Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eine Frage zum Wirkungsgrad von DC/DC-Wandlern (1 Watt)


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von Gustav K. (hauwech)


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Hallo,

suche einen kleinen DC/DC-Wandler für eine Batterieanwendung (35-43.2V).
Input also max. 43.2V, Output 5V bei 17mA bzw. 40mA. Habe dazu eben eine 
Menge Datenblätter studiert.

Bei den Produkten von TRACO (z.B. TSRN-1) fällt auf, dass der 
Wirkungsgrad immer bei Vollast (1A) angegeben wird. Scheinbar ist dort 
der Wirkungsgrad am Höchsten. Angaben zum Wirkungsgrad unter Teillast 
fehlen in den Datenblättern.

Bei einem Regler von RECOM mit 500mA (R-78HB5.0-0.5) finde ich ein 
Diagramm, wonach der Wirkungsgrad mit abnehmendem Ausgangsstrom dramisch 
in den Keller geht. Ich sehe bei 10 mA gerade noch 20% Wirkungsgrad.

Ist dies bei allen kleinen Reglern so?

Es grüßt euch
Gustav

von Falk B. (falk)


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Ja.

von Thomas B. (thombde)


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Ist ja eigentlich bei allen Netzteilen so. (auch konventionell/Linear)
Wenn ich keinen oder wenig Strom oder Leistung entnehme geht der 
Wirkungsgrad gegen 0%.

von Gerd E. (robberknight)


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Gustav K. schrieb:
> Bei einem Regler von RECOM mit 500mA (R-78HB5.0-0.5) finde ich ein
> Diagramm, wonach der Wirkungsgrad mit abnehmendem Ausgangsstrom dramisch
> in den Keller geht. Ich sehe bei 10 mA gerade noch 20% Wirkungsgrad.
>
> Ist dies bei allen kleinen Reglern so?

grundsätzlich ja.

Aber es gibt Wandler-ICs die besonders auf niedrige Last optimiert sind. 
Üblicherweise indem von PWM auf PFM oder Pulse Skipping umgeschaltet 
wird.

Einer davon, den ich gerne verwende, ist der MCP16311, der hat für 12V 
auf 5V bei 1mA immer noch um die 70% Effizienz. Leider hilft der Dir 
nicht, da er max. 30V verkraftet.

Aber vermutlich gibt es ähnliche auch für höhere Eingangsspannungen. Du 
musst nur weiter suchen.

Geh mal bei z.B. TI schauen, die haben eine sehr breite Palette an 
Wandler-ICs im Angebot. Außerdem kannst Du bei denen auf der Webseite 
mit dem WEBENCH die Effizienz für Deinen Fall direkt simulieren.

von Possetitjel (Gast)


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Gustav K. schrieb:

> Ist dies bei allen kleinen Reglern so?

Das ist eine merkwuerdige Frage, weil das nicht nur bei allen
kleinen Reglern so ist, sondern bei nahezu allen technischen
und nichttechnischen Systemen. Das liegt in der Definition des
Wirkungsgrades.

Die Eingangsleistung muss sowohl die konstanten wie auch die
lastproportionalen Verluste decken und die Ausgangsleistung
liefern.
Wenn die Ausgangsleistung gegen Null geht, bleiben dennoch
die konstanten Verluste uebrig. Der Wirkungsgrad muss also
fuer kleine Ausgangsleistungen gegen Null gehen.

von Eberhard H. (sepic) Benutzerseite


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Gustav K. schrieb:
> Ich sehe bei 10 mA gerade noch 20% Wirkungsgrad.
>
> Ist dies bei allen kleinen Reglern so?

Nicht unbedingt, vor allem nicht, wenn sie für einen kleineren maximalen 
Ausgangsstrom ausgelegt sind.

Schau dir mal z.B. den LTC3639 an, der für maximal 100mA ausgelegt bei 
36V am Eingang und bei 5V am Ausgang mit 10mA Laststrom immer noch 85% 
Wirkungsgrad hat. Selbst bei 1mA Last sind es dann noch ca. 78%.

von Gästchen (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Das ist eine merkwuerdige Frage, weil das nicht nur bei allen
> kleinen Reglern so ist, sondern bei nahezu allen technischen
> und nichttechnischen Systemen. Das liegt in der Definition des
> Wirkungsgrades.

Nicht ganz. Es gibt DC/DC-Wandler die in "LLM-Mode" (Light Load Mode) 
umschalten und den Wirkungsgrad erheblich verbessern.

Was aber die Fragestellung angeht: ist der Wirkungsgrad für Leerlauf für 
dich so relevant? Da in dem Fall kein Ausgangsstrom fließt, ist die 
Verlustleistung an sich nicht besonders ausschlaggebend. Aber vielleicht 
hast du die Möglichkeit den Regler abzuschalten wenn du ihn nicht 
brauchst?

von Gustav K. (hauwech)


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Eberhard H. schrieb:
> Schau dir mal z.B. den LTC3639 an, der für maximal 100mA ausgelegt bei
> 36V am Eingang und bei 5V am Ausgang mit 10mA Laststrom immer noch 85%
> Wirkungsgrad hat.

Der LTC3639 scheint bzgl. bzgl. Wirkungsgrad für meine Anwendung 
geradezu prädestiniert - vielen Dank für die Empfehlung !

Sicher muss man für den hohen Wirkungsgrad auch eine Spule hoher Güte 
einsetzen, hat mir jemand eine Empfehlung und eine Bezugsquelle?

Bekommt man von dem LTC3639 irgendwo Kleinmengen (2 Stück)?

von Peter M. (r2d3)


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Gustav K. schrieb:
> Sicher muss man für den hohen Wirkungsgrad auch eine Spule hoher Güte
> einsetzen, hat mir jemand eine Empfehlung und eine Bezugsquelle?

Was empfiehlt denn das Datenblatt?

>
> Bekommt man von dem LTC3639 irgendwo Kleinmengen (2 Stück)?

Bei Digikey erhältlich.

von Gustav K. (hauwech)


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Peter M. schrieb:
> Bei Digikey erhältlich.

Wohl die einzige Bezugsquelle, 18 EUR Versand für ein SMD-IC halb so 
groß wie der kleine Fingernagel kann irgendwie nicht sein. Zudem kann 
ich diesen schon krankhaften Verkleinerungswahn nicht nachvollziehen, 
zumal hier Spule und Kondensatoren ein Vielfaches an Platz brauchen:
http://media.digikey.com/Photos/Linear%20Tech%20Photos/DC1901A.JPG
Außerdem müsste ich extra eine Platine anfertigen lassen.
Dann: Welcher Gefäßchirurg lötet mir das IC auf?

Also habe ich mich für den an anderer Stelle empfohlenen R-78HB5.0-0.5 
von RECOM entschieden: 3 Beine in 3 Bohrungen gelötet und die Sache ist 
erledigt. Damit kann ich nun meine 5V-Einzelzellenüberwachung direkt an 
40V betreiben und die Stromaufnahme von 17mA auf 3,5mA senken, was rein 
rechnerisch ca. 55% Wirkungsgrad entspricht. Leerlaufstromaufnahme des 
Wandlers ist übrigens 0,9mA.

Bei 3,5mA Stromaufnahme kann ich die Einzelzellenüberwachung am Akku 
angesteckt lassen, was Ziel der Aktion war. Sind aber doch 2.52Ah 
(=100Wh), die da in einem Monat durchsickern.

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