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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step Down Regler zu heiss & Fragen zur Umsetzbarkeit einer Schaltung


Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Hallo liebe Community,

Ich selbst bin eigentlich recht neu in der Mikroelektronik, habe mir 
Anfang diesen Jahres selbst beigebracht mit EAGLE umzugehen, 
Mikrocontroller zu programmieren und die wichtigsten Bauteile zu kennen.

Derzeit habe ich eine Schaltung mit der ich einen einstellbaren 
Step-Down-Regler im Betrieb verstellen möchte. Dazu möchte ich das 
Widerstandsverhältnis, welche die Ausgangsspannung errechnet, mittels 
Digitalpotentiometer verstellen.

Ziel ist, mittels Mikrocontroller (PIC18F45K50) die Spannung am Ausgang 
des Step-Down-Reglers zu messen und wenn ich dann zb. 16V haben möchte, 
sollen sich die Widerstände am Digitalpoti (MCP4621) solange verstellen 
bis etwa 16V anliegen. Kommuniziert wird mittels SPI Bus. Möchte einfach 
eine einstellbare variable Spannung ausgeben können.

Nun gut, das Digitalpoti verstellt sich wie gewünscht, allerdings wird 
der Step-Down-Regler gleich zu beginn sehr sehr heiß und die 
Ausgangsspannung lässt sich nur zwischen 0 und etwa 6V verstellen.

Ist die Schaltung überhaupt so möglich? Finde meinen Fehler nicht.

Vielen Dank im Voraus.

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Autor: MaWin (Gast)
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Die Schaltung kann nicht funktionieren, dein Digitalpoti kann an den 
Poti-Anschlüssen nur 5V ab (ab 5.5V fliesst immer mehr Strom über 
Eingangsschiutzdioden ab, daher kommst du auf nicht mehr als 6V), keine 
16V.
Aber selbst wenn du Digitalpotis verwenden würdest, die mehr abkönnen, 
wie MAX5436, wäre die Schaltung unsinnig.
Du brauchst nicht 2 veränderbare Widerstände.
Ausgangsspannung
      |
 Widerstand1
      |
      +--- Feedbackleitung
      |
 Widerstand2
      |
    Masse
Es reicht, wenn einer davon verstellbar ist.

Machst du Widerstand2 verstellbar, sieht der höchstens 1.2V. Da geht 
also dein vorhandene Poti. Allerdings kann man nicht den ganzen 
Spannungsbereich (von 1.2V bis Eingangsspannung-2V) einstellen, sondern 
z.B. wenn Widerstand1 50k hat nur von 2.4V bis Eingangsspannung-2V.

Macht man Widerstand1 verstellbar, kann man von 1.2V bis 
Eingangsspannung-2V einstellen, aber das Digitalpoti muss diese hohe 
Spannung auch aushalten.

Will man mit dem Digitalpoti, das nur 5V aushält, von 1.2V bis 25V 
eintellen können, muss man es so bauen:
Ausgangsspannung
      |
     309k
      |              +5V
      +-------+       |
      |       |       |
 Digitalpoti--+   +---(--205k--+
      |           |   |        |
      +-----------(--|+\       |  
      |           |  |  >------+-- Feedbackleitung
     18k          +--|-/
      |           |     LM358
      |          12k
      |           |
    Masse       Masse

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Servus,

Erstmal vielen Dank für die Antwort und deine geopferte Zeit für mein 
Problem!

Eingangsspannung sind 36V aus einem Netzteil. Gewünschte 
Ausgangsspannung des Stepdown liegt bei 16,8V bis 33V

Wenn ich also Widerstand 2 verstellbar mache und Widerstand 1 fix,
sollte ich mit meinem Digitalpoti also die 16,8V bis 33V regeln können?


Zu deiner Schaltung. Könntest du mir das etwas genauer erklären?
OPV seh ich, +5V hab ich in meiner Schaltung auch.
Ausgangspannung nehm ich dann quasi meine 36V und die Feedbackleitung 
ist dann PIN 5 auf dem Regler IC? Das Widerstandsverhältnis enfällt dann 
komplett?

Danke im Voraus, wie gesagt, recht neues Thema für mich.

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Habe sogar etwas dazu gefunden im Netz!!

http://m.powerelectronics.com/power-electronics-sy...

Jetz muss ich mir mal das angegebene digitalpot ansehen, ob das mehr als 
5,5V verträgt.

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Ok, sieht nicht danach aus. Also auch 5,5 Volt. Ist eine der Schaltungen 
aus dem Link geeignet für mich?
Welche anderen Lösungen gäbe es noch um die Spannungsquelle zu regeln 
mittels Mikrocontroller?

Danke im voraus.

Autor: MaWin (Gast)
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Nokord A. schrieb:
> Wenn ich also Widerstand 2 verstellbar mache und Widerstand 1 fix,
> sollte ich mit meinem Digitalpoti also die 16,8V bis 33V regeln können?

Ja.

Dein Digitalpoti geht bis 50k, der Widerstand1 sollte dann 1.33 MegaOhm 
haben.

Da solche Widerstandswerte etwas hoch sind, kann man auch den 
Regelbereich über 33V erlauben aber niemals nutzen. Du musst ja erst ab 
16.8V einstellen können. Dann reichen auch 280k als Widerstand1.

Stelle das Digitalpoti niemals unter den Wert, ab dem sich 33V 
Ausgangsspannung ergeben würden.

Nokord A. schrieb:
> Zu deiner Schaltung. Könntest du mir das etwas genauer erklären?
> OPV seh ich, +5V hab ich in meiner Schaltung auch.

Alles nicht nötig, wenn dir 16.8V als kleineste Spannung reichen.

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Vielen Dank schonmal. !

Autor: Thomas Elger (picalic)
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MaWin schrieb:
> Stelle das Digitalpoti niemals unter den Wert, ab dem sich 33V
> Ausgangsspannung ergeben würden.

Man kann dem Digitalpoti ja auch noch einen Festwiderstand in Serie 
schalten, um gegen unzulässige Werte bei evtl. Programmfehlern gewappnet 
zu sein.
Abgesehen davon würde ich das Ganze anders lösen und statt dem 
Digitalpoti über eine passende Widerstandsschaltung einfach einen 
Spannungs-Offset in den Feedback-Pin einspeisen (z.B. vom DAC des µCs, 
alternativ: PWM, natürlich Tiefpass-gefiltert).

: Bearbeitet durch User
Autor: Joachim B. (jar)
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Nokord A. schrieb:
> Jetz muss ich mir mal das angegebene digitalpot ansehen, ob das mehr als
> 5,5V verträgt.

braucht man doch nicht, die meisten FB Spannungen liegen um 1V, also 
oberer Teiler festes R unterer Teiler digital Poti als R beschaltet 
nicht als Teiler!

Autor: Joe F. (easylife)
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a) Wie willst du denn mit einem Step-Down aus 24V 33V machen?
b) 470nF und 100nF sind natürlich viel zu wenig als 
Ausgangskondensatoren.
uF (MikroFarad) sind da wohl gemeint.

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Ausgangsspannung sind 36V!
Sorry die Kondensatoren hab ich aus einem Tutorial, glaub eh von dieser 
Seite. Betreffend des Reglers.

Autor: Joe F. (easylife)
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Nokord A. schrieb:
> Ausgangsspannung sind 36V!
Eingang nehme ich an. Ich hatte die 24V aus dem Schaltplan.

> Sorry die Kondensatoren hab ich aus einem Tutorial, glaub eh von dieser
> Seite. Betreffend des Reglers.

Ja, ist aber falsch. Um den Faktor 1000.

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Es ist spät :D

Natürlich 36V Input und gewünschte 17 - 33 Output.

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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MaWin schrieb:
> Nokord A. schrieb:
>> Wenn ich also Widerstand 2 verstellbar mache und Widerstand 1 fix,
>> sollte ich mit meinem Digitalpoti also die 16,8V bis 33V regeln können?
>
> Ja.
>
> Dein Digitalpoti geht bis 50k, der Widerstand1 sollte dann 1.33 MegaOhm
> haben.
>
> Da solche Widerstandswerte etwas hoch sind, kann man auch den
> Regelbereich über 33V erlauben aber niemals nutzen. Du musst ja erst ab
> 16.8V einstellen können. Dann reichen auch 280k als Widerstand1.
>
> Stelle das Digitalpoti niemals unter den Wert, ab dem sich 33V
> Ausgangsspannung ergeben würden.
>
> Nokord A. schrieb:
>> Zu deiner Schaltung. Könntest du mir das etwas genauer erklären?
>> OPV seh ich, +5V hab ich in meiner Schaltung auch.
>
> Alles nicht nötig, wenn dir 16.8V als kleineste Spannung reichen.

Im Datenblatt steht:

|Vout|    = 1.25 * [1 +(R2/R1)]

Also müsste R1 verstellbar sein und R2 fix.

Dann hänge ich noch einen Widerstand zum Poti dazu um eben wirklich 
nicht über die 33V kommen zu können.

Habe ein Bild angehängt. Rechts das Datenblatt mit R1 und R2 ersichtlich 
und links mein Schaltplan.

R1 ist dort das Digitalpoti mit Poti 0, also P0A und P0W mit einem 10k 
in Serie. Was dann mit dem niedrigsten Wert des Digitalpotis (255 
Schritte bei 50k Rmax sind 0,2k) etwa 35V Vout ergeben sollte. R2 ist 
dort R14 mit eben den vorgeschlagenen 280k.

Sollte also alles passen oder?


Joachim B. schrieb:
> Nokord A. schrieb:
>> Jetz muss ich mir mal das angegebene digitalpot ansehen, ob das mehr als
>> 5,5V verträgt.
>
> braucht man doch nicht, die meisten FB Spannungen liegen um 1V, also
> oberer Teiler festes R unterer Teiler digital Poti als R beschaltet
> nicht als Teiler!

Ich versteh den Satz nicht ganz, könntest du mir es eventuell 
aufzeichnen?

Vielen Dank im Voraus.

Autor: Thomas Elger (picalic)
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Nokord A. schrieb:
>> braucht man doch nicht, die meisten FB Spannungen liegen um 1V, also
>> oberer Teiler festes R unterer Teiler digital Poti als R beschaltet
>> nicht als Teiler!
>
> Ich versteh den Satz nicht ganz, könntest du mir es eventuell
> aufzeichnen?

Wieso? Ist doch genau so, wie Du es jetzt umgesetzt hast (R1 = unterer 
Widerstand im Spannungsteiler, R2=oberer).

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Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Alles Klar.

Vielen lieben Dank, dass ihr euch Zeit genommen habt für mein Problem

Autor: Thomas Elger (picalic)
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Wobei allerdings der Punkt "Step Down Regler wird heiß" hier im Thread 
ein wenig kurz gekommen ist. Wird er schon ohne Last heiß? Wieviel Strom 
soll er liefern? Oder hat sich das Problem schon erledigt?

Autor: MaWin (Gast)
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Thomas E. schrieb:
> Abgesehen davon würde ich das Ganze anders lösen und statt dem
> Digitalpoti über eine passende Widerstandsschaltung einfach einen
> Spannungs-Offset in den Feedback-Pin einspeisen

Das ist deutlich schlechter weil du den gain der Feedback-Schleife 
änderst und damit den Regler leicht in eine kritische Region bekommst in 
der er schwingt.

> Also müsste R1 verstellbar sein und R2 fix.

Das sagt die Formel nicht aus.

> Dann hänge ich noch einen Widerstand zum Poti dazu um eben wirklich
> nicht über die 33V kommen zu können.

Das ist ok (34.8V).

Autor: Nokord Anton (turbokiller)
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Dass das die Formel nicht aussagt, weiss ich.
War etwas blöd ausgedrückt, wollte damit ausdrücken, dass R1 bei mir R2 
war und R3 dann R1. (Wenn man's mit dem Beispiel zu genau diesem Regler 
IC auf Mikrocontroller.net  vergleicht).

Danke und lg

Autor: Thomas Elger (picalic)
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MaWin schrieb:
> Das ist deutlich schlechter weil du den gain der Feedback-Schleife
> änderst und damit den Regler leicht in eine kritische Region bekommst in
> der er schwingt.

Korrigiere mich, wenn diese Überlegung falsch ist:
Die "Verstärkung" des Feedback-Spannungsteilers liegt bei der 
"regulären" Verschaltung im Bereich von ca. 0.03 bis 1, je nach 
gewählter Ausgangsspannung (1.25..fast 40V). Der MC34063 arbeitet damit 
offenbar stabil und hat auch keine Möglichkeit, die tatsächliche 
Ausgangsspannung festzustellen, also ggf. die Loop-Gain irgendwie intern 
noch anzupassen. Um wieviel wird meine Lösung die Loop-Gain wohl aus dem 
o.a. stabilen Bereich herausschieben?

Viel mehr Sorgen würde mir um die parasitäre Kapazit des Digipotis und 
deren Einfluss auf den Feedback-Loop machen...

: Bearbeitet durch User
Autor: Rasputin (Gast)
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Thomas E. schrieb:
> Abgesehen davon würde ich das Ganze anders lösen und statt dem
> Digitalpoti über eine passende Widerstandsschaltung einfach einen
> Spannungs-Offset in den Feedback-Pin einspeisen (z.B. vom DAC des µCs,
> alternativ: PWM, natürlich Tiefpass-gefiltert).

Ich fände das auch die wesentlich sympatischere Idee. Wobei PWM dann 
schon sehr wenig Restwelligkeit haben müsste. Lieber richtigen DAC. (Im 
Beispiel oben 0-2.5V)

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