Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC/DC Converter - Dimensionierung der Spule


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von Hille (Gast)


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Hallo @all,

ich hätte mal eine Frage.
Über einen anderen Thread hier im Forum bin ich auf den Schaltregler 
MAX5033 gestoßen, der eine Vin von max. 80V hat und, je nach Variante, 
3.3V, 5V oder 12V erzeugen kann.
In meinem Fall habe ich mich für den MAX5033-BASA+ entschieden, der fest 
auf 5V eingestellt ist.

Im Datenblatt steht:
> Use an inductor with a maximum saturation current rating equal to at
> least the peak switch current limit (ILIM).
> Use  inductors  with  low  DC resistance  for  higher  efficiency.

I_LIM ist angegeben mit

Min: 0.95A
Typ: 1.5A
Max: 2.1A

Desweiteren ist angegeben, dass die Spule bei V_In 7.5-76V 220μH haben 
soll.

Bedeutet das nun, dass ich hier eine Induktivität mit I_SAT ~ 2A 
benötige?

Spulen dieser Größenordnung finde ich nur in ca. 12x12mm... eigentlich 
hätte ich sie gern kleiner ;)

Dass meine Schaltung maximal 200mA zieht, spielt hier keine Rolle?

Würde mich freuen, wenn mich hier jemand aufklären kann.

Lieben Dank, Hille

von Joe F. (easylife)


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Hille schrieb:
> Dass meine Schaltung maximal 200mA zieht, spielt hier keine Rolle?

Doch, natürlich. Das von dir zitierte current Limit bezieht sich auf den 
switch, mehr kann der nicht.

Die Formeln, wie man für die zu erwartende Last den Peak-Strom 
ausrechnet, findest du im Datenblatt.
Zunächst machst du eine Abschätzung des Ripple-Stroms, und dann kommst 
du auf den Peak-Strom des Inductors.

Die Eingangsspannung solltest du allerdings etwas genauer wissen 
(7.5-76V ist ein sehr großer Bereich), oder du gehst eben vom worst case 
aus.

von Willi S. (ws1955)


Angehängte Dateien:

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Alles mögliche spielt eine Rolle, siehe L = ...

Vor allem auch Vin. Bei 24V braucht es sogar 450uH!

Und natürlich auch der IOUT und die Schaltfrequenz.

Die nur 125 kHZ des MAX5033 sind nicht mehr zeitgemäß.
Das zeigt sich vor allem bei der Induktivität: Bei 1 MHz
bräuchte es nur 33uH und hätte eine sehr kleine Bauform
mit 4*4 mm einen geringen DCR. Ich glaube, 220uH gibt es
gar nicht so klein und hat sogar eine viel größere
Bauform einen recht hohen DCR.

Wenn man es hübsch klein und effizient haben möchte,
dann ist MAX5033 die falsche Wahl.

von Elliot (Gast)


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Hille schrieb:
> Bedeutet das nun, dass ich hier eine Induktivität mit I_SAT ~ 2A
> benötige?

Ja.
Ist es wirklich so schwer das DB zu lesen?

Zitat:
"Use an inductor with a maximum saturation cur-
 rent rating equal to at least the peak switch current limit
 (ILIM)."

> Dass meine Schaltung maximal 200mA zieht, spielt hier keine Rolle?

Nein.

von Hille (Gast)


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Hallöchen,

Danke für die Hinweise.
Auch bzgl. der Schaltfrequenz. Ich habe mit Schaltreglern leider bisher 
kaum Erfahrung bzw. habe immer fertige Module eingesetzt und das ist 
jetzt der erste Versuch, einen Regler selber zu bauen.

Wenn der Max5033 aufgrund der Schaltfrequenz nicht mehr zu empfehlen 
ist,
hättest Du denn evtl. eine Alternative parat?

V_IN liegt normalerweise bei 58V, aber etwas Puffer nach oben hätte ich 
gerne. 72V wären super...

Welche Schaltfrequenz sollte ein Wandler haben?

@Willi: Was ist denn das für cooler Rechner? Gibt's den irgendwo online?

Vielen Dank, Hille

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hille schrieb im Beitrag
> Welche Schaltfrequenz sollte ein Wandler haben?


Hallo,

er sollte eine Frequenz haben, die Du in Deinen Aufbauten noch im Griff 
hast, da Du anscheinend erstmals selbst einen aufbauen möchtest. Also 
überlege, was Deine Messmittel hergeben sowie ob Deine Kenntnisse 
umfassend genug sind.

mfg

von Willi S. (ws1955)


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@Hille
Der "coole Rechner" ist eine simple html-Datei.
Je nach Thread und Interessen ändert er sich immer
wieder mal. Am Besten lädst du die Datei runter
und führst sie lokal (mit dem Browser) aus:
https://ws55.de/T/BUCK.html
Du kannst die Parameter/Terme direkt ändern oder
die Datei im Texteditor bearbeiten.
--- Ohne Gewähr ---

Ahja, 58V, da wird die Auswahl enger und ändert
sich auch die Spule erheblich. Vielleicht sehe
ich was passendes in meinem "Katalog"(Notizen-File)

von Willi S. (ws1955)


Angehängte Dateien:

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LM5017
LT8630

Beide bis 100V

Wenn kein extra Layout geplant ist oder sogar DIP,
dann bleibt nur der MAX5033.

Mit MAX5033 geht es schon auch, nur nicht mit kleinster
Spule. Bei Schukat gefunden: 220uH 550mA/700mA 480mR
ELL8TP221MB. Ähnliches gibt es sicher auch woanders.
8*8*4.7 mm

Elliot hat im Prinzip schon recht, "eigentlich" müsste
Isat der Spule hoch genug sein um den maximalen Schalt-
strom zu verkraften, aber die Praxis sieht anders aus,
absolut niemand verwendet für 200mA eine Spule mit über
2A...

Mit deutlich höherer Schaltfrequenz steigen auch die
Schaltverluste (sofern mit Mosfet) und addieren sich
auch noch andere Problemchen bei "Hoch"-Frequenz. Drum
würde ich sagen, nimm den MAX5033 und akzeptiere die
größere Spule, dafür wird das Ding problemlos klappen.

von Mark S. (voltwide)


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Willi S. schrieb:
> "eigentlich" müsste
> Isat der Spule hoch genug sein um den maximalen Schalt-
> strom zu verkraften, aber die Praxis sieht anders aus,

ja, so dimensionieren "Sparfüchse" und wundern sich dann, wenn solche 
unterdimensionierten Wandler irgendwann abrauchen und dabei die 
angeschlossene Schaltung zerstören. Man kann sich bei einem Wandler 
nicht darauf verlassen, dass der Strom unter irgendwelchen Bedingungen 
nicht doch mal in den Anschlag läuft, und dann bleibt nur noch die 
Spitzenstrombegrenzung.

: Bearbeitet durch User
von Kurzschlußstrom (Gast)


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Der MAX5033 hat kein "verstellbares" Current Limit. Andere haben das,
oder deren Current Limit ist niedriger (es gibt auch Switcher dieser
Art mit mur 250mA Iout_max. - da stünden die Chancen gut).

(Gaebe andere ICs, Ipeak einstellbar, aber kaum mit integr. Fet(s).)

Bei dem IC wird man, wenn man es für 200mA max benutzen will, mit
der Notwendigkeit fuer eine sozusagen zu_schwere Spule leben müssen.

Allerdings zeigt das Diagramm auf Seite 7 rechts unten...

https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX5033.pdf

(zumindest ich lande über den Forumslink nicht beim pdf, daher...)

...daß 1,6A Saturation Current ausreichen würden. (Also nicht 2,5A.)

Außerdem kann man nach Spulen suchen, die thermisch deutlich weniger
Strom packen als I_sat - und daher kleiner ausfallen.

Thema Schaltfrequenz: Als ersten Eigenbau Switcher würde ich bestimmt
auch keinen mit 500kHz oder gar mehr empfehlen - eher im Gegenteil,
es würde nicht einmal schaden, deutlich unter 150kHz anzufangen...

Mein allererster Schaltregler lief mit schlappen 30kHz, aber das war
auch vor langer, langer Zeit... damals gab es 1MHz nur resonant, die
damaligen Schalter waeren ohne ZVS wohl einfach nur verdampft dabei.

Und schlußendlich kommt es immer darauf an, was genau versorgt werden
soll, und welche Vorgaben man bei Platz und Effizienz hat - oft geht
es nicht anders - ein MHz Switcher mit Synchrongleichrichtung muß her.

(Der zweite aktive Schalter kann für niedrige V_out und/oder hohe
P_out schon sehr viel bringen - von den erweiterten Betriebsmöglich-
keiten (Google: "Forced Continuous") mal ganz abgesehen.)


So oder so: Viel Erfolg.

von Kurzschlußstrom (Gast)


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Mark S. schrieb:
> ja, so dimensionieren "Sparfüchse"

Du warst schneller, und etwas deutlicher als ich...

von Tany (Gast)


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Willi S. schrieb:
> Drum
> würde ich sagen, nimm den MAX5033 und akzeptiere die
> größere Spule, dafür wird das Ding problemlos klappen

Und ich würde sagen, nimmt ein LM5007 / LM5008

von Willi S. (ws1955)


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Man lernt nie aus...
So ganz beiläufig komme ich mit diesem Thread drauf, dass der MAX5033 
ein besonders seltsamer Vogel ist. Ilim max über viermal größer als die 
maximale Nennlast. Typisch nur das Dreifache, aber dazu auch noch eine 
aussergewöhnlich hohe Toleranz von über 50%. Im Vergleich dazu ist ein 
LM5007 (ungefähr genauso alte Entwicklung) fast ein Wunder der 
Technik...

Andererseits muss es sich der TO nicht komplizierter als unbedingt 
notwendig machen. Und wenn schon, dann sollte man die Sache zuende 
denken. Es geht ja gar nicht um die thermische Überlastung sondern um 
die Sättigung bzw Schädigung des Ferrit. Ehrlich gesagt bin ich da jetzt 
auch überfragt und es wäre nicht mein erstes sondern ungefähr 
hundertstes DCDC-Design.

Ich weiß nur eines: Gebe niemals dein Zangenamperemeter aus der Hand, 
denn eine einzige Überlastung führt es direkt zum Elektroschrott. Das 
Ding misst nie wieder was gescheites. Ist das mit dem Ferrit von 
Speicherdrosseln vergleichbar ?

von Mark S. (voltwide)


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Das Problem ist hier nicht der kern der Speicherdrossel. Ich glaube auch 
nicht, dass die Remanenz des Ferrites so hoch ist dass nach einer 
Sättigung der Kern unbrauchbar wird.
Das Problem ist vielmehr, dass bei einem unterdimensionierten Kern 
dieser in die Sättigung getrieben werden kann. Wenn das passiert, steigt 
der Strom explosisionsartig an und die Überstromabschaltung ist zu 
langsam, um die Leistungstransistoren zu schützen. In genau diese Falle 
bin ich selbst mal getappt und habe für 1Amp Strombedarf einen 
6Amp-Regler verbaut - weil der gerade gut verfügbar war. Das hat sich 
dann als schwerer Fehler heraus gestellt.

: Bearbeitet durch User
von Willi S. (ws1955)


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Mark S.
Danke für die Erklärung, das klingt für mich sehr plausibel!

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