Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LT1076 buck, synchron, Wirkungsgrad-Verbesserungen


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von oldeurope O. (Gast)


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Beitrag "LT1076 jetzt auch mit Synchrongleichrichter"


Ich hätte gerne einen TO220 Regler mit P-MOSFET_Ausgang
gehabt und als I-Tüpfelchen eine Synchrongleichrichtung.

Letzteres konnte ich schon minimalistisch realisieren;
Verbesserungs und Vereinfachungsvorschläge sind
willkommen, asc habt Ihr ja anbei.

In rot, der Strom durch die Diode D1.
https://gif-erstellen.com/g/h7jddyz9

M1 schaltet sich im richtigen Moment seinen
RDSon von 30mOhm parallel, übernimmt den Strom der
Diode und reduziert den Spannungsabfall. Dadurch wird
der Wirkungsgrad dieses Schaltungsteils verbessert.

Das Steuersignal für den FET der parallel zur Diode geschaltet wird,
gewinne ich zur Zeit aus dem Pin VC des LT1076.
Und zwar von der fallenden Flanke dort.

In der Simu ist das Signal dort anders geformt als in der Realität,
deshalb musste ich einige Bauteilwerte für die Simulation anpassen.
Die Werte aus der realen Schaltung habe ich daneben geschrieben.
Auch die Flanken an SW sind in der Simu deutlich steiler als real.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/370880/LT1076_Synchrongleichrichtung_001.jpg

Ich halte den Aufwand zwei BC's und einen Treiber für den FET
für vertretbar, wenn es denn noch gelingt den Wirkungsgrad des
LT1076 deutlich zu verbessern.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> In rot, der Strom durch die Diode D1.
> https://gif-erstellen.com/g/h7jddyz9

Eben gesehen:
Man erkennt die Wirkungsgradverbesserung an der
"on"- Zeit des SW-Pins (grün). Der Schalttransistor
im LT1076 muss synchron weniger lang leiten. :-)

Übrigens bin ich dabei einen P-MOS in die Simu zu stricken ...

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Inzwischen bin ich schon weiter und habe den PMOS in der
Schaltung.

Kühlkörper raus, IRF9Z34N und ein TC4428A rein.

Das Ziel ohne Kühlkörper auszukommen ist
jedenfalls erreicht. :-)

Temperatur: keine 30K über RT bei 24V auf 5V 2A

Der negative Spike ist allerdings nicht mehr Tolerabel.
Entweder bringe ich einen Snubber an, oder ich baue
wieder eine Drossel ohne Anzapfung ein. Das kann ich mir
ja jetzt erlauben, weil der PMOS mit deutlich besserem
Wirkungsgrad arbeitet.

Dann wird die Synchronisation für den NMOS parallel
zur Diode mit neuer und noch einfacherer Schaltung
wieder dazugeschaltet. Momentan wird die Diode wieder
richtig heiß.
Die Simu dazu stimmt mich optimistisch.

LG
old.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Momentan wird die Diode wieder
> richtig heiß.

Also außer Spesen nicht gewesen.
Ist eigentlich nicht verwunderlich. Du steuerst ja den Mosfet mit einem 
"Monoflop" an, also feste Einschaltdauer. Das kanns nicht bringen, weil 
die Stromflußdauer durch die Diode von der Belastung abhängt. Und vom 
Verhältnis Eingangs-Ausgangsspannung.

von oldeurope O. (Gast)


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Da hast Du aber etwas ganz falsch verstanden!
Ich musste die Steuerschaltung für den NMOS
ausbauen um Platz für den PMOS zu machen.
Deshalb wird die Diode wieder(!) heiß.

Es gibt eine Situation in der das Monoflop nicht
lange genug den FET dazu bringt die Diode zu
überbrücken.
Das ist der Fall, wenn die Spannung an FB unter
etwa 1,5V fällt. Dann geht beim LT1076 die
Frequenz von 100KHz bis etwa 20KHz runter.
Diese Funktion ist deaktivierbar.

Alles weitere ist ja aus der asc ersichtlich.
Den Leuten die nicht simulieren können sei gesagt,
dass sich die Flop-Länge automatisch passend einstellt.

In der PMOS-Schaltung gewinne ich das Steuersignal von
SW. Da brauche ich das Spezial-Monoflop laut Simulation
nicht mehr. :-) Ob das real dann auch so gut funktioniert,
werde ich in Kürze wissen.

Ich baue die Drossel ohne Anzapfung wieder ein.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Inzwischen hatte ich wieder Zeit an dem Buck-Converter zu
arbeiten. Es sieht gut aus, siehe Bild.

Einziger Wermutstropfen: Ich brauche einen externen Shunt.
Der aus diesem Bild:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/371238/LT1076-PMOS-center-tapped-buck.png
war nicht geeignet, ich musste einen SMD-Widerstand induktionsarm
einbauen. Auf gebrauchter Entlötlitze.
Dieser hat 0R1 das kann ich gerade noch verschmerzen.
Es ist mir nicht gelungen den im LT1076 zu nutzen.

Die Diode ist jetzt nur noch ganz kurz vor der steigenden
und nach der fallenden Flanke des PMOS-Schalters im Einsatz.

Die steigende Flanke des PMOS kann ich nicht beliebig
steil machen, weil die Induktivität das nicht mitmacht.
Ich musste da einen guten Kompromiss finden.

Damit bestätigt sich die Binsenweisheit, dass eine höhere
Taktfrequenz einen schlechteren Wirkungsgrad bringt, weil
sich die Verluste im wesentlichen während der Flanken des
Schalters ergeben.

Das zur "Zeitgemäßen Schaltfrequenz".
Beitrag "Re: Buck, Step Down-Converter, Abwärtswandler TO220 welches IC?"

Da der LT1076 jetzt arbeiten lässt, eignet sich auch ein
Buck-Converter IC im Dip Gehäuse.
Die Treiber vom Typ TC4428A sind wirklich empfehlenswert.

LG
old.

von hpk (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Da der LT1076 jetzt arbeiten _lässt_

Nicht ganz.

Aus der W. schrieb:
> eignet sich auch ein Buck-Converter IC im Dip Gehäuse.

Nur, falls Du einen finden solltest, dessen HighSide Schalter
das (mit extrem hohem Wirkungsgrad...) mitmacht.

von oldeurope O. (Gast)


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hpk schrieb:
> Aus der W. schrieb:
>> Da der LT1076 jetzt arbeiten _lässt_
>
> Nicht ganz.

Doch doch, voll und ganz.

So macht das der LT1076 (asynchron):
https://www.mikrocontroller.net/attachment/370753/LT1076_24V5V2R7_-Froum.jpg
Und so der PMOS:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/371888/LT1076-PMOS-Synchron_004.jpg

Der LT1076 liefert nur noch Signale für die Treiber.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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hpk schrieb:
> falls Du einen finden solltest

Gefunden, LT1111 gibt es in PDIP und in LTspice und 88KHz. :-)

LG
old.

von noreply@noreply.com (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Der negative Spike ist allerdings nicht mehr Tolerabel.
> Entweder bringe ich einen Snubber an, oder ich baue
> wieder eine Drossel ohne Anzapfung ein.

Bei tapped-buck-Topologien ist nach Hörensagen ein Snubber wegen der 
Streuinduktivität gerne gesehen.

von noreply@noreply.com (Gast)


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noreply@noreply.com schrieb:
> tapped-buck-Topologien

Sorry, ich meinte Diode-tapped-buck.

von oldeurope O. (Gast)


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Anbei ein Bild von Aufbau, Schaltung und der asc.
Das ist jetzt mein aktuelles Buck-Regler-Konzept
für beliebige Ausgangsströme.

Es gibt werder einen Burstmode noch Jitter oder
unterschiedliche Schaltabstände.

Im Gegensatz zur ersten Simu, liegt diese hier sehr
nahe an der Realität. Das ist gut so.

Achtet bei der Simulation darauf die Parameter bei A
anzupassen, wenn Ihr die 24V ändert.
Vielleicht kann mir ja auch jemand zeigen wie man
das in LTspice automatisch machen kann.

Mir gefällt, dass durch das Überbrücken der Diode über
die natürliche Kommutierung hinaus, der Schalter ohne
Last nicht mehr unendlich kurz schalten muss. Dadurch
gibt es keinen Burstbetrieb der durch einen Bleeder
unterbunden werden muss.

LG
old.


Der nächste Regler dann mit dem LT1111, dafür mache
ich dann einen neuen Thread. Erstmal die Simu dafür
erstellen.

von Karl K. (karl2go)


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Häh?

Dieser ganze Aufwand, um 24V auf 5V mit 2A zu haben? Nimm einen 2596-5, 
da brauchst Du genau nur eine Diode, eine Drossel, zwei Elkos und fertig 
ist die Laube.

von noreply@noreply.com (Gast)


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@oldeurope
Die Anschaltung von FB (Feedback) der LT1076 ist jeweils komisch. Ist 
das Absicht oder ein Fehler. Normal Spannungsteiler am Ausgang und dann 
zurück zu FB. Hier aber jeweils vor der Induktivität.

von oldeurope O. (Gast)


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Karl K. schrieb:
> Dieser ganze Aufwand, um 24V auf 5V mit 2A zu haben?

Ja, um einen besseren Wirkungsgrad zu bekommen.
Der LM2596 ist nicht viel anders als der LT1076.
Prinzipiell kannst Du die Schaltung auch da drum
bauen. Sparst den Kühlkörper, Energie und die
Elkos halten länger.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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noreply@noreply.com schrieb:
> Ist
> das Absicht

Ja, das ist Absicht. Habe auch schon viele Regelschaltungen
mit anderen Reglern entsprechend modifiziert.

Eine Regelung nach einem zweipoligen Tiefpass L und C
bekomme ich (und andere) nicht ordentlich in den Griff.
Ich kann so auch beliebig Elkos (d.h. viel Kapazität)
am Ausgang anbringen.

Schau mal mit dem Oszilloskop an SW, so schöne stabile
Bilder hast Du mit FB nach dem LC Tiefpass selten.

R23 sorgt dafür, dass der LT1076 nicht plötzlich
mit der halben Freuqenz arbeitet.
Das ist mir in der realen Schaltung nach Überlastung passiert.

LG
old.

von M. K. (sylaina)


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Karl K. schrieb:
> Häh?
>
> Dieser ganze Aufwand, um 24V auf 5V mit 2A zu haben? Nimm einen 2596-5,
> da brauchst Du genau nur eine Diode, eine Drossel, zwei Elkos und fertig
> ist die Laube.

Der LT1076 kann das eigentlich auch mit so wenig Bauteilen. Warum hier 
so ein Schaltungswust zum Einsatz kommt verstehe ich nicht.

von hpk (Gast)


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Karl K. schrieb:
> Dieser ganze Aufwand,

Verstehe ich auch nicht. Als gäbe es nichts, was man benutzen könnte.

Ich würde es schon verstehen, wenn man z.B. ein Step-Down-IC für zu 
kleine U o. I o. P zwecks  (U o. I o. P) Erhöhung mit einem Bootstrap 
Halbbrücken-Treiber verheiraten wollen würde - sowas in der Art.

Aber bei dem Projekt hier erschließt sich mir weder der allg. Sinn (gute 
Verfügbarkeit weit einfacherer (und auch - sorry - besserer) Lösungen 
für die Parameter), noch wäre ich mit dem Aufwand-zu-Nutzen- Verhältnis 
froh.

Aus der W. schrieb:
> und die Elkos halten länger.

Die Elkos halten länger, wenn man statt Lückbetrieb (ob nun wegen der 
Diode bei einem simplen nicht-synchronen Wandler, oder bei sehr vielen 
modernen Synchronwandlern, indem Lückbetrieb zugelassen wird) immer den 
vollen CCM-Ripple auf ihnen hat? Das träumst Du aber doch nur.

von Mark S. (voltwide)


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Das ist natürlich auch eine Frage der Zielvorgaben.
Ein sauber erscheinendes Rechteck mit wenig Jitter interessiert mich 
hier persönlich nicht sonderlich.
Und was die Kompensation der Regelschleife betrifft: Der Abwärtswandler 
im voltage-mode ist ein Biest und benötigt ein aufwendiges 
Kompensationsnetzwerk vom Typ III. Und damit ist diese "einfache" 
Topologie bei näherer Betrachtung garnicht mehr so einfach.
Mit dieser Kompenation wird auch noch die Resonanz des Ausgangskreises 
weitgehend ausgeregelt, also das Lastwechselverhalten deutlich 
verbessert
gegenüber der Regelung vor dem Filter.
Wie man den compensator III berechnet hat Dean Venable sehr schön 
beschrieben. Dessen papers findet man heute nur noch über die 
wayback-machine.

: Bearbeitet durch User
von oldeurope O. (Gast)


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Na ja,...
mal sehen was für Antworten von Leuten kommen,
die das mal simuliert haben.

LG
old.

von Mark S. (voltwide)


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Aus der W. schrieb:
> Na ja,...
> mal sehen was für Antworten von Leuten kommen,
> die das mal simuliert haben.
>
> LG
> old.

Wieso meinst Du dass ich den Typ-III-Kompensator nicht simuliert habe?
Natürlich habe ich das, ist aber schon ein  paar Jährchen her.

von oldeurope O. (Gast)


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Dann füge doch Deine Regelung in die asc. Wenn sie besser
ist, was ich bis dahin nicht glaube, probiere ich sie aus.

LG
old.

von Karl K. (karl2go)


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Aus der W. schrieb:
> mal sehen was für Antworten von Leuten kommen,
> die das mal simuliert haben.

Warum sollte diesen überflüssigen und unnötig verkomplizierten Kram 
jemand simulieren wollen?

Ich hab noch ein paar diskret aufgebaute Schaltnetzteile von DDRs 
irgendwo rumgammeln. Wolle kaufe?

Die Dinger waren damals nicht schlecht, aber heute gibts das in 1/10 
der Größe mit besserem Wirkungsgrad.

von Mark S. (voltwide)


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Hier eine entsprechende Simulation mit FAN2106
Dazu empfehle ich Dich mal zum "state average model" zu belesen, denn 
auf dessen Basis läßt sich diese generische Simulation aufstellen.

von oldeurope O. (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Hier eine entsprechende Simulation mit FAN2106

Die Simulations asc fehlt.

Den Kondensator C6 mit R4 schlecht zu machen um das
dort:
 Beitrag "Re: LT1076 buck, synchron, Wirkungsgrad-Verbesserungen"
beschriebene Problem zu lösen, gefällt mir nicht.
Grund:
Diese Regelung setzt immer voraus, das Ripple auf
der Ausgangsspannung liegt.

Das sind dann Schaltungen wo der ESR des Elkos eine
wichtige Rolle spielt. Das ist nicht schön.

Nimm die Spannung vom Knoten R9L2 und Du kannst
die Ripples, auf 0 Bringen und die Regelung arbeitet
trotzdem noch.

Das ist ein riesiger Vorteil Beim Buck-Regler, dass der
Mittelwert der Spannung am Schalter (SW) der Ausgangsspannung
entspricht. Den Vorteil nutze ich gerne aus.
Ich verstehe nicht warum das nicht allgemein so gemacht wird.

Mark S. schrieb:
> Der Abwärtswandler
> im voltage-mode ist ein Biest und benötigt ein aufwendiges
> Kompensationsnetzwerk vom Typ III.

Das stimmt nicht. Siehe Simu und praktischer Aufbau.

Stell mal eine richtige asc mit dem Fan ein,
oder etwas entsprechendem von LT aus der lib,
dann bringe ich Dir den ohne aufwendiges Kompensationsnetzwerk
sauber ans laufen.

LG
old.

von Mark S. (voltwide)


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Du hast immer noch nicht verstanden, dass Deine Vor-Filter-Kompensation 
das Klingeln des folgenden LC-Filters nicht beheben kann.
Eine gescheite Kompensation schafft dies aber.
Und welches IC man hierfür zugrunde legt, ist arbiträr, der 2104 war für 
mich gerade so greifbar.
Ich gebe hier nur Tips für Deine Projekte, die Arbeit mußt Du dann schon 
selbst machen.

von oldeurope O. (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Du hast immer noch nicht verstanden, dass Deine Vor-Filter-Kompensation
> das Klingeln des folgenden LC-Filters nicht beheben kann.
> Eine gescheite Kompensation schafft dies aber.

Schafft sie nicht, weil danach praktisch immer LC-Filter kommen.
Mögen sie auch parasitär sein.

So, und nun zeige uns doch mal endlich eine asc mit Deiner
favorisierten Regelung. Oder noch besser, baue die hier passend um.
Dann können wir vergleichen ob Dein Vorschlag etwas bringt.


LG
old.

von Mark S. (voltwide)


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Aus der W. schrieb:
> Mark S. schrieb:
>> Du hast immer noch nicht verstanden, dass Deine Vor-Filter-Kompensation
>> das Klingeln des folgenden LC-Filters nicht beheben kann.
>> Eine gescheite Kompensation schafft dies aber.
>
> Schafft sie nicht, weil danach praktisch immer LC-Filter kommen.
> Mögen sie auch parasitär sein.
>
> So, und nun zeige uns doch mal endlich eine asc mit Deiner
> favorisierten Regelung. Oder noch besser, baue die hier passend um.
> Dann können wir vergleichen ob Dein Vorschlag etwas bringt.
>
>
> LG
> old.

Habe ich bereits getan.
Und jetzt arbeite erst mal die letzten Jahrzehnte an 
Schaltregler-Entwicklung auf.
Und nochmal, zum Mitmeißeln: Ich bin nicht Dein Angestellter

von oldeurope O. (Gast)


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Mark S. schrieb:
> Habe ich bereits getan.

Wo ist den die asc mit Deinem Regler? Nichts hast Du
und Du kannst das auch nicht weil:
Mark S. schrieb:
> Ein sauber erscheinendes Rechteck mit wenig Jitter interessiert mich
> hier persönlich nicht sonderlich.

Bis dahin gilt:
Beitrag "Re: LT1076 buck, synchron, Wirkungsgrad-Verbesserungen"

> Und jetzt arbeite erst mal die letzten Jahrzehnte an
> Schaltregler-Entwicklung auf.

Mit der Schaltung hier bin ich auf dem neuesten Stand.
Etwas weiter als der FAN, bei mir gibt es schon einen
PMOS der kein Bootstrapping mehr benötigt.

> Und nochmal, zum Mitmeißeln: Ich bin nicht Dein Angestellter

Zur Zeit bist Du mein Threadraufholer. Schwätzer würde ich
nicht anstellen. Äh - doch als Verkäufer. ;-)

LG
old.

von Mark S. (voltwide)


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Aus der W. schrieb:
> Zur Zeit bist Du mein Threadraufholer.
Damit könntest Du Recht haben. Und da von meiner Seite alles gesagt ist 
klinke ich mir hier jetzt aus.

von Günter Lenz (Gast)


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Karl K. schrieb:
>Häh?
>
>Dieser ganze Aufwand, um 24V auf 5V mit 2A zu haben? Nimm einen 2596-5,
>da brauchst Du genau nur eine Diode, eine Drossel, zwei Elkos und fertig
>ist die Laube.

Er experimentiert nun mal gerne, ich experimentiere auch gerne.
Aber was ich vermisse, er teilt uns keine Ergebnisse mit.
Er müste erst mal eine Standartschaltung aufbauen, und den
Wirkungsgrad messen, damit man einen Vergleich hat. Den
Wirkungsgrad kann man als Faktor oder in Prozent angeben.
Er ist zwischen 0 und kleiner 1 oder zwischen 0% und kleiner
100%. Eingangsleistung und Ausgangsleistung messen, und dann
Ausgangsleistung durch eingangsleistung. Grundsätzlich ist
es ja so, ob nun Trafo oder Schaltnezteil, es gibt zwei
Punkte wo der Wirkungsgrad Null ist, einmal bei Leerlauf
und einmal bei Kurzschluß. Irgendwo dazwischen gibt es
eine Stelle wo der Wirkungsgrad maximal ist. Also am
Netzteil die Belastung langsam steigern bis man diese
Stelle gefunden hat. Nach Schaltungsänderung messen und
vergleichen ob es was gebracht hat. Wenn man den Wirkungsgrad
verbessern will, muß man eigentlich nur schauen wo Wärme
entsteht, und überlegen ob es möglich ist dies abzustellen
oder verringern kann.

von hpk (Gast)


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Experimentieren, um was_genau empirisch zu ermitteln?

von Günter Lenz (Gast)


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Er hat doch geschrieben, das er den Wirkungsgrad
von einem Converter verbessern will, aber vielleicht
kann man daran auch nichts verbessern, daß will er
ja herausbekommen.

von oldeurope O. (Gast)


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Günter Lenz schrieb:
> aber vielleicht
> kann man daran auch nichts verbessern

Beitrag "Re: LT1076 buck, synchron, Wirkungsgrad-Verbesserungen"

Hast Du den und andere Beiträge von mir "übersehen"? ;-)

LG
old.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Du hast den Wirkungsgrad vom LT1076 nicht verbessert, Du hast ihn 
abgeschafft. Gibst Du selber zu:


Aus der W. schrieb:
> Der LT1076 liefert nur noch Signale für die Treiber.


Als Signalgeber gibt es besser geeignete ICs.

von oldeurope O. (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Als Signalgeber gibt es besser geeignete ICs.

Hättest einen weiter lesen sollen:

Beitrag "Re: LT1076 buck, synchron, Wirkungsgrad-Verbesserungen"

Ist bei RS bestellt, kommt morgen.

LG
old.

von der schreckliche Sven (Gast)


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Die letzten 24 Jahre technologischen Fortschritt fröhlich ingnorierend.

von oldeurope O. (Gast)


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der schreckliche Sven schrieb:
> Die letzten 24 Jahre technologischen Fortschritt fröhlich ingnorierend.

Na dann zeige uns doch mal endlich ein fortschrittlicheres Konzept.
Bis dahin habe ich die Nase vorn. Und das mit betagten Bauteilen
in Durchstecktechnik (=THT).


Aus der W. schrieb:
> Mark S. schrieb:

>> Und jetzt arbeite erst mal die letzten Jahrzehnte an
>> Schaltregler-Entwicklung auf.
>
> Mit der Schaltung hier bin ich auf dem neuesten Stand.
> Etwas weiter als der FAN, bei mir gibt es schon einen
> PMOS der kein Bootstrapping mehr benötigt.

LG
old.

von noreply@noreply.com (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Ja, das ist Absicht. Habe auch schon viele Regelschaltungen
> mit anderen Reglern entsprechend modifiziert.

Verstehe die Regelung trotzdem nicht. Am Abgriff des 
Widerstandsnetzwerkes ist meiner Meinung nach eine 
Rechteckwechselspannung zwischen ungefähr Vin und GND. Das 
Widerstandsnetzwerk mit Glättungskondensator arbeitet dann zusammen mit 
FB des Schaltreglers als Rechteckgenerator mit einer Pulsweite, die von 
einen RC-Glied bestimmt wird.

von oldeurope O. (Gast)


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noreply@noreply.com schrieb:
> Verstehe die Regelung trotzdem nicht. Am Abgriff des
> Widerstandsnetzwerkes ist meiner Meinung nach

Die asc-Datei übersehen? Schau Dir doch einfach an
was dran liegt und wie die Regelung arbeitet.

LG
old.

von noreply@noreply.com (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Die asc-Datei übersehen? Schau Dir doch einfach an
> was dran liegt und wie die Regelung arbeitet.

Ach nö. In der asc-Datei fehlen Lastsprünge und Änderungen der 
Ausgangsspannung.

von noreply@noreply.com (Gast)


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noreply@noreply.com schrieb:
> Änderungen der
> Ausgangsspannung.

Meinte Eingangsspannung

von Günter Lenz (Gast)


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Um herauszufinden ob es eine Verbesserung oder
verschlechterung ist muß man die Schaltungen mal
in Echt aufbauen und die Leistungen an Ein- und Ausgang
messen und ins Verhältnis setzen. Ich habe hier bisher
noch keine Meßergebnisse in Watt gesehen.

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