? In Bezug zu GND ist das richtig gemessen. Aber der MOSFET sitzt
> brav in seinem Gehäuse und weiß nichts von GND. Er sieht seine 3
> Anschlüsse und sieht nur die Spannung zwischen Gate und Source, auch Vgs
> genannt. Und genau diese und keine andere Spannung ist relevant und darf
> 20V nicht überschreiten. Tut sie auch nicht, dafür sorgen die Treiber im
> LM5122. Das sind nämlich die 7,6V und gelten für High Side und Low Side.

Aber die Gatespannung muss um die Schwellenspannung größer als die 
Spannung am Source sein, damit der MOSFET durchschaltet. Wenn 20V an 
Source  anliegen sind 7.6 V zu wenig. Oder versteh ich hier einfach nur 
was falsch?

von Bernd K. (bmk)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bitte mal diesen Beitrag lesen:

Lothar M. schrieb:
> Sascha schrieb:
>> BST steht für Boost
> Es steht für "Bootstrap" also die selben Stiefelschlaufen (Boot + Strap
> = Stiefel und Schlaufe), mit denen sich schon der Baron Münchhausen aus
> der Misere gezogen hat.
> Die "Misere" hier beim Schaltregler ist der Highside N-Kanal FET, der
> eine Spannung über der Eingangsspannung zum Einschalten braucht. Und
> dieser Kondensator dient dazu, am BST Pin die Gatespannung für den
> Highside FET zu erzeugen.

Und ergänzend noch 7.3.8 im Datenblatt. Hint: Levelshifter.

von Arsch N. (arschnelson)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bernd K. schrieb:
> Bitte mal diesen Beitrag lesen:
>
> Lothar M. schrieb:
>> Sascha schrieb:
>>> BST steht für Boost
>> Es steht für "Bootstrap" also die selben Stiefelschlaufen (Boot + Strap
>> = Stiefel und Schlaufe), mit denen sich schon der Baron Münchhausen aus
>> der Misere gezogen hat.
>> Die "Misere" hier beim Schaltregler ist der Highside N-Kanal FET, der
>> eine Spannung über der Eingangsspannung zum Einschalten braucht. Und
>> dieser Kondensator dient dazu, am BST Pin die Gatespannung für den
>> Highside FET zu erzeugen.
>
> Und ergänzend noch 7.3.8 im Datenblatt. Hint: Levelshifter.

Hat mir zwar nicht geholfen, aus dem Grund, dass ich das 
Bootstrap-Prinzip noch nicht ganz verstanden habe, aber nach einiger 
Simulation und lesen habe ich es jetzt endlich verstanden. 
Dementsprechend würde ich die Transistoren nun anders dimensionieren.

Vielen Dank für eure Hilfe zur Selbsthilfe :)

: Bearbeitet durch User
von Marian Krocky (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hallo zusammen,

da auch ich mich mit dem LM5122 beschäftige, würde ich gerne an diesem 
Thread anknüpfen.
Ich würde gerne die maximale Leistung des Schaltreglers ausnutzen.
- Eingang 12V
- Ausgang 24V über 5A
Jedoch ist mir nicht ganz klar, an welchen Parametern ich da drehen 
muss.
Offensichtlich ist, dass der Shunt (Rsens) besonders gering (3mOhm) 
gewählt werden muss um den Schwellwert der Strombegrenzung zu steigern.
Ob eine Spule mit 10uH, 15uH oder 20uH eingesetzt wird, hat meiner 
Ansicht nach keine Auswirkung, oder? Lediglich der Sättigungsstrom der 
Spule sollte passen.
Ebenso hat die Schaltfrequenz lediglich Einfluss auf die Effizienz?
Wodurch wird dann die „Grenze“ festgelegt?

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.