Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsregler 12V->3.3V mit Dioden am Eingang zur Verlustleistungsbegrenzung


von Daniel R. (sparker)


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Ich will auf meiner Platine 12V (Bordspannung) auf 3,3V runterregeln mit 
einem gewöhnlichen Spannungsregler (LM1117)

Leider ist die Verlustleistung für den Regler, nachdem ich das mit dem 
thermischen Widerstand grob kalkuliert habe, zu hoch
(Worst Case max. 150mA Dauerstrom erzeugt 1,3W Verlustleistung -> ich 
müsste auf ca. max. 0,8W Verlustleistung runter), ein Schaltnetzteil ist 
mir für eine Platinenserie zu teuer und benötigt zu viel Platz.

Daher habe ich mir überlegt, ob ich nicht ca. 5 Dioden ala 1N4148 in 
Serie davor schalte, um die Eingangsspannung am Spannungsregler 
entsprechend zu reduzieren (5 x ca.1V [lt. Datenblatt bei ca. 150mA IF] 
weniger ergibt -5V) und käme dann auf nur mehr 555mW Verlustleistung am 
Spannungsregler (dafür auf ca. 750mW an den Dioden ;-)
Lt. den Datenblättern werden die Grenzwerte alle eingehalten.

Ist das eine akzeptable Variante oder unüblich bzw. problembehaftet?

: Verschoben durch User
von Jörg R. (solar77)


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Daniel R. schrieb:
> Ist das eine akzeptable Variante oder unüblich bzw. problembehaftet?

Ich würde keine 1N4148 nehmen, zu grenzwertig. Nimm lieber 1N4007 o.ä.
Eine Z-Diode mit entsprechender Leistung ginge auch.


Daniel R. schrieb:
> Ich will auf meiner Platine 12V (Bordspannung) auf 3,3V runterregeln mit
> einem gewöhnlichen Spannungsregler (LM1117)

Weshalb dieser Regler? Ein LDO muss es doch nicht sein. Zudem gibt es 
auch Festspannungsregler für 3,3 Volt, der LM1117 ist einstellbar.

Hast Du ein Platzproblem? Sonst könnte der Regler (TO220 Gehäuse) auch 
mit einem Kühlkörper versehen werden.

Du schreibst von 12 Volt Bordspannung, ohne weiter darauf einzugehen. 
Eine volle Autobatterie hat eher um die 13 Volt, bei einem fahrenden 
Auto auch über 14 Volt. Das solltest Du bei deinen Berechnungen 
berücksichtigen.

: Bearbeitet durch User
von Jens M. (schuchkleisser)


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Und das wo TO220-große Schaltregler-Module 7€ im Zehnerpack aus China 
kosten, die >1A können, verschiedene und auch einstellbare Spannung 
bieten und dazu noch einen echten Enable-Pin haben, der den Ausgang 
abschaltet.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Da kostet dieses Teil ja ein kleines Vermögen.
(2,37E bei RS)

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Daniel R. schrieb:
> Daher habe ich mir überlegt, ob ich nicht ca. 5 Dioden ala 1N4148 in
> Serie davor schalte, um die Eingangsspannung am Spannungsregler
> entsprechend zu reduzieren (5 x ca.1V [lt. Datenblatt bei ca. 150mA IF]
> weniger ergibt -5V) und käme dann auf nur mehr 555mW Verlustleistung am
> Spannungsregler (dafür auf ca. 750mW an den Dioden ;-)
> Lt. den Datenblättern werden die Grenzwerte alle eingehalten.
>
> Ist das eine akzeptable Variante oder unüblich bzw. problembehaftet?

Nein, das kann man durchaus so machen. Ich würde dafür aber nicht die 
1N4148 nehmen sondern je nach Platz etwas dickere "Brummer" (S2M oder 
ähnlich). Die werden dann auch die Wärme besser los.

Wichtig ist nur, dass der LM1117 auch bei maximalem Strom durch die 
Dioden noch genug Spannung sieht.

Einen Verpolungsschutz gibt es so gratis dazu ;-)

Wir hatten das hier mal bei einem analogen Lade-IC für einen 
LiFePO-Akku, bei dem man von 5V auf 2,5-4V runter musste. Da das Ganze 
in einem sehr gut thermisch isolierten Gehäuse saß und vergossen wurde, 
musste die Verlustleistung entsprechend auf IC und eine S2M aufgeteilt 
werden.

Jens M. schrieb:
> Und das wo TO220-große Schaltregler-Module 7€ im Zehnerpack aus China
> kosten, die >1A können, verschiedene und auch einstellbare Spannung
> bieten und dazu noch einen echten Enable-Pin haben, der den Ausgang
> abschaltet.

Schaltregler sind nicht immer eine Option, gerade wenn es um saubere 
Ausgangsspannungen und CE-Konformität geht (er sprach von Serie).

Und 70ct und ICs aus undefinierbarer Quelle sind eben mehr als 15ct 
(LM1117+Dioden).

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Ich würde 2 kleine (SOD-80) 1,8V Z-Dioden nehmen, wenn es linear bleiben 
soll.

von Udo S. (urschmitt)


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Wenn der max. Strom sicher unter 150mA bleibt tut es auch ein Widerstand 
33 Ohm 1W.
Dürfte billiger und weniger empfindlich sein als eine Z-Diode.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Chris D. schrieb:
> (er sprach von Serie).

Ich lese aus

Daniel R. schrieb:
> ist mir für eine Platinenserie zu teuer und benötigt zu viel Platz

eher, das es um ein paar "Einzelstücke" geht, und da ist das designen 
eines vernünftigen Schaltnetzteils zu aufwändig.

Die z.B. unter 401661405497 erhältlichen enthalten einen MP2315 in der 
Datenblatt-Standardschaltung von Seite 1, einzig am EN-Pin ist ein 
Pullup so das das Teil direkt "an" ist.
Ich stimme dir zu, es gibt Situationen in denen ein Schaltregler 
Nachteile hat, aber das kann nur der Entwickler beurteilen.
Hinsichtlich Designeinfachheit, Preis, Größe, Belastbarkeit und 
Leistungsfähigkeit sind diese Teile einem 78xx plus Dioden jedenfalls 
mindestens ebenbürtig, wenn nicht überlegen.

Die Version mit dem Vorwiderstand oder Vordioden wäre auch mein 
"Bastelfavorit", sofern UinMin und Imax bekannt sind und das ganze dann 
im Rahmen liegt.
Mit dem Modul (von denen ich eine Handvoll in der Lade habe) ist aber 
ohne viel Denke bei den meisten Projekten schnell und ausreichend alles 
in Butter.
Nur DSP-Radios und DCF-Uhren stehen nicht so drauf.

von Alexander S. (esko) Benutzerseite


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Daniel R. schrieb:
> 12V (Bordspannung)

Woher kommen denn die 12 Volt Bordspannung?

Wenn es ein Auto- oder Bootsnetz ist, wird es wegen den Spannungsspitzen 
komplizierter.

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


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Jens M. schrieb:
> Ich stimme dir zu, es gibt Situationen in denen ein Schaltregler
> Nachteile hat, aber das kann nur der Entwickler beurteilen.
> Hinsichtlich Designeinfachheit, Preis, Größe, Belastbarkeit und
> Leistungsfähigkeit sind diese Teile einem 78xx plus Dioden jedenfalls
> mindestens ebenbürtig, wenn nicht überlegen.

Absolut ACK. Ich halte die Variante mit den Dioden jedenfalls für 
Pfusch. Und daß dabei das Wort "Serie" fällt, jagt mir Schauer über den 
Rücken. Wenn es unbedingt ein Linearregler sein muß (wie gesagt: 
begründet wurde das bisher nicht) dann gibt es zwischen SOT-223 (oder 
was dem TE vorschwebt) und dem grobmotorigen TO-220 ja noch andere 
Gehäuse, die bezüglich Kühlbarkeit und Größe dazwischen liegen. 
Kühlfläche wird so oder so gebraucht.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Jens M. schrieb:
> Ich lese aus
>
> Daniel R. schrieb:
>> ist mir für eine Platinenserie zu teuer und benötigt zu viel Platz
>
> eher, das es um ein paar "Einzelstücke" geht, und da ist das designen
> eines vernünftigen Schaltnetzteils zu aufwändig.

Viele Einzelstücke sind dann eine Serie ;-)
Nein, ich weiss schon, was Du meinst.

> Ich stimme dir zu, es gibt Situationen in denen ein Schaltregler
> Nachteile hat, aber das kann nur der Entwickler beurteilen.
> Hinsichtlich Designeinfachheit, Preis, Größe, Belastbarkeit und
> Leistungsfähigkeit sind diese Teile einem 78xx plus Dioden jedenfalls
> mindestens ebenbürtig, wenn nicht überlegen.

Natürlich sind Schaltregler bei Leistung das Mittel der Wahl. Aber: er 
benötigt diese Leistungsfähigkeit nicht. Und preislich wird er mit einem 
Schaltregler nicht in die Nähe seines LM1117 mit bspw. einer Z-Diode 
kommen. Der Schaltregler benötigt außerdem deutlich mehr Bauteile und 
eine passende Spule (die man auch nicht immer da hat).

> Mit dem Modul (von denen ich eine Handvoll in der Lade habe) ist aber
> ohne viel Denke bei den meisten Projekten schnell und ausreichend alles
> in Butter.

Ja, die liegen hier auch in der Kiste - wenn es um Leistung geht, sind 
Schaltregler auch erste Wahl. Und die kleinen Platinchen kann man 
schnell mal auf eine Lochrasterplatine auflöten.

Aber bei einem neuen Platinendesign würde ich bei 150mA auch schauen, ob 
ich das nicht linear geregelt bekomme - zumal man die Dinger (LM1117, 
LM317 usw.) ja meist sowieso auf Rolle hat und man da einfach mehr 
Freiheiten bzgl. des Layouts bestehen.

> Nur DSP-Radios und DCF-Uhren stehen nicht so drauf.

Oder Messverstärker, ADCs usw.

von Purzel H. (hacky)


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Ich wuerde 2 Power LED nehmen, dann sind vielleicht 7V weg, und das 
Geraet ist schoen von innen beleuchtet.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Chris D. schrieb:
> Und preislich wird er mit einem
> Schaltregler nicht in die Nähe seines LM1117 mit bspw. einer Z-Diode
> kommen.

Größere Platine wegen Kühlkörper/Kupferfläche und größeres Gehäuse, 
damit es darin nicht zu warm wird, ist damit der Preisvorteil nicht 
wieder dahin?

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Sven S. schrieb:
> Größere Platine wegen Kühlkörper/Kupferfläche und größeres Gehäuse,
> damit es darin nicht zu warm wird, ist damit der Preisvorteil nicht
> wieder dahin?

Es kommt natürlich - wie immer - darauf an :-)

Meist ist aber sowieso genug Platz und oft reichen große Pads schon aus. 
Aber mit Aufteilung der Wärme auf mehrere Hotspots hat man schon 
deutlich mehr Layout-Möglichkeiten und geringere Bauteilbelastungen.

von Daniel R. (sparker)


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Hallo,

danke für die Infos.

Ein wesentlicher Punkt ist tatsächlich, da es sich unter anderem um eine 
HF-Schaltung handelt und mir die MCU als zusätzliche HF-Quelle schon 
reicht, eine Dritte (Schaltregler) will ich nicht auch noch auf der 
Platine haben.

Name H. schrieb:
> Ich wuerde 2 Power LED nehmen, dann sind vielleicht 7V weg, und
> das
> Geraet ist schoen von innen beleuchtet.

Natürlich wäre es schön, wenn man auch etwas sinnvolles außer Wärme 
damit produzieren könnte, wird aber ein Metallgehäuse - zumindest die 
Wärmeabfuhr sollte damit kein Problem darstellen.

: Bearbeitet durch User
von Daniel R. (sparker)


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Und so als Tipp:

Immer mal vorher den Simulator anwerfen (oder das Datenblatt genau 
anschauen), ich hätte jetzt einfach so einen 10uF-Kondensator eingebaut 
(so nach dem Motto: Was kann bei einem simplen Festspannungsregler da 
schon groß falsch sein), und mich dann beim Aufbau whschl. gewundert, 
dass nichts funktioniert, habe aber zum Glück in der Simulation bemerkt, 
dass das Ding dann wie verrückt schwingen würde (noch ein Oszillator ;-) 
).

Mit 100uF ist es gut...

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Gerade bei LDOs sollte man sich an die Datenblattempfehlungen halten, 
das sind schon mal rechte Mimosen.

von Manfred (Gast)


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Daniel R. schrieb:
> Immer mal vorher den Simulator anwerfen (oder das Datenblatt genau anschauen)

Ich verstehe die Welt nicht mehr, bei 8 Volt Differenz einen 
LowDropRegler?

Und dann noch eine Simulation für den simplen Dreibeiner brauchen, das 
kann man nicht ernst meinen!

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