Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TI Schaltregler Abwärtswandler


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von Fred M. (novus)


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Guten Abend zusammen
ich versuche mich gerade an der Schaltung im Anhang. Es handelt sich um 
einen Abwärtswandler, welchen ich gerne mit dem LM27402 von TI 
realisieren möchte.

Diese Schaltung wurde mir vom Webdesigner von TI so vorgeschlagen. Hier 
ist der Link zum Webdesigner mit meinen Parametern:

https://webench.ti.com/webench5/power/webench5.cgi?base_pn=LM27402&VinMin=14.8&VinMax=16.8&O1V=12.0&O1I=15.0&AppType=zzz&op_TA=30&lang_chosen=en_US&origin=parametric&optfactor=3

Ich hoffe ihr könnt diesen öffnen.


Ich habe mir die Bauteile bestellt und das ganze auf einer 
Lochrasterplatine aufgebaut. Nun habe ich das Problem, dass beim 
Einschalten scheinbar etwas funktioniert, denn man hört die Spule 
"pfeiffen" und die Ausgangsspannung steigt auf etwa 200 bis 250mV. Nach 
etwa 1 bis 2 Sekunden hört das Pfeiffen auf und es passiert nichts mehr. 
Der Schaltwandler wird jetzt aber sehr heiss und sehr wahrscheinlich 
kapput. (Komischerweise kann ich ihn abkühlen lassen und es passiert 
nach dem Einschalten genau das selbe nochmals.)

Das ist mir jetzt schon mit dem zweiten Schaltwandler passiert. Ich habe 
alle Verbindungen mehrfach überprüft, kann aber keinen Fehler finden.

Das einzige was ich anderst gemacht habe als im beigelegten Schema ist, 
dass ich den SYNC Pin auf GND gelegt habe, da dies so im Datenblatt 
steht.

Wo könnte der Fehler liegen? Ich bin für jede Art von Beantwortung oder 
Denkanstoss dankbar.

LG
Fred

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fred M. schrieb:
> Ich hoffe ihr könnt diesen öffnen.
Natürlich nicht, das läuft ja auf deinem Account. Du müsstest also schon 
noch die Anmeldedaten dazu posten...

> Ich habe mir die Bauteile bestellt und das ganze auf einer
> Lochrasterplatine aufgebaut.
Einen 15A Regler? Vergiss es.

Das WICHTIGSTE(!!!) Bauteil eines Schaltreglers ist das Layout. Dafür 
gibt es im Datenblatt extra Empfehlungen und vermutlich auch ein 
Evalboard mit einer Appnote.

> denn man hört die Spule "pfeiffen"
Das Ding schwingt jämmerlich weil irgendwas in den Regler einkoppelt. 
Zeig doch mal ein Foto von deinem Aufbau.

> Wo könnte der Fehler liegen?
Im Layout.
Siehe dazu mal den ganz einfachen Fall dort:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

> Wo könnte der Fehler liegen?
Wieviele Designs mit Schaltreglern hast du schon gemacht, dass du dich 
an so ein Ding ran traust?

: Bearbeitet durch Moderator
von Fred M. (novus)


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Lothar M. schrieb:
> Natürlich nicht, das läuft ja auf deinem Account.
Stimmt. Habe ich nicht bedacht.

Lothar M. schrieb:
> Einen 15A Regler? Vergiss es.

Was ist denn so möglich? Ich benötige einen Regler mit 12V und etwa 10A 
am Ausgang. Ich habe mir gedacht, dass ich den Regler einfach grösser 
auslege und so sicher genügend Leistung am Ausgang habe.

Ich könnte aber auch 3 kleine Regler bauen, welche 12V und je 3.33A am 
Ausgang haben. Dies wäre vielleicht einfacher umzusetzen.

Als Backup habe ich diesen LDO gefunden: LT1084CT-12#PBF
Dieser sollte 12V und 5A am Ausgang leisten können. Ist dies möglich?

Lothar M. schrieb:
> Im Layout.
Nach durchlesen des angehängen Dokumentes, denke ich dies nun auch.

Lothar M. schrieb:
> Wieviele Designs mit Schaltreglern hast du schon gemacht, dass du dich
> an so ein Ding ran traust?
Ich habe noch kein Design mit einem Schaltregeler erstellt. Deshalb bin 
ich in diesem Bereich sehr unerfahren. Ich finde es aber trotzdem 
interessant.

von Piter K. (kurczaq)


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Wenn's nur um Bereitstellung von 12V geht (keine Akkuladung o.ä) dann 
ist es doch viel einfacher ein dafür vorgesehenes Schaltnetzteil zu 
nehmen.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

Anregungen gibt es z.B. hier:

http://www.sprut.de/electronic/switch/down.htm
http://danyk.cz/sniz2f_en.html

Welcher Art ist die eingebaute Spule?

Mit freundlichem Gruß

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fred M. schrieb:
> Ich habe noch kein Design mit einem Schaltregeler erstellt.
Schon klar. Nur ist eben ein Schaltreglerdesign mit 15A keine 
Anfängerübung. Ich könnte dir POL Module empfehlen, etwa sowas:
http://www.mouser.com/ds/2/196/ir3477m-937152.pdf
http://www.mouser.com/ds/2/196/Infineon-IR3448M-DS-v03_51-EN-937204.pdf
Die kosten in Einzelstückzahlen um 4-5€:
http://www.mouser.de/search/refine.aspx?Ntk=P_MarCom&Ntt=179325615
Auch dafür gibt es dann Evalboards und einen Layoutvorschlag.

> Als Backup habe ich diesen LDO gefunden: LT1084CT-12#PBF Dieser sollte
> 12V und 5A am Ausgang leisten können. Ist dies möglich?
Wenn du ihn kühlen kannst. Denn bei deinen Spannungen (bis 16,8V) 
fallen da dann 25W Verluste an...

> Was ist denn so möglich? Ich benötige einen Regler mit 12V und etwa 10A
> am Ausgang.
Warum legst du ihn dann auf 15A aus? Hast du vorher Brücken gebaut? Da 
macht man sowas...

> Ich könnte aber auch 3 kleine Regler bauen, welche 12V und je 3.33A am
> Ausgang haben. Dies wäre vielleicht einfacher umzusetzen.
Du kannst aber 3 Schaltregler normalerweise nicht einfach so 
zusammenschalten. Da muss die Schaltung schon entsprechend ausgelegt 
sein...

: Bearbeitet durch Moderator
von Fred M. (novus)


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Piter K. schrieb:
> Wenn's nur um Bereitstellung von 12V geht (keine Akkuladung o.ä) dann
> ist es doch viel einfacher ein dafür vorgesehenes Schaltnetzteil zu
> nehmen.

Dies ist das Problem. Ich bin auf einen Akku angewiesen. Dieser hat eine 
Spannung zwischen 14.8 und 16.8V. Als Ausgangsspannung benötige ich aber 
12V mit einer Leistung von ca. 120W. Also etwa 10A Ausgangsstrom.

Christian S. schrieb:
> Welcher Art ist die eingebaute Spule?

Laut Datenblatt ist es eine Geschirmte Leistungsspule. Der genaue Typ 
ist XAL1010-332MEB.

Lothar M. schrieb:
> Warum legst du ihn dann auf 15A aus?

Ich habe mir dabei gedacht, dass ich bei 15A auf der sicheren Seite 
wäre, wenn ich "nur" 10A benötige.

Lothar M. schrieb:
> Du kannst aber 3 Schaltregler normalerweise nicht einfach so
> zusammenschalten. Da muss die Schaltung schon entsprechend ausgelegt
> sein.

Das ist mir klar. Die Schaltung könnte ich so auslegen, dass ich 3 
einzelne Segmente (Heizpatronen) separat ansteuere. Über den 
Schaltregler hätte ich alle 3 Heizpatronen Parallel betreiben können.

von Klaus R. (klara)


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Fred M. schrieb:
> Ich habe mir die Bauteile bestellt und das ganze auf einer
> Lochrasterplatine aufgebaut.

Ich habe früher einen fliegenden Aufbau vorgezogen, manchmal mit 
Lochrasterplatine als Basis.

> Nun habe ich das Problem, dass beim
> Einschalten scheinbar etwas funktioniert, denn man hört die Spule
> "pfeiffen" und die Ausgangsspannung steigt auf etwa 200 bis 250mV.

Ich vermute, Du hast als Spannungsquelle Deinen Akku genommen und eine 
ordentliche Last daran gehangen.

Sollte man bei dieser Schaltung nicht machen.

Ich würde zu Beginn keine Last oder nur eine minimale Last einsetzen. 
Dann siehst Du ob die Ausgangsspannung sich überhaupt aufbaut.

Zusätzlich würde ich zu Beginn auch nicht den Akku direkt anschliessen. 
Begrenze den Strom auf ungefährliche Werte. Im einfachsten Fall nimmst 
einen Widerstand der gerade so das Anlaufen des Wandlers zu lässt.

Erst danach kann man die Last stufenweise erhöhen und die 
Strombegrenzung jeweils lockern.

> Nach
> etwa 1 bis 2 Sekunden hört das Pfeiffen auf und es passiert nichts mehr.

Also tut sich anfangs etwas.

> Der Schaltwandler wird jetzt aber sehr heiss und sehr wahrscheinlich
> kapput.

Mit Schaltwandler meinst Du das IC? Wenn das IC im Dauerbetrieb ist, 
dann könnte es durch die Schaltimpulse für die Leistung-Fets warm 
werden. Sonst nicht. Und ohne Impulse fliesst auch kein Gate-Strom.

> (Komischerweise kann ich ihn abkühlen lassen und es passiert
> nach dem Einschalten genau das selbe nochmals.)
>

Also doch nicht kaputt?

> Das ist mir jetzt schon mit dem zweiten Schaltwandler passiert. Ich habe
> alle Verbindungen mehrfach überprüft, kann aber keinen Fehler finden.

Ein Bild vom Aufbau könnte helfen.
mfg Klaus

von der schreckliche Sven (Gast)


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Welche Mosfet-Typen verwendest Du?

von Achim S. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
>> Ich hoffe ihr könnt diesen öffnen.
> Natürlich nicht,

Na ja, bei mir öffnet sich das Design des TO in meinem Account, wenn ich 
auf den Link klicke...

@Fred: die TI-Webbench liefert dir auf Knopfdruck nicht nur das 
schematic sondern auch ein Layout als Vierlagen-Platine (z.B. in 
Eagle-Format). Damit und mit der "Einkaufsliste" der Webbench hast du 
auch als Anfänger gute Chancen, so ein Design zum Laufen zu kriegen (mit 
der Lochrasterplatine wahrscheinlich eher nicht).

von Doch (Gast)


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Fred M. schrieb:
> Ich hoffe ihr könnt diesen öffnen.

Doch, das funktioniert bei mir auch.

von Fred M. (novus)


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Klaus R. schrieb:
> Ich vermute, Du hast als Spannungsquelle Deinen Akku genommen und eine
> ordentliche Last daran gehangen.

Naja ich habe mein Netzgerät 15V und 3A und einen hohen Widerstand 
>600Ohm verwendet. Mir ist klar dass mein Netzteil nicht die gewünschte 
Leistung liefern kann. Jedoch sollte es ausreichen um zumindest den 
Ausgang des Wandlers auf 12V zu laden.

Klaus R. schrieb:
>> (Komischerweise kann ich ihn abkühlen lassen und es passiert
>> nach dem Einschalten genau das selbe nochmals.)
>>
>
> Also doch nicht kaputt?

Ich weiss es nicht. Ich kann nicht beurteilen, ob das IC nun 
funktioniert oder einen Schaden davongetragen hat.

der schreckliche Sven schrieb:
> Welche Mosfet-Typen verwendest Du?

M1 = CSD16340Q3
M2 = CSD18543Q3A

Achim S. schrieb:
> die TI-Webbench liefert dir auf Knopfdruck nicht nur das
> schematic sondern auch ein Layout als Vierlagen-Platine (z.B. in
> Eagle-Format). Damit und mit der "Einkaufsliste" der Webbench hast du
> auch als Anfänger gute Chancen, so ein Design zum Laufen zu kriegen (mit
> der Lochrasterplatine wahrscheinlich eher nicht).

Ja das weiss ich. Dies ist mein "Backupplan" falls ich es wirklich nicht 
zum laufen bringe. Momentan steht für mich aber noch das Verständis im 
Vordergund und ich werde übers Wochenende einmal ein Layout erstellen 
und dieses danach testen.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Fred M. schrieb:
> M1 = CSD16340Q3
> M2 = CSD18543Q3A

Absolute maximum Ratings:
VGS = 10 Volt
Sind die noch heil?

von MaWin (Gast)


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Fred M. schrieb:
> Die Schaltung könnte ich so auslegen, dass ich 3 einzelne Segmente
> (Heizpatronen) separat ansteuere. Über den Schaltregler hätte ich alle 3
> Heizpatronen Parallel betreiben können.

Warum sollte man Heizpatronen mit geregelten 12V versorgen, die kommen 
direkt an den Akku, mit PWM in der Leistung geregelt.

von Fred M. (novus)


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der schreckliche Sven schrieb:
> VGS = 10 Volt
> Sind die noch heil?

Ich denke schon. Im Datenblatt vom LM27402 steht bei den 
Gatetreiberausgängen, dass diese kompatibel mit allen NexFET von TI sein 
sollen. Glaubt man dem Datenblatt, müssten diese Transistoren also auf 
den LM27402 passen.

MaWin schrieb:
> Warum sollte man Heizpatronen mit geregelten 12V versorgen, die kommen
> direkt an den Akku, mit PWM in der Leistung geregelt.

Das habe ich auch schon gedacht. An was für eine Frequenz hast du dabei 
gedacht? Bei niedrigen Frequenzen (0.5Hz bis 2Hz) habe ich nach der 
Formel P = U^2/R bei vollem Akku 78.4W über den Heizpatronen. Dies 
entspricht ungefähr der doppelten Leistung, welche angegeben ist. Bei 
hohen Frequenzen (ca. 100Hz) kochen die FET's.

Ich habe leider kein Datenblatt der Heizpatronen, da es günstige aus 
China sind. Bei den Heizpatronen weiss ich nur folgende Daten: 12V, 40W 
und durch Messen einen Widerstand von 3.6Ohm

von der schreckliche Sven (Gast)


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Fred M. schrieb:
> der schreckliche Sven schrieb:
>> VGS = 10 Volt
>> Sind die noch heil?
>
> Ich denke schon. Im Datenblatt vom LM27402 steht bei den
> Gatetreiberausgängen, dass diese kompatibel mit allen NexFET von TI sein
> sollen. Glaubt man dem Datenblatt, müssten diese Transistoren also auf
> den LM27402 passen.

Aber Deine Mosfet`s sind nicht mit 15 Volt Betriebsspannung kompatibel.
Die von dir beschriebenen Symptome passen zu zerstörten Mosfet`s.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Fred M. schrieb:
> Bei niedrigen Frequenzen (0.5Hz bis 2Hz) habe ich nach der
> Formel P = U^2/R bei vollem Akku 78.4W über den Heizpatronen. Dies
> entspricht ungefähr der doppelten Leistung, welche angegeben ist.

Da sehe ich kein Problem.

> Bei hohen Frequenzen (ca. 100Hz) kochen die FET's.

Dann hast Du den falschen FET und/oder die falsche Ansteuerung.
100Hz ist für PWM wirklich keine hohe Frequenz! Probleme könnte es 
höchstens bei zig kHz geben. Da braucht man ggf. schon einen kräftigeren 
Treiber für den FET.

von Litm (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Probleme könnte es höchstens bei zig kHz geben.

Dietrich meint damit eigentlich viele 100kHz,
also Mehrfache von 100kHz (bis in den MHz Bereich).

Denn dafür ist ein höherer Umladestrom erforderlich.

Und: Ja, 100kHz und leicht darüber ist nicht ungewöhnlich
bei Schaltreglern, sondern eher die Regel heutzutage.

Alleine vom schnell geschaltet werden "kocht" kein FET.
(Vorausgesetzt, es wird mit o.g. höheren Strömen gearbeitet.)

Und der LM sollte das locker packen.

von Litm (Gast)


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Moment!

Dietrich L. schrieb:
> Bei hohen Frequenzen (ca. 100Hz)

Deine FETs kochen schon bei 100 Hertz,
nicht 100 Kilohertz?

Ich schließe mich an, die FETs sind wohl hin.
Normalerweise hätte man bei 100kHz (!) keine Probleme!

von MaWin (Gast)


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Fred M. schrieb:
> An was für eine Frequenz hast du dabei gedacht?

Niedrige reichen, weil Wärme träge ist.

> Bei niedrigen Frequenzen
> (0.5Hz bis 2Hz) habe ich nach der Formel P = U^2/R bei vollem Akku 78.4W
> über den Heizpatronen. Dies entspricht ungefähr der doppelten Leistung,
> welche angegeben ist.

Also schaltet man nur 50% PWM ein.

> Bei hohen Frequenzen (ca. 100Hz) kochen die FET's.

Dann ist was falsch aufgebaut, selbst 20kHz wären für LogicLevelFETs 
direkt am uC Ausgang kein Problem.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Litm schrieb:
> Dietrich L. schrieb:
>> Bei hohen Frequenzen (ca. 100Hz)

Klarstellung: das habe nicht ich "geschrieben", sondern ich habe Fred M. 
zitiert:

Fred M. schrieb:
> Bei hohen Frequenzen (ca. 100Hz) kochen die FET's.

von Fred M. (novus)


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Dietrich L. schrieb:
> Fred M. schrieb:
>> Bei niedrigen Frequenzen (0.5Hz bis 2Hz) habe ich nach der
>> Formel P = U^2/R bei vollem Akku 78.4W über den Heizpatronen. Dies
>> entspricht ungefähr der doppelten Leistung, welche angegeben ist.
>
> Da sehe ich kein Problem.

Okey, wenn dies kein Problem darstellt, werde ich wahrscheinlich mit den 
FET weiterarbeiten.

Vielen Dank für Eure Hilfe.

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