Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verständnisfrage - Abwärtswandler / Ausgangs-C vs. Last


von Whaddoo (Gast)


Lesenswert?

Hallo Hallo,

Ich lese mich gerade ein bisschen in die aufregende Welt der 
Schaltregler ein und frage mich folgendes:

Zu den wesentlichen Bauteilen eines Abwärtswandlers gehört ja unter 
anderem der Filter-C am Ausgang. Dessen Kapazizät wiederum lässt sich 
errechnen oder teilweise auch schon aus Empfehlungen in den 
Datenblättern entnehmen, soweit ich das gesehen habe.

Wenn ich nun z.B. einen kleinen, universellen Schaltregler für Vin = 
7-24VDC und Vout = 5VDC / Iout = max. 500mA bauen möchte, weiß ich ja 
unter Umständen noch nicht, wie der angeschlossene Verbraucher genau 
aufgebaut ist.

Sehr wahrscheinlich ist aber doch, dass ein Verbraucher an seinem 
Spannungseingang auch einen Kondensator hat.

Und der würde ja, zusammen mit dem Ausgangs-C des Abwärtswandlers eine 
Parallelschaltung ergeben, wodurch sich wiederum die Kapazität erhöht.

Ein Beispiel:

Im Datenblatt des MAX5033 wird, ausgehend von Vout=5V und Iout=0.5A, 
empfohlen, als Ausgangs-C einen 33uF, LowESR Tantal oder 
Aluminium-Elektrolyt Kondensator zu nehmen.

Schließe ich nun einen Verbraucher an, der am Eingang z.B. einen 470uF 
Elko hat, ergäbe sich aus den beiden Cs doch eine Gesamtkapazität von 
~500uF, oder nicht? Also weit über dem empfohlenen Wert aus dem 
Datenblatt.

Ist denn die empfohlene Kapazität dann eher als Mindestwert zu sehen?
Ich hatte es bisher eher so ausgelegt, dass die Kapazität relativ genau 
angepasst sein muss...

Kann mir hier jemand weiterhelfen?

Vielen Dank,

Marcel

von Michael K. (Gast)


Lesenswert?

Das ist kein Filter, das ist ein Energiespeicher.
Ein Schaltnetzteil heißt so weil es schaltet. Ein, Aus.
Was soll bei Aus sonst die Energie liefern?

Ja, ist als Mindestwert zu verstehen.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


Lesenswert?

Hallo,

die Kapazität, die da im Dabla steht, ist diejenige, auf die die Energie 
aus der Spule direkt über die Diode abfließt in jedem Zyklus. Alles was 
danach über Kabel angeschlossen wird hat dazwischen eine unsichtbare 
Leitungsinduktivität. Die beiden von Dir genannten Kapazitäten sind also 
nicht direkt parallel geschaltet, addieren sich grob betrachtet aber 
trotzdem.


MfG

: Bearbeitet durch User
von lg (Gast)


Lesenswert?

Michael K. schrieb:
> Das ist kein Filter, das ist ein Energiespeicher.

Ich weiß, worauf Du hinaus willst, aber er ist beides. (*)

Michael K. schrieb:
> Ein Schaltnetzteil heißt so weil es schaltet. Ein, Aus.
> Was soll bei Aus sonst die Energie liefern?

Vielleicht die Speicherspule? (Ist tatsaechlich der Fall.)

Um Schaltregler zu verstehen, muß man definitiv weiter gehen.
Aufwaerts und Abwaerts funktionieren naemlich unterschiedlich,
beim Invertierenden Wandler ist es noch mal ein wenig anders.

Dazu muß man Spannung, Strom, Leistung einzeln betrachten.

Braucht man z.B. speziell am Ausgang eines Abwaertswandlers
(weitestgehend) konstanten Strom statt einer (weitestgehend)
konstanten Spannung, kann man das auch ohne einen Ausgangs-C
erreichen.

(*): Gerade den Abwaertswandler kann man auch so betrachten,
daß eine hohe Eingangsspannung gepulst an ein Tiefpaßfilter
(Spule + Kondensator) gelegt wird. Das Filter integriert die
Pulse wiederum zu einer neuen, niedrigeren Konstantspannung .

Den Aufwaertswandler kann man so nicht betrachten, klar. Nur
die Speicherfunktion der Spule erlaubt eine hoehere Spannung
am Ausgang. (Selbstinduktion bei Abschaltung des Transistors)

Verzeihung, das gehoerte so nicht zur begrenzten Thematik des
Threads, aber so rogorose Vereinfachungen ("ist kein Filter")
helfen imho auch nicht beim Verstaendnis von Switchern.

@Whaddoo: Interessiert Dich eher nur, daß hier ein Mindestwert
Kapazitaet noetig war/ist, oder wie es genau dazu (und anderen
Dingen) kommt - wie also Schaltwandler genau funktionieren?

von Michael K. (Gast)


Lesenswert?

lg schrieb:
> Vielleicht die Speicherspule?
HA!
Die ist aber auch ein Filter ...
Nur mal so zur Wortklauberei ...

Wird aber interessant wenn die das ohne Kondensator am Ausgang tut.

lg schrieb:
> Um Schaltregler zu verstehen, muß man definitiv weiter gehen
Ja, das wollte ich nun aber hier nicht das 100te mal schreiben.
Dem TO fehlt noch viel Verständniss, aber dafür gibt es 
Applikationsschriften und die Erfahrungen muss er eh selbst sammeln.

Über ESR, Niedrigimpedanz, schnelle Dioden etc. könnte man auch noch mal 
300 Zeilen Text schreiben. Schon wieder ...

von Willi S. (ws1955)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

@Marcel

Zu deiner wichtigsten Frage: Nein, eine direkte genaue
Anpassung des Ausgangs-Elkos an die Last gibt es nicht.

So wie auch die Induktivität keiner direkten Regel folgt,
sondern alles ist ein Kompromiss. Genau genommen ist die
Eingangsspannung sehr entscheidend. Bei Vin von bis in
einem größeren Bereich muss man Entscheidungen für einen
Kompromiss finden.

Hier kann man ein bisserl herumspielen mit den wichtigsten
Werten: http://ws55.de/pub/T/BUCK.html

Man kann sich die html-Datei auch runterladen, es braucht
nur diese eine Datei und einen Internetbrowser.

: Bearbeitet durch User
von nachtmix (Gast)


Lesenswert?

Whaddoo schrieb:
> Ich hatte es bisher eher so ausgelegt, dass die Kapazität relativ genau
> angepasst sein muss...

Du scheinst davon auszugehen, dass der Schaltransistor von der 
Ausgangsspannung gesteuert wird: Liegt die Spannung ein paar mV über der 
Sollspannung, so schaltet der Transistor aus, liegt sie ein paar mV 
drunter, schaltet er ein.

So wird das i.d.R. aber nicht gemacht,
 sondern man glättet die von der welligen Ausgangsspannung abgeleitete 
Regelspannung und führt sie einem Modulator (das M in PWM steht für 
Modulation!) zu, der das Tastverhältnis des Schalttransistors 
verhältnismäßig gemütlich ändert.

von lg (Gast)


Lesenswert?

Willi S. schrieb:
> auch die Induktivität keiner direkten Regel folgt,

"Direkt"? Du meinst da vermutlich eine einfache Regel
mit einer Bedingung. Klar, wenn man keinerlei Grenzen
setzen wuerde, nichts festlegen, dann kann man ja auch
schlecht irgendwelche Schluesse daraus ziehen...

Einige Sachen sind schon festlegbar, um das zu koennen.

Der Zusammenhang Minimallast/L-Wert wurde ja genannt.
Er gilt aber genaugenommen auch nur unter den anderen
im obigen Beispiel geltenden Bedingungen.

Vereinfachungen und Grenzen beschraenken die potentiell
universell offenen und unendlich vielen Moeglichkeiten.

Beispiel:

"V_in, V_out & Schaltfrequenz konstant, Tastgrad <= 99%"

Diese Bedingungen sind gar nicht all zu ungewoehnlich.
(Man braucht nur noch: V_in=..., V_out=..., SF=...)

Es ergibt sich fuer die Induktivitaet ein recht leicht zu
errechnender Maximalwert (in H), dessen Ueberschreitung
die max. Wandlerleistung reduzierte bzw. nicht zuließe.

[Vereinfacht gesagt: Ein Element, das den Strom begrenzt,
darf das nicht so stark tun, daß der noetige Strom gar
nicht mehr fließen koennte. Den Wert kann man berechnen.

Verstanden, @Whaddoo?]

von Klaus (Gast)


Lesenswert?

Christian S. schrieb:
> Alles was
> danach über Kabel angeschlossen wird hat dazwischen eine unsichtbare
> Leitungsinduktivität.

Die so klein ist, daß man sie vernachlässigen kann

Christian S. schrieb:
> Die beiden von Dir genannten Kapazitäten sind also nicht direkt parallel
> geschaltet, addieren sich grob betrachtet aber trotzdem.

Und das nicht nur grob betrachtet. Also: Nebelkerze, oder "Herr Lehrer, 
ich weiß auch was!"

MfG Klaus

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Whaddoo schrieb:
> Ist denn die empfohlene Kapazität dann eher als Mindestwert zu sehen

Die nötige Kapazität ergibt sich durch den maximalen erlaubten Ripple, 
also Welligkeit der Ausgangsspannung.
Ein grösserer Kapazitätswert macht den Ripple nur kleiner, ist also kein 
Problem, vor allem wenn er durch zusätzliche Kondensatoren entsteht weil 
das weder schlechteren ESR noch schlechteren ESL für den Ausgangselko 
ergibt.
Ein sehr viel grösserer Kapazitätswert der beim Einschalten erst mit 
vollem Strom aufgeladen werden muss kann ein Problem für die 
Überlastungsabschaltung werden, das betrifft aber eher flyback Wandler 
mit HiCup wie UC3842.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


Lesenswert?

Schön zitiert aus meinem Text, alle Achtung! Ich bin entzückt.

MfG

: Bearbeitet durch User
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.