Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Suche synchronen step-down 20V zu 10-15V @ 1A


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von Baku M. (baku)


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Nabent zusammen,
ist laut Titel vermutlich nichts anspruchsvolles, aber ich googel mit 
schon tagelang die Finger wund. Vielleich kann ja hier jemand was aus 
dem Hut zaubern.

Gesucht wird ein step-down-Wandler, entweder nur Controller oder mit 
eingebauten Schalttransistoren, für folgende Eckdaten:

Uin: 19..21V (vorgeregelt)
Uout: 10..15V
IOut: 1A

Platzbedarf: spielt kaum eine Rolle
Preis: ebenso (naja...)
Wirkungsgrad: So hoch wie irgend möglich, d.h. minimale Wärmeentwicklung
(Und sollte bei TME oder ähnlichen Verdächtigen beschaffbar sein)

Anwendung: Bleiakku laden. Also keine besonderen Anforderungen an 
Regeldynamik, Ripple etc.

Bislang habe ich ein Schingping-1€-Modul mit LM2596 im Rennen, das läuft 
auch tadellos, für die Regelung und Steuerung habe ich es leicht 
modifiziert und regel es über einen OP und den ohnehin vorhandenen 
Stromsensor. Läuft prima.
Einziges Problem: Wird heiß wie Hulle. Ich habe es zwar nicht gemessen, 
aber meine Finger sagen: über 50°.
Gemessener Wirkungsgrad so um und bei 77%, d.h. es werden so um die 3W 
verheizt.
Klingt nicht viel, stört mich aber.

Mein Probem ist momentan, daß alles, was ich gefunden habe, entweder 
nicht erhältlich ist oder nur für deutlich niedrigere Spannungen 
geeignet ist, wo natürlich die Vorzüge eines Synchronwandlers den 
höheren Aufwand leichter rechtfertigen.

Zum Umfeld: Ist eine reine Bastelarbeit, Stückzahl max.3, auf 
anständiger Platine. Gerne auch SMD.
Altmännermarotte eines ehemaligen Hardwareentwicklers, der seit vielen 
Jahren nur noch Software und Projektmanagment machen muß, und in seiner 
Freizeit geniesst, endlich mal ohne Zeit- und Kostendruck eine optimale 
Lösung bauen zu dürfen :-)

IdS,
für jeden sachdienlichen Hinweis dankt
Baku

von Bürovorsteher (Gast)


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Den WebBench-Designer von TI kennst du?
https://webench.ti.com/power-designer/

Mit deinen Werten und für high-efficiency wirft er mir auf Anhieb acht 
synchrone Varianten aus...

Erfahrungswert: die vom Powerdesigner gelieferten Entwürfe sind bei mir 
immer anstandslos gelaufen.

von Baku M. (baku)


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Nee, kannte ich noch nicht.
Werde ich gleich mal ausprobieren.

Sage schon mal Dank für den Fingerzeig :-)

von Bürovorsteher (Gast)


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Wem TI nicht zusagt, der nimmt eben was von MPS (Monolithic Power 
Systems):
www.monolithicpower.com/en/dc-dc-designer-for-windows.html

Funktioniert bei mir auch, zumindest bei den zuletzt gelieferten 6000 
Geräten.

von Bürovorsteher (Gast)


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Wer es etwas teuerer mag, nimmt was von Analog Devices:

https://www.analog.com/en/design-center/ltpowercad.html

von Baku M. (baku)


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Bürovorsteher schrieb:
> Wem TI nicht zusagt, der nimmt eben was von MPS (Monolithic Power
> Systems):
> www.monolithicpower.com/en/dc-dc-designer-for-windows.html
>

Hm, nuja.. Der sagt immer 'Please select a chip first'
Da hat er mich ja genau am wunden Punkt getroffen :-)
Als ich noch jung, schön und Hardwareentwickler war, da kannte ich 
natürlich alle aktuellen Chips noch...

Der Power Designer von TI ist immer noch mit 'Generating designs' 
beschäftigt..

Könntet du mal einem alten Mann aufs Pferd helfen und mir verraten, 
welche Parameter du genau eingegeben hast?

von Max G. (l0wside) Benutzerseite


Angehängte Dateien:
  • preview image for ti.png
    ti.png
    37,2 KB, 107 Downloads

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Habe den Webbench eben mit deinen Werten gefüttert (ganz ohne 
irgendwelche "Advanced"-Felder o.ä. aufzumachen, siehe Anhang. Hat mit 
Firefox ein, zwei Minuten nachgedacht und dann ein paar Vorschläge 
geliefert.

Vermutlich wirst du eher bei Mouser als bei TME bestellen müssen, aber 
das ist ja kein Drama.

von Bürovorsteher (Gast)


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> welche Parameter du genau eingegeben hast?
Uinmin 19 V, Uinmax 21 V, Uout 12 V, Iout 1 A,

> Hm, nuja.. Der sagt immer 'Please select a chip first'
Da solltest du im Vorspann die parametrische Suche von Mouser bemühen.

> Der Power Designer von TI ist immer noch mit 'Generating designs'
> beschäftigt..

Adblocker ausnahmsweise flachlegen, dann läuft es.

von Baku M. (baku)


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Bürovorsteher schrieb:
> Wer es etwas teuerer mag, nimmt was von Analog Devices:
>
> https://www.analog.com/en/design-center/ltpowercad.html

Wie ich schon sagte: Scheiß auf die Kohle :-)

Aber auch da fehlt mir der Ansatz, welches Teil ich nehmen soll, von dem 
ich auch irgendwo 5 Stück (eins zum Verheizen, eins in Reserve) kaufen 
kann.

Wenn ich das Superduperprojekt mit Megastückzahlen und 
Fantastilliardengewinnen planen würde, wären die Halbleiterhersteller 
deutlich zugänglicher...

von Baku M. (baku)


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Oha,
da habe ich morgen dann ja einiges zu tun :-)
Ich danke erstmal recht herzlich für die Hinweise!

IdS,
Baku

P.S.: Wenn es beliebt, werde ich berichten, was daraus geworden ist.

von Michael M. (michaelm)


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Ich hätte jetzt (aus uralten Zeiten) L4962 gewusst, aber es gibt 
sicherlich modernere und effektivere Regler.

von Bürovorsteher (Gast)


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> L4962

Oh, noch aus Zeiten Kaiser Karls des Radfahrers :-)

Inzwischen gibt es wirklich moderneres und sogar besseres.

von Baku M. (baku)


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Bürovorsteher schrieb:
>> L4962
> Oh, noch aus Zeiten Kaiser Karls des Radfahrers :-)

Danke, den kannte ich noch nicht! :-)

Also, den Radfahrer..

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Der MP2315 könnte gut passen. Mit dem hab ich bisher gute Erfahrungen 
gemacht.

von Michael M. (michaelm)


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Ich würde die Entscheidung davon abhängig machen, ob der TO (baku)

- ein bedrahtetes Bauteil oder SMD verarbeiten möchte/oder überhaupt 
kann
- mit relativ niedriger Schaltfrequenz, dafür aber etwas weniger 
Effizienz auskommt
- Printdesign-Erfahrung mit ("niedriger", d.h. mehrere 100kHz) 
Hochfrequenz hat
- weiß, welche Probleme dann auftreten können und diese auch lösen kann
- die erforderlichen Messmittel besitzt bzw. zur Verfügung hat.

Wenn ich mir die DB der modernen Regler-Chips ansehe, kommen einfach 
diese Fragen auf. Ich habe damals (vor 30 Jahren einen L296 (großer 
Bruder vom L4962) einfach mal eben ohne großartige Erfahrung und 
besonders hochwertige Peripherie-Bauteile auf Lochraster handgestrickt. 
Lief zum Glück ohne Probleme, da nur ca. 100kHz.
Bei mehreren 100kHz und dem heutigem Erfahrungsschatz ziehe ich immer 
noch den einfacheren und sicheren Weg vor. ;-)
Man sehe sich mal die empfohlenen PCB-Layouts der Hersteller im DB 
an....

Nebenbei:
der L4962 kann max U-in =46V und 1,5A I-out
ist KEIN SMD, man kann ihn noch ohne Brille/Lupe sehen :-) und auch die 
notwendige Beschaltung wirklich anfassen!
bringt trotzdem 80% WG, d.h. er verheizt in der gepl. Anwendung max. ca. 
3,5W
immer noch lieferbar und einigermaßen preiswert

Soo schlecht ist er also wg. des Alters nicht. ;-)

von Willi S. (ws1955)


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Die Suche ist nicht einfach, weil es meistens keine Auswahl für cc 
(constant current) plus cv (constant voltage) gibt. Man findet überhaupt 
nur bei spezialisierten Charger IC.

Gar so schlecht sind ja die "Oldtimer" wie LM2596 gar nicht, wenn man 
sie nur bei niedrigen Taktfrequenzen betreibt und auch der Verlust in 
der Diode (non-sync) ist fast nicht der Rede wert bei nur 1A.

Fertige Module mit "LM2596 cc cv" gibt es schon ab 2,95. Will man dafür 
wirklich was selber erfinden und konstruieren ?

Übrigens gibt es Diskussionen über das Modul auch in mikrocontroller.net 
(hier nur eine davon):

Beitrag "CC CV Charging Module"

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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"Uin: 19..21V (vorgeregelt)
Uout: 10..15V
IOut: 1A"

Das würde mir mit TL494, TL497, SG3524, SG3525 nicht schwer fallen, zu 
realisieren. Sie gelten aber heutzutage als altmodisch. Bei dem geringen 
Strom würde mir eine normale Schottkydiode reichen, also nicht synchron.

MfG

von Michael M. (michaelm)


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Christian S. schrieb:
> Das würde mir mit TL494, TL497, SG3524, SG3525 nicht schwer fallen, zu
> realisieren.

Nehme ich dir ohne Probleme ab, aber denke bitte an die verhältnismäßig 
aufwändige Peripherie/ext. Beschaltung...

von Michael M. (michaelm)


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.. der Negativ-Bewerter kann gerne ARGUMTENTATIV bessere Vorschläge 
machen...

von Baku M. (baku)


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Michael M. schrieb:
> .. der Negativ-Bewerter kann gerne ARGUMTENTATIV bessere Vorschläge
> machen...

Halt mal den Ball flach und ignoriere Negativ-Bewerter einfach. Weil sie 
keine besseren Argumente als einen Mausklick haben...

IdS!
Baku

von ArnoR (Gast)


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Christian S. schrieb:
> Das würde mir mit TL494, TL497, SG3524, SG3525 nicht schwer fallen, zu
> realisieren.

Ja, das wissen wir. Nur kann ich mir nicht vorstellen, daß der TO 
wirklich sowas im Sinn hat:

Beitrag "Re: TL494 peak current protection mit 3 Transistoren"
Beitrag "Re: MC34063 Schaltungsvorstellung 5V Stepup-Konstantstromquelle 1A für 2x10W Power-LED"

von Baku M. (baku)


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Moin zusammen!

So, ausgeschlafen funktioniert auch die TI-Webench :-)

Gerd E. schrieb:
> Der MP2315 könnte gut passen. Mit dem hab ich bisher gute Erfahrungen
> gemacht.

Und wenn ich den bei Monolithicpower in in den DC-DC-Designer einkippe,
werden mir glatte 98% Wirkungsgrad errechnet. Wird in der Praxis wohl 
nicht ganz hinzukriegen sein, aber die Richtung stimmt.

Da habe ich gestern Abend ja mal wieder einiges dazugelernt.

Besten Dank erstmal an alle!

sagt
Baku

von Baku M. (baku)


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ArnoR schrieb:
>[..]
> Ja, das wissen wir. Nur kann ich mir nicht vorstellen, daß der TO
> wirklich sowas im Sinn hat:
> [..]

Sieht aber cool aus :-)

von analogKäse (Gast)


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Baku M. schrieb:

> IOut: 1A

Wenns effizient seien soll, den Maximalstrom etwas höher wählen.

Ein TPS40057 ist hier verbaut:
https://www.aliexpress.com/item/24V-12V-To-5V-5A-25W-DC-DC-Buck-Step-Down-Power-Supply-Module-Synchronous-Rectification/32889410992.html

Mit dem passenden Rs kommen da sicher auch 12V raus.
Bei 12V=>1A@5V hat das Modul >90% Wirkungsgrad.

von Willi S. (ws1955)


Angehängte Dateien:

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LTC4012 ist fürs Akkuladen spezialisiert (echte Iout Begrenzung) und 
bietet auch eine sehr präzise Vref (Vout 0.5% genau), das ist schon was 
anderes als der ganze Fernostschrott. Nicht zuletzt kann man auch die 
mehreren Statusanzeigen gut brauchen.

Was mich an der Standard-Applikation verwundert, ist der nicht gerade 
berauschende Wirkungsgrad bzw satte 1 Watt Verluste bei 1A. Nun zeigt ja 
LT sehr ausführlich die Berechnungen, auch die Umschaltverluste der 
Mosfet werden berücksichtigt. Welche Mosfet verwendet werden, habe ich 
gar nicht geschaut sondern mich gleich für den DUAL N-Kanal NTMFD4C20N 
entschieden und damit komme ich auf eine Verlustleistung von typisch 
195mW (20V:15V/1A).

Dazu kommen natürlich noch der IC selber, die Gatetreiber grob 
geschätzt, die Spule mit Rdc und Kernverlust und der Shunt.

SUMME komplett 430 mW

15W/15.43W = Wirkungsgrad 97.2% !!

Das wäre mein Ziel und müsste möglich sein.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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ArnoR schrieb:
> Christian S. schrieb:
> Das würde mir mit TL494, TL497, SG3524, SG3525 nicht schwer fallen, zu
> realisieren.
>
> Ja, das wissen wir. Nur kann ich mir nicht vorstellen, daß der TO
> wirklich sowas im Sinn hat:
>


Klar, daß unser aufmerksamer Forist hier gleich mit seinem geschätzten 
Beitrag ankommt.
Nur bleibt dem TO der Aufbau seiner drei Exemplare selbst überlassen.

mfG

von Baku M. (baku)


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#### Ergebnisse ####

Nabent zusammen,
ich habe erste Ergebnisse zu vermelden. Nachdem mir der MP2315 auf 
Anhieb sympathisch erschien, habe ich mir mal ein paar von diesen 
Bördchens besorgt:

https://www.electrodragon.com/product/dc-buck-step-power-module-3a24v-mp2315/
(Europäischer eBay-Händler, konnte schnell liefern)

Wirkungsgrad aus dem Stand bei 91%, mit optimierten Bauteilen lässt sich 
da sicher noch 1-2% rauskitzeln. Hat (nach einigen kleinen 
Modifikationen auf der Platine) auf Anhieb mit meiner Regelung und 
Steuerung zusammengespielt!

Welch ein Fortschritt zum LM2596!
Das kleine Kerlchen wird noch nicht einmal merklich warm, nur die 
Drossel ein wenig, und dafür nimmt das ganze Gelöt nur ein viertel des 
Platzes ein.

Ich denke, das ist das, was ich gesucht habe. Gibt es bei Mouser.

Besten Dank an alle, die mir geholfen haben!
sagt
Baku

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