Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step-Up Converter Simulation mit MC34063


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von Student (Gast)


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Hey!

Ich möchte mir eine Konstantstromquelle auf Basis des MC34063 aufbauen.
Damit das klappt, versuche ich gerade, die Grundschaltung des 
Datenblatts (Seite 5/Seite 6) nach zu bauen.

Das Problem ist: Es klappt nicht. Laut Datenblatt sollten da 28V heraus 
kommen, ich habe aber einen 120V Spike und dann Abklingen auf 27.78V

Ich würde jetzt natürlich mit den Parametern rumspielen, aber da ich 
diese direkt aus dem Datenblatt übernommen habe, frage ich mich was da 
das Problem ist?

Tatsächlich habe ich die Beispielschaltung mit externen Transistor 
genommen und die Werte aus dem Beispiel ohne Transistor (weil es nur da 
Werte hat), jedoch sollte ein externer Transistor ja weder die Spule 
noch die Siebelkos beeinflussen, oder?


Noch eine Frage zum Abschluss: Der IC kann zwar 1.5A und ich brauche nur 
1A, aber zwecks Kühlung und "besserem Gefühl" wollte ich da 'nen 15-20A 
MOSFET hinsetzen. Macht das Sinn?

PS: Ich habe die Simulation immer nach ein paar Sekunden/Minuten mit ESC 
gestoppt (weniger Iterationen für weniger Genauigkeit), weil sie sonst 
Jahre rechnen würde. Noch ein Fehler?

von Bernhard (Gast)


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Der Ausgangskondensator ist im Datenblatt ein Elko. Also sind sicher 330 
Mikrofarat gemeint und nicht 330 nF. Ausserdem solltest du eine Last 
einfügen, dern Eiingangskondensator vergrößern und Isns richtig 
beschalten. Änder es mal und simulier nochmal.

von Student (Gast)


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Wahnsinn! Das war's: Ich habe die Kondensatoren, die nur mit "330" 
angegeben waren als nF angenommen. Warum weiß ich nicht.

Ich hatte dann zum Testen noch einen Lastwiderstand angefügt, aber der 
hilft natürlich nichts, wenn die Kondensatoren zu unterdimensioniert 
sind.

Isense sollte ich ggf. noch auf Ground legen, da ich keine 
Strombegrenzung nutze?


Zu meiner Idee: Macht es Sinn, die Stromregelung wie folgt 
durchzuführen:
Mini Shunt -> OPV (Gain = 4?)-> Subtrahierer (+: DAC für Sollstrom, -: 
Verstärkter Shunt) -> Addierer (+: Subtrahierer Ausgang, -: 1.25V 
Referenz Quelle)

Gegebenenfalls auch den Addierer vor den Subtrahierer, damit letzterer 
ohne negative Spannung auskommt, also so:

Mini Shunt -> OPV (Gain = 4?) -> Addierer (+: OPV Eingang, -: 1.25V 
Referenz) -> Subtrahierer (+: DAC für Sollstrom, -: Addierer Ausgang)

Gain wird natürlich mit dem Shuntwiderstand abgestimmt, sollte aber im 
Bereich < 10 bleiben, weil ich ja sonst immer mehr Rauschen habe.

Und in Fall 2 verliert der DAC natürlich Dynamikbereich, da 1.25V nun 0A 
bedeutet.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Student schrieb:

> Isense sollte ich ggf. noch auf Ground legen, da ich keine
> Strombegrenzung nutze?

Warum willst du die Strombegrenzung nicht nutzen? Das solltest du in 
jedem Fall. Und zwar nicht, um den Ausgangsstrom des Wandlers zu 
begrenzen (das folgt dann implizit) sondern um die Sättigung der 
Speicherdrossel zu vermeiden. Das passiert sonst nämlich sowohl bei zu 
hohem Ausgangsstrom als auch beim Start der Schaltung.

> Zu meiner Idee: Macht es Sinn, die Stromregelung wie folgt
> durchzuführen:
> Mini Shunt -> OPV (Gain = 4?)-> Subtrahierer (+: DAC für Sollstrom, -:
> Verstärkter Shunt) -> Addierer (+: Subtrahierer Ausgang, -: 1.25V
> Referenz Quelle)

Da wirst du Probleme haben, das stabil zu bekommen. Zustätzliche 
Verstärkung innerhalb der Regelschleife muß kompensiert werden. Sonst 
kommt es zu Regelschwingungen.

Wenn du den Ausgangsstrom per DAC vorgeben willst, nimm lieber einen 
anderen Stepup-Controller. Und zwar einen, der beide Eingänge des 
Fehlerverstärkers rausgeführt hat (nicht wie beim MC34063 nur den einen 
und den anderen intern fest an die Referenz geklemmt). Dann kannst du 
mit deinem DAC die Referenzspannung vorgeben.

von (prx) A. K. (prx)


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Axel S. schrieb:
> Und zwar einen, der beide Eingänge des
> Fehlerverstärkers rausgeführt hat

Es gibt bestimmt modernere Typen und wahrscheinlich auch Regler, die 
direkt für sowas vorgesehen sind. Aber wo wir beim MC34063A sind: Der 
µA78S40/LM78S40 ist technisch identisch, hat aber mehr Pins und bietet 
genau das.

: Bearbeitet durch User
von Student (Gast)


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Korrektur: Es müsste 12V sein, damit die Strombegrenzung weg ist, aber: 
Wenn ISense auf 12V oder GND liegt, nur dann dauert die Simulation ewig.

Axel S. schrieb:
> sondern um die Sättigung der
> Speicherdrossel zu vermeiden. Das passiert sonst nämlich sowohl bei zu
> hohem Ausgangsstrom als auch beim Start der Schaltung.

Naja, da ich den Ausgangsstrom regle, regle ich ja auch implizit den 
Eingangsstrom. Ich wollte vermeiden, dass der Chip früher abregelt als 
es dank MOSFET und Spule möglich wäre.
Andererseits ist das ja eine Sache des passenden Widerstands.

Dazu wird noch eine Zenerdiode als Open-Loop-Protection benutzt.

Taugt denn der LM3578 etwas? Ich konnte im Datenblatt jetzt keine 
direkte Beschaltung mit externem Transistor finden. Es gibt ja spezielle 
ICs für MOSFETs, macht das Sinn?

von Student (Gast)


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Hab's zu spät gesehen: Der LM78S40 sieht auch gut aus, leider kann ich 
jedoch kein LTSpice/Spice Modell dafür finden.

Dann ist mir noch etwas aufgefallen:
Der Cinv Eingang wird ja über einen Spannungsteiler bestimmt. 
Tatsächlich ist er aber so ausgelegt, dass 1.6V anliegen bei der 
Zielspannung. Was übersehe ich bzw. wo verliert man die 350mV?


Und: Der Spannungsteiler ist stark von der Last abhängig. Verschaltet 
sind sie ja eigentlich so:
1
    |------ R_L ------|
2
Vcc +                 +  GND
3
    |--47k--+--2.2k---|
4
            |
5
          C_inv


Damit sind sie zwar parallel geschaltet, aber das betrifft ja 
bestenfalls den Ausgangsstrom, C_inv sollte doch verschont bleiben? 
Trotzdem sinkt die Ausgangsspannung bei größerer Last (200 Ohm!) und 
C_inv hat trotzdem die 1.6V?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Student schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> sondern um die Sättigung der
>> Speicherdrossel zu vermeiden. Das passiert sonst nämlich sowohl bei zu
>> hohem Ausgangsstrom als auch beim Start der Schaltung.
>
> Naja, da ich den Ausgangsstrom regle, regle ich ja auch implizit den
> Eingangsstrom. Ich wollte vermeiden, dass der Chip früher abregelt als
> es dank MOSFET und Spule möglich wäre.

Du hast da etwas Grundlegendes nicht verstanden.

Die Strombegrenzung über R_sense soll die Sättigung der Speicherdrossel 
verhindern, ist also auf den Maximalstrom der Drossel auszulegen. Die 
kann also gar nicht zu früh anspringen. Und bei einem Stepup-Wandler 
hast du eine Überlastsituation schon dann, wenn du ihn einschaltest. Der 
leere Ausgangs-Kondensator wirkt ja wie ein Kurzschluß.

von Student (Gast)


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Okay, ja das stimmt. Aber Ich muss den Ausgangsstrom auch mit in 
Betracht ziehen, da dieser ja den Spulenstrom auch in die Höhe treibt.

Wie sieht es eigentlich mit der Spannungsfestigkeit der 
Ausgangskondensatoren aus? Die glätten ja theoretisch die riesen Spitzen 
(120V, als ich die Kondensatoren zu klein gewählt hatte).

Ich habe jetzt ein MC34063 und ein LM3578 Modell. Kann ich das letztere 
zum Simulieren nehmen und dann später einfach den LM78S40 vorsehen, oder 
brauchen unterschiedliche Schaltregler unterschiedliche Peripherie?

Und welcher IC wäre geschickter (Wie lange er noch besteht, Effizienz, 
Robustheit)? Eine hohe Schaltfrequenz brauche ich eigentlich nicht.

von Questo Ripplinger (Gast)


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Student schrieb:
> Die glätten ja theoretisch die riesen Spitzen

Nicht nur theoretisch. Genaugenommen verringert er durch laden und 
entladen die maximalen und minimalen Werte der Dreiecksspannung. Es 
verbleibt ein restlicher "Ripple". Dieser Spannungsripple - abhängig von 
der Kapazität - läßt sich berechnen, und der Elko muß "nur" die 
tatsächliche Spitzenspannung aushalten, und nicht die, die "theoretisch" 
ohne ihn da wäre.

Student schrieb:
> brauchen unterschiedliche Schaltregler unterschiedliche Peripherie?

Soll das ein Scherz sein? Du simulierst herum, ohne Dir darüber im 
Klaren zu sein? O.O

Student schrieb:
> Es gibt ja spezielle ICs für MOSFETs, macht das Sinn?

Wenn man einen externen Mosfet verwenden will/sollte, dann natürlich ja. 
Aber - das wissen wir ja nicht wirklich, ob, oder?  ^^

Student schrieb:
> Und welcher IC wäre geschickter

Eines/r, der für die Anwendung geeignet ist. Scheinbar gibt es ja eine 
Anwendung (und das ist nicht nur ein Experiment), also erklär doch mal 
genauestenstst, was Du überhaupt vor hast, und warum und wofür, und wie 
und wozu. Bitte.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Student schrieb:
> Und welcher IC wäre geschickter (Wie lange er noch besteht, Effizienz,
> Robustheit)? Eine hohe Schaltfrequenz brauche ich eigentlich nicht.

Abgesehen davon, daß er die direkte Vorgabe der Ausgangsspannung nicht 
erlaubt, wäre ein UC3843 eine deutlich bessere Wahl, wenn man ohnehin 
einen externen MOSFET verwenden will. Und weil das ein current mode 
Controller ist, ist er auch wesentlich einfacher stabil zu bekommen wenn 
man die Regelschleife manipuliert.

Der Rest der Welt baut Stromquellen für LED allerdings eher nicht linear 
geregelt. Sondern baut eine Konstantstromquelle für den maximal 
erlaubten LED-Strom und moduliert die für geringere Helligkeit dann per 
PWM. Möglicherweise gibt es ja tatsächlich Gründe, warum das für dich 
nicht geht. Ich glaube es allerdings nicht so recht.

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