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
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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.
ArnoR schrieb: > 5,27Ws ja Periode an der Diode Soll natürlich "5,27µWs je Periode an der Diode" und "6,9µWs je Periode" heißen.
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
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Bearbeitet durch User
Maximilian schrieb: > Es sollen drei weiße LEDs in Reihe mit U_F ca. > 8,75V bei 700mA Ja, das ist die Frage: Alle Drei zusammen 8,75V, oder jeweils?
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. ;-)
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