Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Linearregler notwendig oder geht auch Schaltregler?


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von Timo N. (tnn85)


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Ich habe ein einfaches µC-Projekt mit nicht allzu sensiblen Signalen was 
die Spannungsversorgung betrifft (2 x ADC-Kanäle [Auswertung von 
Potentiometerstellung], 1 x LCD-Display über 4-Bit-Interface, 2 x PWM 
zur Ansteuerung von zwei H-Brücken +  2 x Digitalsignal als 
Richtungssignal [ beides für zwei Motoren angeschlossen an eine 
Motortreiberplatine])

Ich würde gerne aus (konstruktiven) Designgründen (kann ich noch darauf 
eingehen, wenn es wirklich von Interesse ist) statt eines normalen 7805 
Linearregler einen BEC (also eine Art Schaltregler mit 5V Ausgang) 
verwenden, um meinen µC zu versorgen.

Ich meine, bei beiden Spannungsreglern muss man ja mit diversen 
(Abblock- und Entstör-) Kondensatoren das Rauschen und die Welligkeit 
der Versorgung in den Griff bekommen - beim Schaltregler ist dies umso 
wichtiger.

Ich sehe bei µC-Projekten eigentlich nie Schaltregler als Versorgung 
sondern immer nur in Kombination mit Linearreglern.
Auf dem Oszi habe ich unter normalem Gebrauch keine Welligkeit oder 
Rauschen auf der Versorgung feststellen können, wenn ich einen 
Schaltregler einsetze.

Sprechen andere Gründe dagegen, einen Schaltregler einzusetzen, wenn die 
Anwendung keine sehr hohe Genauigkeit (bei der Umwandlung von analogen 
Signalen über die ADCs) vorschreibt?

: Verschoben durch Moderator
von holl (Gast)


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Timo N. schrieb:
> Ich sehe bei µC-Projekten eigentlich nie Schaltregler als Versorgung
> sondern immer nur in Kombination mit Linearreglern.

Wenn Du in der Lage bist, ein vernünftiges Layout zu erstellen und Dich 
auch sonst in der Analogtechnik gut auskennst, dann wird es auch mit 
Schaltreglern gut funktionieren.

Bei solchen Projekten trennt sich die Spreu vom Weizen.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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MCs brauchen nur ein paar mA, da lohnt es sich meist einfach nicht. Ein 
Schaltregler wird immer teurer, grösser und komplizierter sein. Einen 
Wirkungsgradvorteil muss man erst mal nachweisen bei so kleinen 
Leistungen (Eigenverbrauch des Reglers, bei linearen inzwischen im 
µA-Bereich) . Wenn sonst nichts weiter nichts nennenswertes an den 3,3 
oder 5V hängt, denke ich bis 12V Eingangsspannung nicht mal drüber nach.

von M. K. (sylaina)


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Timo N. schrieb:
> Ich sehe bei µC-Projekten eigentlich nie Schaltregler als Versorgung
> sondern immer nur in Kombination mit Linearreglern.

Oha, dann schau mal genauer hin. Bei Hobbybastlern kommen oft 
Linearregler zum Einsatz, ja. Grund hierfür: Sind sind wesentlich 
einfacher beherrschbar. Aber sobald Effizienz gefragt ist sind 
Schaltregler da. Schau doch einfach mal in deinen Computer, da steckt 
auch ein Mikrocontroller drin aber der wird sicher nicht von einem 
Linearregler versorgt. ;)

von soso... (Gast)


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Timo N. schrieb:
> Ich sehe bei µC-Projekten eigentlich nie Schaltregler als Versorgung
> sondern immer nur in Kombination mit Linearreglern.

Privat nehm ich manchmal Boost, um von 1,5V auf 3V3 zu kommen.  In der 
Arbeit haben wir fast zu 100% Schaltregler, und Analogtechnik haben wir 
immer. Grund: Wir haben fast immer 24V-Versorgung (18-30V), und selbst 
bei nur 50mA wird ein Linearregler recht groß.

Im Normalfall wird man kein Problem haben, wenn man die Auslegung sauber 
macht. Das ist auch nicht übermäßig schwierig, man kann hier einfach 
nach dem Datenblat vorgehen.

ich lege den Rippel meist auf <10mV aus.

Für analoge Schaltungsteile muss man manchmal LC-Filter verwenden. Wenn 
der Schaltregler halbwegs modern ist (>1MHz) wird man dort aber mit 
winzigen Bauteilen auskommen.
Für die Potis ist der Rippel relativ egal, denn die kann man 
ratiometrisch (Relativmessung) auswerten, treten Störungen auf der 
Versorgung gar nicht in Erscheinung.

Man muss nur mit der EMV etwas aufpassen, Filter mit Ferritbeads am 
Versorgungseingang und in der Ausgangsspannung können sinnvoll sein.

Nenne mal Daten (Eingangsspannung, Strom), dann kann man dir konkrete 
Vorschläge machen.

von Joachim B. (jar)


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H.Joachim S. schrieb:
> MCs brauchen nur ein paar mA, da lohnt es sich meist einfach nicht. Ein
> Schaltregler wird immer teurer, grösser und komplizierter sein.

wenn hohe Eingangsspannungen ins Spiel kommen und sowieso noch Zubehör 
versorgt werden muß z.B. Wordclock dann spare ich mir bei 5V doch den 
extra Linearregler für den µC.
Dito bei meinem AVR NETIO der sich aus der Fritzbox Spannung 12V seine 
5V holt, dort waren Linearregler drauf die sogar einen extra KK 
brauchten, ersetzt zu Recom R785 und R7833.

Also so lasse ich Lienarregler extra für µC nicht gelten.

von svensson (Gast)


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Moinsen,
bei einem ATtiny habe ich gerade einen Linearregler gegen einen 
Schaltregler (RI2412S) ersetzt. Der ganze µC wird in Epoxidharz 
eingegossen (weil unter Wasser) und der Linearregler wurde einfach zu 
heiß.

von MaWin (Gast)


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Timo N. schrieb:
> mit nicht allzu sensiblen Signalen was die Spannungsversorgung betrifft
> (2 x ADC-Kanäle [Auswertung von Potentiometerstellung

Du jast offenkundig doch eine sensible Versorgung, die Frage ist, wie 
genau du die Potistellung auflösen willst, alle 1024 oder bloss 10 
Stellungen.

Timo N. schrieb:
> inen BEC (also eine Art Schaltregler mit 5V Ausgang

Ein BEC ist mitnichten immer ein Schaltregler, sonder bedeutet zunächst 
mal nur dass die Elektronikspannung aus dem Fahrakku gewonnen wird.

Und du hast Motoren, also grosse Störquellen.

Wenn du deine Potis bis 1/1024 stabil auflösen willst, schlägt der uC 
Hersteller sowieso vor den uC während der Analogwandlung in sleep zu 
legen damit er seine eigene Umwandlung nicht stört und er schlägt vor 
AVCC (aus dem du AREF gewinnen wirst) per LC Filter zu sieben, die Potis 
werden aus der gesiebten Spannung versorgt, hängen also an AGND und 
AVCC. Es kann immer noch passieren, dass die Motoren per Funkstürung 
stören, also sollten sie prr Filter entstört werden.
Ob Linearregler oder Schaltregler ist dein kleinstes Problem, bei den 
paar Milliampere tut es ein Linearregler, besser als 7805, eher 
LP2950-5.0

von Olaf (Gast)


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Schaltregler sind in der Industrie mittlerweile eigentlich eine 
Selbstverstaendlichkeit. Jedenfalls wenn es ein Minimum an Gruenden gibt 
auf die Energiefizienz zu schauen. Schaut z.B mal auf einen LTC3642, Iq 
ist da 12uA oder TPS62120 mit 11uA. Und ich bin mir sicher das es noch 
besseres gibt wenn man etwas laenger sucht.

Olaf

von Timo N. (tnn85)


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Dann war meine Wahrnehmung falsch, dass vorwiegend Linearregler bzw. 
Schaltregler nur mit nachgeschaltetem Linearregler verwendet werden und 
ich kann damit vermutlich nicht viel falsch machen, wenn ich mir den 
Linearregler spare.

Hatte aufrund der höheren Ripple bei Schaltreglern immer so die 
Vorstellung, dass das bei µC eigentlich nicht verwendet werden sollte.

Zum Aufbau meines Projekts (für Interessierte):

2 x 12V-Motoren - 0,5m Leitung (2 x 2,5mm²) - H-Brücken-Board - 1,5m 
CAT5 LAN-Kabel zur Übertragung von 2xPWM, 2xRichtungssignal, 5V und GND 
- Steuerungsplatine mit µC (ATmega32) - 0,1m Telefonleitungsadern (3 
Adern GND,5V,Signal)- 2 Potis (Steuerung der zwei Motoren über Signal 
der Potis)

Steuerplatine und H-Brücke und Motoren sind also örtlich getrennt. 
EMC-Störeinflüsse sollten nicht so dramatisch sein.

Beim H-Brücken-Board sitzt mein Akku mit 12 - 14V. Ich möchte an dieser 
Stelle beim Akku den BEC (ist sicher ein Schaltregler, da ich eine 
Speicherdrossel auf dem Board des BECs erkennen kann, leider kann ich 
den genauen IC nicht erkennen) unterbringen und die Versorgung (5V) des 
µC über das LAN-Kabel realisieren. Sonst müsste ich ein separates Kabel 
vom Akku zur Steuerungsplatine ziehen und dort entweder Linear- oder 
Schaltregler verwenden. Der BEC hat schon einen "Kondensator" an Board.
Auf meiner Steuerplatine sind am Versorgungseingang auch ein 1000µC Elko 
und die im Datenblatt des ATmega32 vorgeschriebenen 100n Kerkos an den 
VCC Pins.
An AVCC hat der µC eine Drossel 10µH nach VCC und einen Kondensator 100n 
nach GND

LAN-Kabel wurde nur gewählt, da das Stecksystem einfach ist und die 
entsprechenden Buchsen und Kabel auch verfügbar sind. Es läuft kein 
Ethernet darüber oder so, sondern eben nur die 5V, GND, 2xPWM mit 4khz 
Frequenz und die Richtungssignale (die haben ja keine hohe Dynamik) mit 
5V-Logikpegeln.


Irgendwelche Einwände?

von Jens G. (jensig)


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Timo N. (tnn85) schrieb:

>Dann war meine Wahrnehmung falsch, dass vorwiegend Linearregler bzw.
>Schaltregler nur mit nachgeschaltetem Linearregler verwendet werden und

Na nicht doch. Linearregler sind noch voll in in µC-Schaltungen mit 
niedrigem Verbrauch, und wenn Rohspannung nicht zu hoch gegenüber der 
stabilisierten Spannung. Die Wahrnehmung der anderen, die da glauben, 
daß nur noch Schaltregler verwendet werden, ist dagegen eher irrig. Denn 
auch wenn es inzwischen Schaltregler mit nur µA Eigenstromverbrauch 
gibt, so ist doch der Aufwand für deren Einsatz wohl doch etwas höher 
als bei einfachen linearen Reglern.
Grad mal auf mein neu erstandenes STM32-DiscoveryBoard geschaut - kein 
einziger Schaltregler, dafür zwei Linearregler.

: Bearbeitet durch User
von Olaf (Gast)


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> Dann war meine Wahrnehmung falsch, dass vorwiegend Linearregler bzw.
> Schaltregler nur mit nachgeschaltetem Linearregler verwendet werden und
> ich kann damit vermutlich nicht viel falsch machen, wenn ich mir den
> Linearregler spare.

Du kannst da schon etwas falsch machen. Aber man kann es halt auch 
richtig machen. :-) Und deine Ansprueche an die Schaltung sind eher 
gering. Wenn schon mach dir eher Sorgen wegen deiner Motoren.

> Hatte aufrund der höheren Ripple bei Schaltreglern immer so die
> Vorstellung, dass das bei µC eigentlich nicht verwendet werden sollte.

Du kannst den Ripple beim Design des Schaltregler einstellen. Und bei 
hoeheren Anspruechen auch noch extra LC-Filtern. Allerdings halte ich 
das bei deiner Anwendung nicht unbedingt fuer notwendig.

> Na nicht doch. Linearregler sind noch voll in in µC-Schaltungen mit
> niedrigem Verbrauch. Die Wahrnehmung der anderen, die da glauben, daß

Kommt drauf an in welchem Bereich man arbeitet.

> Grad mal auf mein neu erstandenes STM32-DiscoveryBoard geschaut - kein
> einziger Schaltregler, dafür zwei Linearregler.

Also bitte. Das ist nicht Industrie sondern gelangweiltes Larifaridesign 
von einem Aushilfsstudenten oder einem FAE den man dazu verdonnert hat. 
Und natuerlich ist der Hauptanspruch dort so billig wie irgend moeglich, 
Stromverbrauch egal, entwaermung egal.


Olaf

von Timo N. (tnn85)


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Ok, einigen wir uns darauf, dass beides eingesetzt wird - Linear und 
Schaltregler. Das reicht mir schon.


@Olaf: Was meinst du mit "Sorgen machen bei den Motoren"?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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H.Joachim S. schrieb:
> MCs brauchen nur ein paar mA, da lohnt es sich meist einfach nicht. Ein
> Schaltregler wird immer teurer, grösser und komplizierter sein.

Das kann man so nicht verallgemeinern. Ich versorge mittlerweile kleine 
Handheld-Geräte mit AVR und Display (braucht 5V) gerne aus Lipo-Zellen. 
Da hat man dann die Wahl zwischen 2S Akku und Linearregler, was 
schlechten Wirkungsgrad gibt und beim Laden (eigentlich) einen Balancer 
braucht. Oder man nimmt eine Einzelzelle und einen Stepup (z.B. 
MCP1640). Dann kann man einfachst per TP4056 am USB laden. Letzteres ist 
mittlerweile klar die bevorzugte Variante.

Für den Stepup habe ich mir ein kleines Platinchen gemacht, weil der 
wirklich besser eine Massefläche hat. Das packe ich dann als Modul auf 
die Hauptschaltung (fast immer auf Lochraster). Sternförmige Masse am 
Schaltregler und gut ist.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Meine AlarmSau läuft auch mit einem Schaltregler auf Lochraster. Kein 
Problem mit der Messung der 14V Akkuspannung mit 10 Bit.

Edit: Sogar mit doppeltem Schaltregler. Einmal von 230V auf 12/14V und 
dann von 12V auf 5V runter. Der erste Regler läuft bei geringer Last 
(die ganze Platine nimmt bei vollem Akku nur 0,7W aus der Dose) auch 
noch im Burst-Mode.

: Bearbeitet durch User
von soso... (Gast)


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Axel S. schrieb:
> braucht. Oder man nimmt eine Einzelzelle und einen Stepup (z.B.
> MCP1640). Dann kann man einfachst per TP4056 am USB laden. Letzteres ist
> mittlerweile klar die bevorzugte Variante.

Ein kleiner Tipp:
Für solche Aufgaben ist der MCP16252 sehr praktisch:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005173B.pdf
Der hat den Vorteil, dass er extrem sparsam ist - er braucht nur 6µA. 
Man kann damit auch Dinge wie Uhren mit µC drin betreiben mit Laufzeiten 
im Monate-Jahre-Bereich.

Und er macht die Batterien so richtig leer - bis runter auf <0,6V. Wer 
also schon immer seine Projekte mit "leeren" Batterien betreiben wollte, 
damit klappt das ;-)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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soso... schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> braucht. Oder man nimmt eine Einzelzelle und einen Stepup (z.B.
>> MCP1640). Dann kann man einfachst per TP4056 am USB laden. Letzteres ist
>> mittlerweile klar die bevorzugte Variante.
>
> Ein kleiner Tipp:
> Für solche Aufgaben ist der MCP16252 sehr praktisch

Kenn ich. Der ist nur ein winziges bißchen besser als der 1640er (Iq 
14µA vs 19µA). Kann dafür etwas weniger Strom. Und den 1640er gibts in 
einer Variante ohne PFM. Der braucht dann zwar etwas mehr Energie im PWM 
Mode, macht dafür aber weniger Rippel. Womit wir wieder onT wären.

> Und er macht die Batterien so richtig leer - bis runter auf <0,6V.

In dieser Disziplin liegt der 1640 sogar vorne. Aber mit einer Lipo 
Zelle muß man nicht unter 2.5V gehen.

von Armin X. (werweiswas)


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svensson schrieb:
> Moinsen,
> bei einem ATtiny habe ich gerade einen Linearregler gegen einen
> Schaltregler (RI2412S) ersetzt. Der ganze µC wird in Epoxidharz
> eingegossen (weil unter Wasser) und der Linearregler wurde einfach zu
> heiß.

Meine Antwort betrifft jetzt nicht die ursprüngliche Frage. Daher das 
Vollzitat.
@ svenson: Epoxydharz ist meist nicht 100% wasserdicht. Nimm lieber was 
mit Polyurethan. Also ein Gießharz, beispielsweise eines welches zum 
Vergießen von Kabelmuffen verwendet wird.

von soso... (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Kenn ich. Der ist nur ein winziges bißchen besser als der 1640er (Iq
> 14µA vs 19µA). Kann dafür etwas weniger Strom. Und den 1640er gibts in
> einer Variante ohne PFM. Der braucht dann zwar etwas mehr Energie im PWM
> Mode, macht dafür aber weniger Rippel. Womit wir wieder onT wären.

Stimmt. So genau hab ich mir den 1640er noch gar nicht angesehen, muss 
ich ehrlich gestehen.

Für das Projket, wo ich ihn zum ersten mal eingesetzt habe, war der 
Stromverbrauch bei sehr kleinen Strömen kritisch (ich brauchte nur ca 
20µA), da hüpfte der halt aus dem Selektor. Nachdem ich mit der Funktion 
von dem Teil sehr zufrieden bin, habe ich mir die anderen nie so genau 
angesehen ;-)

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