Hi,
ich habe eine Verständnisfrage zu Step Down Konvertern bzw. generell zu
Schaltreglern. Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren
Wirkungsgrad, wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Ich habe ein Diagramm von einem TPS54308 gesehen, wo das der Fall ist.
MfG
Hans schrieb:> ich habe eine Verständnisfrage zu Step Down Konvertern bzw. generell zu> Schaltreglern. Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren> Wirkungsgrad, wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Ja, das liegt am Eigenverbrauch des Reglers.
Hans schrieb:> Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren Wirkungsgrad,> wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Wenn du keinen Strom rausnimmst, dann ist der Wirkungsgrad am
schlechtesten, denn der Regler nimmt für den Eigenbetrieb Strom auf,
gibt aber keinen ab.
Hans schrieb:> Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren> Wirkungsgrad, wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Ja.
Wie auch sonst, bei Eigenstromverbrauch + Laststrom.
Hans schrieb:> ich habe eine Verständnisfrage zu Step Down Konvertern bzw. generell zu> Schaltreglern. Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren> Wirkungsgrad, wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Ja, und das gilt nicht nur für Schaltregler, sondern auch für
andere Regler und auch für viele elektronische Schaltungen.
Besonders schlecht ist der Wirkungsgrad von Rechnern. Das biss-
chen Licht und Schall, was dort rauskommt, dürfte weit unter
1% des Stromverbrauchs liegen.
> ich habe eine Verständnisfrage zu Step Down Konvertern bzw. generell zu> Schaltreglern. Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren> Wirkungsgrad, wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Jain, grundsaetzlich schon. Einfach wegen dem internen Verbrauch des
Reglers selber. Allerdings kennen die manche hier kaum mehr als ollen
Tuedelkram von 1990.
Schaut euch mal den hier an:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps62840.pdf
Iq=60nA
Da kommt man dann in Bereich wo der Verbrauch piepegal ist und man den
Regler einfach nie mehr ausschaltet.
Olaf
Vielen Dank für die Antworten. Ok, dann muss ich wohl damit leben. Ich
wollte aus 24V 3,3V für meine Hauptschaltung erzeugen. Ich benutze noch
einen Lüfter, der mit 12V versorgt werden will.
Ich könnte ja zunächst aus den 24V die 12V umwandeln und dann den 12V
Ausgang des ersten Schaltreglers auf den Eingang des zweiten
Schaltreglers führen. Dann hätte ich eine 12V zu 3,3V Wandlung.
MfG
Harald W. schrieb:> Besonders schlecht ist der Wirkungsgrad von Rechnern. Das biss-> chen Licht und Schall, was dort rauskommt, dürfte weit unter> 1% des Stromverbrauchs liegen.
Nun ja - Du unterschlägst, dass man dafür aber auch das Arbeitszimmer
weniger zu heizen braucht. Bezieht man das mit ein, verbessert sich der
Wirkungsgrad eines Rechners immens.
Allerdings ist Heizen per Strom dennoch nicht gerade günstiger als
heizen mit Gas. Daher überlege ich schon seit einer ganzen Weile, wie
man es wohl hinbekommen könnte die Abwärme des Rechners mittels Gas zu
erzeugen...
Thomas M. (langhaartrockner) schrieb:> Allerdings ist Heizen per Strom dennoch nicht gerade günstiger als> heizen mit Gas. Daher überlege ich schon seit einer ganzen Weile, wie> man es wohl hinbekommen könnte die Abwärme des Rechners mittels Gas zu> erzeugen...
Wahrscheinlich wäre es sinnvoller, wenn Du das trocknen Deiner
langen Haare mit Gas machen würdest. :-)
Hans schrieb:> Ich benutze noch> einen Lüfter, der mit 12V versorgt werden will.
Es gibt auch reichlich 24V-Lüfter zu kaufen.
Für Netzbetrieb interessiert nur der Wirkungsgrad bei Vollast, denn der
bestimmt die Auslegung des Netzteils und der Kühlung.
Man sollte beim Regler auch immer den Constant Current Mode (CCM) dem
lückenden Betrieb (DCM) vorziehen (weniger Störungen, weniger Ripple).
Einfach "jein":
Dein Graph zeigt den typischen Verlauf für ein System mit fester
Frequenz im PWM-Modus und einem entsprechenden Regelkreis für die PWM.
Das zieht idR 1-2mA.
Für niedrigste Leistungen gibt es den PFM-Modus:
Die Ausgangsspannung hat eine Hysterese.
Bei Unterschreiten schaltet der Leistungsschalter durch und bleibt
solange geschlossen, bis eine gewisse Zeit (z.B. 1us) oder ein maximaler
Strom überschritten ist.
Dann schaltet das System aus, bis der Stromfluß durch die Drossel wieder
auf 0 gesunken ist.
Ein- und Ausschalten laufen solange, bis der obere Schwellwert der
Ausgangsspannung wieder erreicht ist.
Vorteil: Nur Komparatoren, keine linearen Regelemente, daher sehr
einfach im Aufbau und mit wenig Stromverbrauch.
Nachteil: Keine feste Taktfrequenz und durch das Burst-Verhalten und die
idR relativ hohen Ströme dabei sind die Teile in der Umgebung von
Analogkomponenten bzw. EMV-seitig evtl. problematisch.
Olaf schrieb:> ... kennen die manche hier kaum mehr als ollen> Tuedelkram von 1990.>> Schaut euch mal den hier an:> Iq=60nA
Für eine Wirkungsgradbetrachtung ist das vollkommen egal. Solange du
keinen Regler mit einem Eigenleistungsbedarf von exakt 0 zeigen kannst,
wird der Wirkungsgrad für kleine Lastströme immer fallen. Und im
Leerlauf wird der Wirkungsgrad 0% sein.
Hans schrieb:> Vielen Dank für die Antworten. Ok, dann muss ich wohl damit leben.> Ich wollte aus 24V 3,3V für meine Hauptschaltung erzeugen. Ich benutze> noch einen Lüfter, der mit 12V versorgt werden will.
Ich sehe den Zusammenhang nicht. Bei einer Schaltung mit Lüfter und 24V
Spannungsversorgung ist es unwahrscheinlich, daß dich der Wirkungsgrad
der Schaltregler beißen wird. Wobei ein 24V Lüfter auf jeden Fall die
bessere Wahl ist gegenüber einem 12V Lüfter + Stepdown.
> Ich könnte ja zunächst aus den 24V die 12V umwandeln und dann den 12V> Ausgang des ersten Schaltreglers auf den Eingang des zweiten> Schaltreglers führen. Dann hätte ich eine 12V zu 3,3V Wandlung.
Damit wird nichts besser. Rechne es einfach mal durch. Nimm an, du
hättest Schaltregler mit 95% Wirkungsgrad.
Axel S. schrieb:> Damit wird nichts besser.
Naja, ein großer Faktor (oder nur eine große Differenz?) zwischen Aus-
und Eingangsspannung führt i.A. zu einem schlechteren Wirkungsgrad.
Ich glaube aber nicht, dass eine zweistufige Schaltung das kompensiert -
abgesehen vom Aufwand und den Kosten.
> Für eine Wirkungsgradbetrachtung ist das vollkommen egal. Solange du> keinen Regler mit einem Eigenleistungsbedarf von exakt 0 zeigen kannst,> wird der Wirkungsgrad für kleine Lastströme immer fallen. Und im> Leerlauf wird der Wirkungsgrad 0% sein.
Klar, aber bei 60nA musst du dich schon fragen ob du deine Platine auch
ordentlich geputzt hast damit es nicht ploetzlich mehr wird. .-)
Interessant ist auch bei dem Regler von TI wie sie das Problem mit der
Einstellung der Sollspannung geloest haben.
Olaf
Um bei Olafs Posts mal "zwischen den Zeilen zu lesen":
Einzig im Shutdown/Disable sind es allein die Reglerverluste ... ;)
"Unvermeidliche Reglerverluste" = genaugenommen ungenau, da noch dicke
Anteile von Schalt- (und z.B. bei Forced Continuous nennenswerte von
Leit-) Verlusten dazukommen.
Man muß "Idling" oder "Leerlauf" oder was schon näher beschreiben.
Hans schrieb:> Haben diese Bauteile eigentlich immer einen schlechteren> Wirkungsgrad, wenn man zuwenig Strom aus diesen bezieht?
Du meinst schlicht Teillast ...aber hast recht mit Deiner Vermutung.
Wirklich deutliche Überdimensionierung (Konverter für deutlich
höhere Leistung statt welchen, die eben einfach "reichen") führt schnell
zu
miesem Wirkungsgrad - einzig ein_wenig ÜD kann (!) anders wirken.
Kann (!), weil jeder Konverter seine ganz eigene Kurve hat.
Einfach gesagt (und nicht (immer) völlig treffend): Man optimiert den
Konverter meist auf den Punkt, an dem er die meiste Zeit arbeiten muß.
Jedenfalls gibt es hier einen Punkt des maximalen Wirkungsgrades, der
i. A. zw. 50% und 85% Vollast zu liegen kommt, selten woanders.
Heißt, daß nur_leichte Überdimensionierung oftmals den Wirkungsgrad
etwas steigern könnte, besonders bei "(fast) ständig Dauer-Voll-Last".
Und das könnte sogar die Konverter-Lebensdauer ein wenig steigern...
Bei den billigen China-Modulen sollte man aber alle Angaben vergessen,
stattdessen genaue Schaltung, den verw. Chip und die restlichen Teile
checken, so kann man ermitteln, was die maximal könnten - oder aber
man dimensioniert ein gutes Stück stärker über, als man das bei guten
hochqualitativen Switchern (ohne Not, oder z.B. "habe ich gerade da")
jemals in Betracht zöge. Aber bitte nicht 10fach, oder solchen Unfug.
forelle bleu schrieb:> Einzig im Shutdown/Disable sind es allein die Reglerverluste ... ;)
...die dann aber immerhin weniger betragen, als wenn der Controller
z.B. fleißig PWM erzeugt. 60nA sind jedoch außergewöhnlich niedrig.
Was genau solche Controller in welchem Betriebszustand verbrauchen,
steht allerdings in den Datenblättern - wie Olaf schon ausführte.
Ist wie bei einem Motor in Leerlauf oder bei geringer Belastung. Es muss
die Reibung überwunden werden, damit sich der Motor überhaupt dreht (
entspricht der Leerlaufspannung des Wandlers). Erst wenn das Drehmoment
der Belastungen wesentlich größer als die Reibung ist, steigt der
Wirkungsgrad.
forelle bleu schrieb:> ... gibt es hier einen Punkt des maximalen Wirkungsgrades, der> i. A. zw. 50% und 85% Vollast zu liegen kommt, selten woanders.
Sorry, gilt weniger für einstufige Synchronwandler (2 Mosfets).
Wie das Bild oben deutlich zeigt, liegt hierbei das Maximum eher
zwischen 15% und 35%.
forelle bleu schrieb:> Aber bitte nicht 10fach, oder solchen Unfug.
Das gilt auch hier. Unter 10% Last fällt die Kurve plötzlich recht
steil ab. 10% sind gewissermaßen Schmerzgrenze für Dauerbetrieb bei
Teillast, obwohl GaN/SiC den Wert etwas nach unten drücken können(#).
Freilich gilt das für den gesamten Konverter - mit dem Chip könnte
man aber auch einen effizienten Konverter für 1/10 der Leistung
aufbauen, nur paßt bei deutlich geringerer Leistung der integrierte
Überstromschutz immer weniger zur Last. (Allerdings kann das sowohl
richtig problematisch als auch völlig egal sein - je nach Last.)
Da kann - bei integrierten/monolithischen Konverter verblieben -
weitaus klüger sein, auch wirklich einen für P_out/10 zu nehmen.
Reine Controller sind da flexibler - freie Schalterauswahl, frei
festlegbare Überstromschutz-Schwelle, etc. pp.
Also Überdimensionierung hat schon wirklich ihre Tücken - ich
mache das wirklich nur, wenn der zu starke Wandler rumliegt ...
(#: Bei so einigen Konverter-Auslegungen ist nicht einmal < 20%
empfehlenswert. Vor allem bei Diodengleichrichtung nach Trafo kann
so eine scharfe "Ecke" links oben gar nicht so recht entstehen.
Allein bei Mosfets sind die Teillast-Leitverluste gering - liegt
eben an der ohmschen Charakteristik des leitenden Kanals. Früher,
zu Zeiten der Leistungs-Schalt-BJTs, war das auch bei einstufigen
Wandlern wie Buck ganz anders, Wirkungsgrad niedriger und früher
abfallend. Auch IGBTs arbeiten effizienter zw. 50% und 85% Last. :-)
Einstufige synchrone Wandler sind schon etwas anderes. Ähnliche
Kurvenform (oder allg. Effizienz) gibt es isoliert nur als DAB mit
(oder wenigstens Vollbrücken-LLC mit Light-Load-) Phasenversatz
((T)PSM). Viel Aufwand, verglichen mit der Beispiel-Halbbrücke.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter#Synchrongleichrichter
Also vergiß hierfür "50%-80%" - da war ich unaufmerksam, sorry.)
vg, gn8
1.JPG
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