Guten Tag liebe Elektronik-Gemeinde :)
es ist mal wieder soweit, ich bin mal wieder an die Grenzen meines
bescheidenen Halbwissens gestoßen und möchte euch um Rat fragen.
Kurz zu meinem Projekt: Es sollen drei weiße LEDs in Reihe mit U_F ca.
8,75V bei 700mA an einem 6V-Akku (Spannungsbereich 5 - 7,5V) betrieben
werden. Hierfür benötige ich einen Step-Up-Wandler mit Strombegrenzung.
Mein erster Prototyp funktioniert soweit ganz gut, ein Schaltplan findet
sich im Anhang. Habe nicht mehr alle Bauteilwerte der PWM-Erzeugung im
Kopf gehabt, die Schaltfrequenz liegt bei ca. 60kHz. Den PWM erzeuge ich
mit einem NE555, die Stromregelung erfolgt mit einem PI-Regler.
Regelverhalten und PWM laufen problemlos.
Ein großes Problem habe ich im Leistungs-Teil, die Schottky-Diode wird
extrem heiß. Verbaut ist eine SB 530, welche doch eigentlich geeignet
sein müsste, oder nicht?
Linkt zur Diode:
https://www.reichelt.de/SB-SKE-4F-Dioden/SB-530/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=16063&GROUPID=2991&artnr=SB+530&SEARCH=sb530
Habt ihr ähnliche Probleme schon mal gehabt? Könnte eine andere Diode
Abhilfe schaffen oder lohnt sich eine synchrone Gleichrichtung?
Vielen Dank für eure Rückmeldungen!
Allseits Gut Strom,
Maximilian
Wie heiß wird sie denn?
Dass die Diode sich deutlich erwärmt ist zu erwarten und normal.
Immerhin fallen dort einige hundert mV ab.
Den Shunt hättest du ruhig etwas hochohmiger wählen können.
Für LED's gibt es Schaltungen, wo die LEDs selbst als Gleichrichter
dienen. Dann entfällt diese heiße Diode.
Hallo Stefan,
danke für deine schnelle Antwort.
Stefan U. schrieb:> Wie heiß wird sie denn?
Sie wird ziemlich schnell so heiß, dass sie sich nicht mehr anfassen
lässt und es nach "heißer Elektronik" duftet...
Stefan U. schrieb:> Den Shunt hättest du ruhig etwas hochohmiger wählen können.
Danke für den Hinweis, werde ich beim zweiten Prototypen umsetzen.
Stefan U. schrieb:> Für LED's gibt es Schaltungen, wo die LEDs selbst als Gleichrichter> dienen. Dann entfällt diese heiße Diode.
Stimmt, kenne ich allerdings nur in Step-Down Topologie. Gibt's das auch
als Step-Up?
Wenn der MOSFET heiss werden würde, würde mich das nicht überraschen, es
fehlt eine Überstromerkennung und insbesondere während der Aufladephase
des Elkos steigt der Strom in der Spule kontinulierlich bis zur
Sättigung, woraufhin der MOSFET eigentlich nur noch Kurzschluss
schaltet.
Aber die Diode ? Wenn das nicht die normale Erwärmung ist (und eine 5A
Diode sollte bei 700mA noch nicht heiss sein, zumindet das was ich unter
heiss verstehe, übner 100 GradC), dann ist es einfach eine falsche
Diode, d.h. keine Schottky sondern einen langsame 1N5404 ofer so.
Auch finde ich 10uF, wenn ich da richtig lese, am OpAmp echt
übertrieben.
Vielleicht ist der (gepulste) Ladestrom durch die Diode zu hoch. Schau
mal im Datenblatt, wie viel Spannung dort bei 1A schon abfällt.
Kannst du den Strom messen? Hast du ein Oszilloskop?
Shottky Diode sind kein Allheilmittel. Manchmal eignen sie sich sogar
schlechter, als herkömmliche Silizium Dioden. In deinem Anwendungsfalls
ist ganz wichtig, dass die Diode beim Umkehren der Stromrichtung schnell
sperrt. Da gibt es ganz erhebliche Unterschiede.
>> Für LED's gibt es Schaltungen, wo die LEDs selbst als Gleichrichter>> dienen. Dann entfällt diese heiße Diode.> Stimmt, kenne ich allerdings nur in Step-Down Topologie.> Gibt's das auch als Step-Up?
Ja. Ich benutze immer die Bildersuche von Google, um schnell
Lösungsansätze zu finden.
Da findet man dann zum Beispiel dieses simple Bild:
https://image.jimcdn.com/app/cms/image/transf/none/path/s39ffc848bdeb96aa/image/i0e2aefe2897d0391/version/1432557355/schaltbild-der-led-schaltung.jpg
Maximilian schrieb:> Stefan U. schrieb:>> Für LED's gibt es Schaltungen, wo die LEDs selbst als Gleichrichter>> dienen. Dann entfällt diese heiße Diode.> Stimmt, kenne ich allerdings nur in Step-Down Topologie.
Auch dort wurde nicht die Freilaufdiode durch die LED ersetzt, sondern
es ist einfach so, dass es keinen Ausgangskondensator gibt und die LED
in Reihe zur Spule geschaltet ist. Die Freilaufdiode ist weiterhin
vorhanden.
> Gibt's das auch als Step-Up?
Das kann man zwar machen, aber es gibt dann prinzipiell kein Dauerlicht,
sondern die LED blitzen ein paar tausendmal pro Sekunde auf...
Maximilian schrieb:> Sie wird ziemlich schnell so heiß, dass sie sich nicht mehr anfassen> lässt und es nach "heißer Elektronik" duftet...
Das ist zu viel. Was ist denn mit der Drossel? Wo sind deren Daten?
Die Drossel bestimmt die Stromform. Es ist schon ein Unterschied, ob die
Schaltung eingangsseitig mit etwa 3,5A und wenig Welligkeit oder mit
großer Stromwelligkeit und vielleicht 20A Spitze läuft.
Michael B. schrieb:> Wenn der MOSFET heiss werden würde, würde mich das nicht überraschen, es> fehlt eine Überstromerkennung und insbesondere während der Aufladephase> des Elkos steigt der Strom in der Spule kontinulierlich bis zur> Sättigung, woraufhin der MOSFET eigentlich nur noch Kurzschluss> schaltet.
Der Mosfet wird nur leicht warm im Betrieb. Nach dem Einschalten läuft
die PWM langsam von 0 hoch, sodass sich der Strom durch die LEDs langsam
auf den Sollwert aufbaut.
Michael B. schrieb:> Auch finde ich 10uF, wenn ich da richtig lese, am OpAmp echt> übertrieben.
Prinzipiell hast du recht, schöner Nebeneffekt ist der angenehme
Soft-Start der LEDs, was für die Augen sehr angenehm ist. Da die
Schaltung ohne Lastschwankungen betrieben wird, stört der große Elko
nicht. Der Wert war so aus der Bastelkiste gegriffen.
Stefan U. schrieb:> Kannst du den Strom messen? Hast du ein Oszilloskop?
Werde ich heute Abend direkt machen.
Stefan U. schrieb:> Da findet man dann zum Beispiel dieses simple Bild:> https://image.jimcdn.com/app/cms/image/transf/none/path/s39ffc848bdeb96aa/image/i0e2aefe2897d0391/version/1432557355/schaltbild-der-led-schaltung.jpg
Danke für den Link, kannte ich so noch nicht.
ArnoR schrieb:> Das ist zu viel. Was ist denn mit der Drossel? Wo sind deren Daten?
Die Drossel ist ebenfalls blind aus der Bastelkiste gegriffen, habe dazu
leider gar keine Werte... Eine gesättigte Drossel müsste eigentlich nur
den Mosfet belasten, nicht aber die Diode, oder?
Maximilian schrieb:> Eine gesättigte Drossel müsste eigentlich nur> den Mosfet belasten, nicht aber die Diode, oder?
Oder. Von Sättigung war noch gar nicht die Rede. Schau dir einfach beim
Heinz Schmidt Walter die Strom-Zeit-Flächen an und multipliziere die mit
der jeweiligen Flussspannung.
Bei großer ungesättigter Induktivität bekommt man I=3,35A, Tein=3,5µs
und Uf=0,45V, also 5,27Ws ja Periode an der Diode.
Bei 1µH (ungesättigt) bekommt man Ipeak=23A, Imittel=11,5A, Tein=1µs und
Uf=0,6V bei 11,5A, also 6,9Ws je Periode.
Maximilian schrieb:> Die Drossel ist ebenfalls blind aus der Bastelkiste gegriffen
Dann braucht man eigentlich nicht weiter reden.
Die Chancen, aus (tatsächlich) "irgendwelchen" Bauteilen einen
Schaltregler machen zu können, der sich dann so (zumindest ähnlich)
verhält wie eine "extra" entwickelte und dimensionierte Schaltung,
sind recht gering.
Maximilian schrieb:> Nach dem Einschalten läuft die PWM langsam von 0 hoch
Das würde mich wundern, denn dazu fehlt jeglicher Schaltungsteil.
Ein NE555 legt gleich mit richtiger Frequenz los, und RESET ändert nicht
die Pulsbreite.
Michael B. schrieb:> Das würde mich wundern, denn dazu fehlt jeglicher Schaltungsteil.>> Ein NE555 legt gleich mit richtiger Frequenz los, und RESET ändert nicht> die Pulsbreite.
Reset beim NE555 ist Pin 4 und wird von mir NICHT verwendet. Deshalb ist
er fest auf die Betriebsspannung gelegt.
Der Ausgang meines OPs versorgt den Kontrolleingang am Pin 5, es wird
die Vergleichsspannung der internen Komparatoren manipuliert.
Um es exakter zu formulieren, die Ausschaltzeit des Mosfet ist FEST und
die Einschaltzeit variiert je nach Spannung am Pin 5.
Da nach dem Einschalten der Elko im PI-Regler entladen ist, beginnt der
NE555 mit einer sehr großen Einschaltzeit, welche sich langsam verkürzt
und auf das richtige Verhältnis t_on/t_off einregelt. In meinem
Spannungsbereich ist das im Bereich um 60kHz.
Der Effekt wirkt wie ein Softstart der LEDs, was sich sowohl optisch als
auch an der Stromaufnahme am Labornetzgerät festmachen lässt. Der
Softstart dauert mehrere Sekunden.
Maximilian schrieb:> Da nach dem Einschalten der Elko im PI-Regler entladen ist, beginnt der> NE555 mit einer sehr großen Einschaltzeit, welche sich langsam verkürzt> und auf das richtige Verhältnis t_on/t_off einregelt.
Korrektur, habe mich vertippt. Die Einschaltzeit ist am Anfang natürlich
sehr KURZ und wird verlängert.
Maximilian schrieb:> Habt ihr ähnliche Probleme schon mal gehabt? Könnte eine andere Diode> Abhilfe schaffen oder lohnt sich eine synchrone Gleichrichtung?
1.: Ja. Falsche Diode verwendet.
2.: Ja.
3.: Nein.
0,7 Ampere dürften eine SB530 nicht beeindrucken. Auch nicht, wenn
höhere Impulsströme fließen. Mit der Diode ist was nicht in Ordnung.
"
Kurz zu meinem Projekt: Es sollen drei weiße LEDs in Reihe mit U_F ca.
8,75V bei 700mA "
Hallo,
möglicherweise ist die Sperrspannung Deiner Diode zu gering für die zu
erwartenden 27V und ein Teil der Energie wird direkt wieder zurück
geschickt.
Selbst eine 1N5822 bleibt nahezu kühl bei 1A an der LED im Stepup von
12V auf 36V.
Kannst Du probeweise eine 40V Diode einbauen?
Ohne Strombegrenzung riskierst Du den FET..., am Eingang ist gar kein
Elko oder?
MfG
ArnoR schrieb:> Schau dir einfach beim> Heinz Schmidt Walter die Strom-Zeit-Flächen an und multipliziere die mit> der jeweiligen Flussspannung.
Das ist ein sehr interessanter Hinweis, habe mir darüber noch gar keine
Gedanken gemacht.
der schreckliche Sven schrieb:> 1.: Ja. Falsche Diode verwendet.
Das war's... Habe bei mir im Bauteil-Lager offensichtlich falsch
einsortiert gehabt... peinlich.
der schreckliche Sven schrieb:> Ja, das ist die Frage: Alle Drei zusammen 8,75V, oder jeweils?
War etwas undeutlich geschrieben. Alles zusammen sind es 8,75V.
Bin gerade dabei alles zu oszilloskopieren.
Okay jetzt funktionert alles wie es soll, habe einen konstanten
LED-Strom, alle Bauteile bleiben schön kalt und der Wirkungsgrad liegt
soweit ich das mit Oszilloskop und Taschenrechner hinbekomme, bei ca.
90%
Vielen Dank nochmal für eure Hilfe, hat mir bei meinem ersten
Schaltregler-Projekt sehr geholfen und habe noch viel dazugelernt.
Allseits Gut Strom,
Maximilian
Maximilian schrieb:> Okay jetzt funktionert alles wie es soll, habe einen konstanten> LED-Strom, alle Bauteile bleiben schön kalt und der Wirkungsgrad liegt> soweit ich das mit Oszilloskop und Taschenrechner hinbekomme, bei ca.> 90%
Das freut mich für Dich. Allerdings vermute ich jetzt, daß Deine
Spulenwahl gar nicht so "blind" wie gedacht gewesen sein kann. ;-)
LED-Treiber.png
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