Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hochfrequenzschaltregler


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von Nico M. (Gast)


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Hallo Liebe MC Gemeinde,

ich plane einen eigenen DC/DC Wandler zu bauen, der von 48V auf eine 
niedrigere Spannung wandeln soll. Der Wandler soll 7A liefern können und 
maximal 5mV Ripple haben. Da das Teil möglichst klein sein soll will ich 
gerne mit ~5MHz schalten um die Induktivität möglichst klein zu halten. 
Ich habe auch daran gedacht das mit mehreren Phasen zu lösen damit die 
Spulen nicht so viel heizen. Ich habe mich mal etwas umgeschaut und bin 
auf die LMG5200 von TI gestoßen.

Meine Frage ist jetzt wie das mit der Stromaufteilung aussieht und wie 
ich diese FETs am besten Ansteuern kann. Ich habe hier noch einen 
Arduino Mega rumliegen ist das mit dem möglich? Und hat vielleicht 
jemand schon Erfahrung mit diesen Modulen von TI.

Schonmal Danke.

: Verschoben durch Moderator
von Schorsch X. (bastelschorsch)


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LMG5200 funktioniert prima, aber mit einem Mega wird das wohl nix 
werden. Ich hatte einen STM32F334 dran, der mit weit weniger als 1ns 
Auflösung PWM machen kann. Wenn du 5MHz haben willst kommst du ansonsten 
nicht weit. Wird aber schon sehr aufwendig. Ohne 4 Lagen Layout mit 
einigen Hürden wird das auch schwierig. So klein werden die Spulen aber 
auch nicht bei den Strömen.

von Hochfrequenzschaltregler (Gast)


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Popkorn für alle!

Das wird spannend. :D

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

ich schlage vor, das Vorhaben bei deutlich geringerer Frequenz, z.B. 80 
kHz bis 300 kHz, mit einem gut erhältlichen und gut beherrschbaren 
Schaltwandler-IC zu bewerkstelligen und sich die Mehrphasigkeit als 
Option offen zu halten. Der geforderte Wert für den Ripple kann mit 
Hilfe eines nachgeschalteten Filters erreicht werden. Der Arduino kann 
höchstens zum Einstellen einer stufig variablen Ausgangsspannung 
verwendet werden.


mfG

von Forist (Gast)


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Nico M. schrieb:
> ich plane einen eigenen DC/DC Wandler zu bauen, der von 48V auf eine
> niedrigere Spannung wandeln soll.

Das sieht mir nicht nach einer typischen Anwendung für Mikrocontroller 
oder digitaler Elektronik aus, auch wenn ein Schalter natürlich nur zwei 
Zustände kennt.

von Larry (Gast)


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Ich würde in meine Kiste mit DC/DC-Wandlern greifen.
Die sind 1. schon fertig, 2. recht klein und funktionieren!

Der TO hat bestimmnt noch nicht mal 5 MHz auf seinem
Oszi gesehen, geschweige denn eine Leistungsschaltung
realisiert.

von jemand (Gast)


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Nico M. schrieb:
> Hallo Liebe MC Gemeinde,
>
> ich plane einen eigenen DC/DC Wandler zu bauen, der von 48V auf eine
> niedrigere Spannung wandeln soll. Der Wandler soll 7A liefern können und
> maximal 5mV Ripple haben. Da das Teil möglichst klein sein soll will ich
> gerne mit ~5MHz schalten um die Induktivität möglichst klein zu halten.

Ohje. 5MHz bei 48V/7A. Für einen Buck. Irre. Eigentlich baut man sowas 
gar nicht, weil der Wirkungsgrad wahrlich grauenhaft wird. Dann kannst 
du gleich einen gigantischen Kühlkörper dranbauen...

Nico M. schrieb:
> Meine Frage ist jetzt wie das mit der Stromaufteilung aussieht und wie
> ich diese FETs am besten Ansteuern kann. Ich habe hier noch einen
> Arduino Mega rumliegen ist das mit dem möglich? Und hat vielleicht
> jemand schon Erfahrung mit diesen Modulen von TI.
>
> Schonmal Danke.

Wenn du das fragen musst: Du bekommst das mit deinen Kenntnissen nicht 
hin. Dein ATMEGA kann keine PWM mit 5MHz in passender Auflösung 
erzeugen. Mit deinen Kenntnissen kannst du auch keine Regelschleife für 
sowas in Code umsetzen. Das ist aber keine Schande ;-)
Falls man sowas mit einem ATMEGA überhaupt in sinnvoller Art und Weise 
hinbekommt (also mit 5MHz und so). Ich zweifle das an.

Mach es stattdessen wie jeder normale Mensch auf dieser Welt:
Nimm einen PWM-Controller für Buck-Regler und bau das klassisch auf. Für 
deinen Anforderungen empfehle ich einen synchronen. Für 48V wären 
Frequenzen im Bereich von MAXIMAL 1MHz angesagt, schon das wird 
Knüppelhart.
Ich würde eher vorschlagen, du startes mit 500kHz, aber selbst das 
erfordert FET mit sehr gutem FOM und Gatetreiber. Das erfordert auch ein 
gutes Layout und viel Verständnis für die Sache. KEINE Bauteile mit 
Beinen, zweilagiges Selbergeätztes oder dergleichen Bastelkram mehr.

PWM-Controller (Beispiel...):
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/7801f.pdf

Schon das ist für einen Anfänger eine gewaltige Herausforderung, aber 
wenigstens ist es realistisch.
Deine 5MHz sind technisch vielleicht möglich, aber ungefähr so sinnvoll, 
wie viereckige Räder.

Wenn du nicht weißt warum 5MHz Schwachsinn für diese Daten sind, lies 
dich in das Thema Schaltverluste ein. Und denk mal drüber nach, was es 
bedeutet, FET in einstelligen ns >10nC in ein Gate zu schicken.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Nico M. schrieb:
> will ich gerne mit ~5MHz schalten um die Induktivität möglichst klein zu
> halten
Warum überlegst du nicht, mit 10 MHz zu schalten? Dann müsste nach 
deiner überaus vereinfachten Extrapolation die Spule noch kleiner 
werden...

> von 48V auf eine niedrigere Spannung wandeln soll. Der Wandler soll 7A
> liefern können
Und welche Ausgangsspannung nochmal? Denn 24V bei 7A ist eine andere 
Liga als 1,2V bei 7A...

> und maximal 5mV Ripple haben
Was steckt hinter dieser Anforderung?

> Meine Frage ist jetzt
Wieviele Schaltreglerdesigns in welcher Leistungsklasse hast du schon 
erfolgreich zum Laufen gebracht?

BTW: ich würde auch ein fertiges Modul aus der 48V Kiste nehmen. Und mir 
vorher das mit den 5mV nochmal genauer anschauen und möchte drauf 
hinweisen, dass Weihnachten erst in einem viertel Jahr ist...

: Bearbeitet durch Moderator
von Larry (Gast)


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> viereckige Räder

sind eigensicher. D.h. ein damit ausgestattetes Fahrzeug
bleibt von alleine stehen!

von Dieter (Gast)


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> LMG5200
Das ist zwar ein interessantes Bauteil, aber das sind Eckwerte, die Dich 
vielleiicht zu optimistisch stimmen.
Die Verlustleistungsangaben C/W beziehen sich auf gute Kühlbedingungen, 
dh gute wärmeleitende Platinen. Gehe mal davon aus, dass der Baustein 
kurzzeitig 1W Verluste schaffen könnte. Dann reduziert sich das Ganze 
erheblich.  20mOhm mal 10 A wären zwar dann nur 200mW, aber die 3mC/mJ 
pro Flanke, die Freilaufphasen (Dioden akitv) usw. bringen noch eine 
Ladung hinzu.

Der Baustein ist dafür gedacht die Frequenz mit der Leistung zu 
varieren. Niedrige Frequenz bei hoher Leistung und steigende Frequenz 
bei niedriger Leistung. So wird der nichtlückende Betriebsbereich 
deutlich ausgeweitet. D.h. für eine kleinere Spule war der Baustein 
nicht gedacht.

von No Y. (noy)


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Schau dir lieber Mal bei vishay die SiC4XX
Schaltregler an. Da ist was passendes bei. Würde dir eher so etwas 
empfehlen...

von jemand (Gast)


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No Y. schrieb:
> Schau dir lieber Mal bei vishay die SiC4XX
> Schaltregler an. Da ist was passendes bei. Würde dir eher so etwas
> empfehlen...

Ui, die Dinger :-)

Ich hatte schon mal die Ehre, diese zu evaluieren. Im Zuge dessen sei 
auf die Berechnung der Rippel-Injection-Bauteile verwiesen. Man findet 
sie auf S8 im Datenblatt:
http://www.vishay.com/docs/65124/sic46x.pdf
Man soll sie plotten und dann die Bauteile berechnen. Dazu hatte ich 
keine Lust.

Die mittels empirischen Ansatz ermittelte Konfiguration lief dann aber 
wirklich hervorragend. Die Regelung ist COT-Typisch sehr schnell, und 
10A in einem so kleinen Package findet man nirgends sonst (soweit mir 
bekannt).

Aber dann hat das Evalboard neue EMV-Rekorde aufgestellt, und ich bekam 
kalte Füße und bin beim MP4470 gelandet (da bin ich noch heute). Der 
passt leider nicht beim TE.

Bastler sollten sich unbedingt den Footprint ansehen, bevor sie die 
Bestellung starten. Es könnte eine gewissen Herausforderung werden, das 
von Hand zu verlöten.

von MaWin (Gast)


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Nico M. schrieb:
> mit diesen Modulen von TI.

https://www.maxlinear.com/product/power-management/power-conversion/power-modules/xr79206 
schafft zwar nur 40V und 6A bei 800kHz, zeigt aber wohin die Reise gehen 
könnte,

Torex XCL103 bringt es immerhin auf 3MHz, bei kleineren 
Strömen/Spannungen.

von jemand (Gast)


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MaWin schrieb:
> Torex XCL103 bringt es immerhin auf 3MHz, bei kleineren
> Strömen/Spannungen.

Der springende Punkt beimi XCL103:
6V Maximum. 3MHz gibts in dem Bereich gibts öfter.

Der Unterschied zu 48 V ist:
FET für so kleine Spannungen haben ein kleiners Gate und einen kürzeren 
Kanal. Damit ist das FOM viel besser.
Die Schaltverluste sind außerdem abhängig von Spannung und Strom. Und 
wenn eins davon schon mal 48V ist, dann kostet das eben.

Es hat einen guten Grund, warum selbst moderne Schaltregler für höhere 
Spannungen wie der MP4470 oder die SIC462 oft so um maximal 1MHz 
sinnvoll nutzbar sind.

von No Y. (noy)


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Ja es gibt noch Onsemi FAN irgendwas...
Und es gibt noch Exar

Brauchte jetzt vor kurzem einen 19V auf 3.3V @ 12-15 A Regler bei 85°C

Hab mal den SiC genommen sah am "Vertrauenserweckenden" aus weil relativ 
viel im Datenblatt spezifiziert ist.

Aber dann nicht so ne nH Spule sondern ne 1.2uH Vishay Power Dingen und 
auf 750kHz Schaltfrequenz festgesetzt. Ordentlich Kapazität und vorne 
noch nen "größeres" Ferritbead davor.
Direkt noch Snubber Netzwerk mit vorgesehen aber nicht bestückt...

Bin mal gespannt auf EMV...

Alles schön dick mit Planes und noch thermische Anbindung an einen 
Kühler.

Das Footprint hat auch zu einigen Diskussionen mit unserer Produktion 
gesorgt ?

Aber gibt halt sehr wenig Auswahl wenn man sowas als synchron mit 
internen Mosfets haben möchte. Denke mal ist trotzdem besser als einen 
Regler mit externen Mosfets in der EMV. Und kleiner...



Achja nett bei den SiC ist interne Kompensation! Immer sinnvoll wenn man 
nicht ewig mit Werten und VNA / Bodeplotter rumspielen will...

Interessant finde ich die Vishay Module die inkl. Spule im Package wie 
da wohl EMV ist?

: Bearbeitet durch User
von my2ct (Gast)


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Dieter schrieb:
> Die Verlustleistungsangaben C/W beziehen sich auf gute Kühlbedingungen,
> dh gute wärmeleitende Platinen.

Eine Größe mit der Einheit C/W (meinst du K/W?) beschreibt meist einen 
Wärmewiderstand. Eine Verlustleistungsangabe ist das bestimmt nicht.

von ralf (Gast)


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von No Y. (noy)


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7A gefordert..

von jemand (Gast)


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No Y. schrieb:
> 7A gefordert..

Könnte scohn noch gehen. 7,5A ist das minimale Stromlimit für den oberen 
Switch.
Mit einem Rippel von <1A sind 7A knapp möglich.

Das wiederspricht allerdings der Forderung nach einer kleinen Drossel.

von ralf (Gast)


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Der kann doch 8A.

von No Y. (noy)


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Hast Recht.

von jemand (Gast)


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ralf schrieb:
> Der kann doch 8A.

Das Datenblatt sagt aber "6A Maximum Continuous, 7A Peak Output"

Datenblatt:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/8640sfa.pdf

Wie auch, mit 7,5A Stromlimit. Kann auch sein, dass wir nicht vom 
Gleichen reden ;-)

von Dieter W. (dds5)


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Dieter schrieb:
> 20mOhm mal 10 A wären zwar dann nur 200mW,

Dann musst Du eine andere Mathematik haben, bei mir sind das 2W.

von No Y. (noy)


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Er redet vom LT8645s

Hab mich auch verguckt und beim LT8640 geschaut...

von ralf (Gast)


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von jemand (Gast)


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No Y. schrieb:
> Er redet vom LT8645s
>
> Hab mich auch verguckt und beim LT8640 geschaut...

Ja, ich auch.
:-(

Schickes Teil, der LT8645s.

Leider ist da der Linear-Malus:
- LT8645S: 6,11€
- SIC461: 2,1€
Andererseits kann man sich bei Linear sicher sein, dass das Hand und Fuß 
hat.

von No Y. (noy)


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Nicht immer....

LT Surge Stopper hatten wir letztes Jahr mal ordentlich Probleme. Da war 
eine Charge wohl "kaputt".

von Dieter (Gast)


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my2ct schrieb:
> Dieter schrieb:
>> Die Verlustleistungsangaben C/W beziehen sich auf gute Kühlbedingungen,
>> dh gute wärmeleitende Platinen.
> Eine Größe mit der Einheit C/W (meinst du K/W?) beschreibt meist einen
> Wärmewiderstand. Eine Verlustleistungsangabe ist das bestimmt nicht.
Wenn die mW nicht angegeben sind, bleibt nuir diese reverse aus solchen 
Daten zu ermitteln. K/W wäre es als Si-Angeben, auf einem Datenblatt 
ähnlicher Gehäuse stand C/W.

Dieter W. schrieb:
> Dieter schrieb:
>> 20mOhm mal 10 A wären zwar dann nur 200mW,
> Dann musst Du eine andere Mathematik haben, bei mir sind das 2W.
Danke, aufgepaßt. Klappt nicht immer das hoch² auszulassen.

von Kevin K. (nemon) Benutzerseite


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jemand schrieb:
> No Y. schrieb:
>> Er redet vom LT8645s
>>
>> Hab mich auch verguckt und beim LT8640 geschaut...
>
> Ja, ich auch.
> :-(
>
> Schickes Teil, der LT8645s.
>
> Leider ist da der Linear-Malus:
> - LT8645S: 6,11€
> - SIC461: 2,1€
> Andererseits kann man sich bei Linear sicher sein, dass das Hand und Fuß
> hat.

So lange der Threadersteller < 10 Stück davon fertigt, ist der Preis der 
Bauteile annähernd egal.

von No Y. (noy)


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Das stimmt...
Bei mir ging es aber um bis zu 4k und da wird der LT Malus tragend...

Und ich lese hier mit um noch ein paar Anregungen für ggf. zukünftige 
Projekte zu finden für interessante Schaltregler ICs mit >=7A Iout, 
>=45V Vin und 3.3V Vout und internen Fets, synchron

: Bearbeitet durch User
von jemand (Gast)


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Kevin K. schrieb:
> So lange der Threadersteller < 10 Stück davon fertigt, ist der Preis der
> Bauteile annähernd egal.

Das hat er nicht gesagt. Für so wenige Stück hast du aber recht.

Für <10 Stück würde ich sowiso vorschlagen, ein fertiges Modul zu 
suchen. Das kostet zwar mehr, aber bei solchen Schaltreglern muss man ja 
einiges in Rechnerei, Messen, Optimierung etcpp stecken.
Das gilt doppelt für Regler, die man nicht "kennt". Meist muss man erst 
einmal ein Excel-sheet für die Auslegung zu machen, oder die Eigenheiten 
kennenlernen (davon hat JEDER Regler welche ;-)). Auch das dauert.
Schon für 1h Fiddelei kann man 2 Module kaufen oder mehr.

Bei meinem Arbeitgeber geht es eigentlich immer um 500-10000 Stück pro 
Jahr, da zahlt sich auch stundenlanges optimieren schnell aus. Als 
Bastler würde ich mir das nicht antun.

Mit Modul meine ich nicht die Aliexpress-Rauchquellen mit 
zusammenfantasierten Kennwerten, sondern solche:
https://www.digikey.at/product-detail/de/tdk-lambda-americas-inc/I3A4W008A033V-001-R/285-2720-ND/7321113

von vpn (Gast)


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jemand schrieb:
> Du bekommst das mit deinen Kenntnissen nicht hin.

Ja, so hart das vielleicht klingen mag. Und nicht nur,
weil der µC leicht überfordert wäre mit der Regelung.

O. g. Bündel an Vorgaben ist so dermaßen abwegig, daß
der TO ganz bestimmt null Erfahrung mit so etwas hat.

Somit sind die erhaltenen Tipps (weit niedrigere f_S
für Eigenbau - am besten sogar erst mal < 100kHz und
langsam in Stufen steigern; o. Qualitätsmodul kaufen)
wirklich gut, ich rate ebenfalls dazu.

von Stefan F. (Gast)


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Ich habe meine ersten Versuche mit 4kHz gemacht. Mit einer Drossel, die 
man heute als gigantisch bezeichnen würde. Das Ding konntte am Ende aus 
instabilen 5-20V Eingangsspannung eine stabile einstellbare 
Ausgangsspannung von 5-20V erzeugen (also rauf und runter), bei ca. 
100W.

Dabei habe ich genug gelernt, es nie wieder so zu machen :-)

Im Ernst: Ich benutze jetzt fertige Module. Manchmal löte ich auch etwas 
selbst zusammen, aber dann mit fertigen IC's die relativ langsam takten, 
wie der LM2574.

Das Funktionsprinzip ist simpel, die saubere Umsetzung aber richtig 
kompliziert.

von Dieter (Gast)


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Der Baustein ist dafür gedacht, dass die Ansteuerung die Frequenz mit 
der Leistung variiert. Dabei wird niedrige Frequenz bei hoher Leistung 
und steigende Frequenz
zu niedriger Leistung verwendet. So wird der nichtlückende 
Betriebsbereich deutlich ausgeweitet. D.h. für eine kleinere Spule war 
der Baustein nicht gedacht, allerdings die Mindestinduktivität für 
kleine Lastströme kann niedriger dimensioniert werdem.

von vpn (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Versuche mit 4kHz gemacht. ... Drossel, die
> man heute als gigantisch bezeichnen würde.

Das war vor Jahrzehnten eine schlechte Frequenz für
Schaltregler.  :)  Zu hoch, als daß man klassisches
Trafoblech noch vernünftig nutzen könnte - aber zu
niedrig, um mit Niederfrequenz-Ferriten (3C90 oder
N97, oder was immer Du benutzt haben könntest) gut
zurechtzukommen.

Heutzutage gäbe es wenigstens auch nanokristalline
Werkstoffe, wenn man 4kHz wählen wollte - wenn.

Wieso genau diese Schaltfrequenz? Hattest Du etwa
"besonders langsame" Bipolartransistoren genommen,
deren Schaltverluste Du niedrig halten wolltest?
(Ist keine Kritik (wieso auch?), sondern d. Frage
beruht auf reiner Neugier auf Deine Gründe dafür.)


Mein erster Schaltregler war ebenfalls ein Ungetüm.
Hatte fast wie aus Frankensteins Produktion gewirkt.
Immerhin schon mit dicken IRFP460, aber anstatt HF-
Litze wurden dünnere CuL verdrillt. Auf einem viel
zu großen Kern (2xU93/76/20) hatte das gut Platz,
und bei unter 40kHz weniger als 1kW zu entnehmen
funktionierte bestens, viele Jahre lang. Nur eines
Tages überlebte das Ding den Sturz vom Werktisch
nicht. (2 Leute auf 6m² sind manchmal zu viel...)

Jetzt bin ich abgeschweift. Jedenfalls kenne ich
persönlich niemanden, dessen erster Schaltregler
ein voller Erfolg geworden wäre. Und das, obwohl
keiner auf die Idee mit 5MHz gekommen wäre...


P.S.: @Dieter, von welchem Baustein redest Du?

Diese Simple Switcher haben eine feste Oszillator-
frequenz. Nicht nur, daß die Frequenz nicht durch
eine RT/CT Kombi variiert werden kann - sondern so
eine Frequenzregelung (Deiner Beschreibung nach so
ähnlich wie bei Resonanzwandlern) geht damit schon
gar nicht. Ich vermute also, Du meinst etwas ganz
anderes - hast aber nichts konkretes genannt. Ich
komme da nicht mit.

von Guest (Gast)


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Forist schrieb:
> Das sieht mir nicht nach einer typischen Anwendung für Mikrocontroller
> oder digitaler Elektronik aus, auch wenn ein Schalter natürlich nur zwei
> Zustände kennt.

Nein Das macht man natürlich in der Regel mit einem RLC Schwingkreis und 
einem Komparator mit Poti. Oder nein ich nehme doch lieber einen µC mit 
Timern.

jemand schrieb:
> Ohje. 5MHz bei 48V/7A. Für einen Buck. Irre. Eigentlich baut man sowas
> gar nicht, weil der Wirkungsgrad wahrlich grauenhaft wird. Dann kannst
> du gleich einen gigantischen Kühlkörper dranbauen...

Komisch wie kommen dann die ganzen passiv gekühlten In Car Charger im KW 
Bereich zustande die so groß wie eine Brotbox sind und im MHZ Bereich 
schalten?

Lothar M. schrieb:
> Warum überlegst du nicht, mit 10 MHz zu schalten? Dann müsste nach
> deiner überaus vereinfachten Extrapolation die Spule noch kleiner
> werden...

Fakt ist mal das bei hohen Schaltfrequenzen weniger Induktivität 
gebraucht wird. Und sind wir ehrlich ab einer gewissen Stromstärke wird 
es schwierig entsprechend hohe Induktivitäten zu bekommen, wenn man 
keinen Kleinwagen verbauen will.

Dieter schrieb:
> Der Baustein ist dafür gedacht die Frequenz mit der Leistung zu
> varieren. Niedrige Frequenz bei hoher Leistung und steigende Frequenz
> bei niedriger Leistung. So wird der nichtlückende Betriebsbereich
> deutlich ausgeweitet. D.h. für eine kleinere Spule war der Baustein
> nicht gedacht.

Nein? bei niedrigen Lasten geht man eher zum Puls Skipping über.

jemand schrieb:
> Wenn du nicht weißt warum 5MHz Schwachsinn für diese Daten sind, lies
> dich in das Thema Schaltverluste ein. Und denk mal drüber nach, was es
> bedeutet, FET in einstelligen ns >10nC in ein Gate zu schicken.

Wenn du nicht weißt warum man ein GAN Fet mit einer solchen Frequenz 
problemlos betreiben kann lies du dich doch mal in neue Technologien 
ein...
PS: das LMG5200 hat irgendetwas um die 3nC

vpn schrieb:
> Ja, so hart das vielleicht klingen mag. Und nicht nur,
> weil der µC leicht überfordert wäre mit der Regelung.
>
> O. g. Bündel an Vorgaben ist so dermaßen abwegig, daß
> der TO ganz bestimmt null Erfahrung mit so etwas hat.

Ein Atmega mit 16 MHz bekommt vielleicht das PWM nicht hin, aber regeln 
tut der dir 5 Buck Converter, wenn du nicht super kranke Regelungen 
machst und super Dynamisch mit 1Khz regeln willst....

Was an den Vorgaben abwegig sein soll kann ich nicht ganz 
nachvollziehen. Ich habe selbst bereits einen Buck Converter mit diesen 
Modulen Gebaut. Eingangsspannung 40V auf 30V bis 5V (ca. 10mV rippel ) 
mit 5A (ca. 100mA rippel) Ausgangsstrom bei 3Mhz (4Mhz habe ich auch 
getestet, hat auch funktioniert). Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 97% 
und einen Kühlkörper habe ich auch nicht gebraucht. Man muss natürlich 
beim Design etwas aufpassen aber machbar ist das allemal.

Ich habe den STM32F334 benutzt. Der HR Timer ist bei dieser Anwendung 
Gold wert, da er bei 3Mhz das PWM noch mit gut 1300 Schritten auflöst 
und die Dead Time von 8ns gut erzeugen kann. Das Puls Skipping Feature 
ist für light load auch super.

von Dieter (Gast)


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Guest schrieb:
> Nein? bei niedrigen Lasten geht man eher zum Puls Skipping über.
Das machen solche erst, wenn die Last noch niedriger wird. Wirst aber 
auch keinen Wandler finden, der die Frequenz wie erwähnt variert, der 
kein "Puls Skipping" kann.

von Stefan F. (Gast)


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vpn schrieb:
> Wieso genau diese Schaltfrequenz? Hattest Du etwa
> "besonders langsame" Bipolartransistoren genommen,
> deren Schaltverluste Du niedrig halten wolltest?

Genau, ich habe damit die geringsten Schaltverluste erreicht. War halt 
ein Experiment mit suboptimalen Teilen aus der Bastelkiste. Es ging mir 
ja nur darum, den Lehrstoff über deren Funktionsweise zu erproben. Und 
auch, um zu erleben, wo die Knackpunkte liegen.

> Jedenfalls kenne ich persönlich niemanden, dessen erster
> Schaltregler ein voller Erfolg geworden wäre.

War meiner auch nicht. Der erste Wurf hatte nur 30% Wirkungsgrad. Was 
aber eine gute Gelegenheit ergab, zu lernen, wie man es besser macht.

von Nico M. (Gast)


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Schonmal danke für die Ganzen Posts. Manche davon sind ja tatsächlich 
etwas hilfreich.

Ich finde es immer interessant das davon ausgegangen wird das der TO 
erstmal keine Ahnung von irgendwas hat. Um das ganze mal aufzuklären ich 
habe schon einige Schaltregler Designs gemacht die meisten davon mit 
fertigen Controllern. aber auch schon 2 mit eigenem Controller. Diese 
haben sich allesamt im Bereich 100KHz bis 800 KHz befunden und auch gut 
funktioniert. Was die Ausgangsleistung angeht lagen die Regler bisher 
bei maximal 100W für diesen hier war eine Grenze von 200W angedacht.

Wie ich auf diese hohe Frequenz komme ist ganz einfach, ich brauche 
einen Buck Converter der Kompakt und Kurzschlussfest ist. Mit der hohen 
Frequenz brauche ich weder eine große Induktivität noch eine große 
Kapazität um die entsprechenden Rippelwerte zu erhalten. Besonders Bei 
Kurzschlüssen ist das mit der Kapazität praktisch, weil im Kondensator 
wenig Energie gespeichert ist und ich mir demnach im Kurzschlussfall 
nicht alles schon mit dem Kondensator schieße.
Den eigenen Regler will ich machen, da ich auch einfache Funktionen 
Ausgeben möchte und noch ein paar andere Spielereien.
Was die Stromaufteilung bei mehreren Phasen betrifft wollte ich 
eigentlich nur wissen ob jemand Erfahrungswerte hat. Rein Theoretisch 
sollte kein Strom in einen Phase zurück fließen solange der Strom nicht 
lückt.

Der STM32F334 sieht sehr interessant aus. Wie es aussieht hat er auch 
Hardware zur notfallmäßigen Überstromabschaltung.

Larry schrieb:
> Der TO hat bestimmnt noch nicht mal 5 MHz auf seinem
> Oszi gesehen, geschweige denn eine Leistungsschaltung
> realisiert.

Was das angeht, als Hobby Funker habe ich schon deutlich mehr gesehen ;)

von jemand (Gast)


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Nico M. schrieb:
> Wie ich auf diese hohe Frequenz komme ist ganz einfach, ich brauche
> einen Buck Converter der Kompakt und Kurzschlussfest ist. Mit der hohen
> Frequenz brauche ich weder eine große Induktivität noch eine große
> Kapazität um die entsprechenden Rippelwerte zu erhalten. Besonders Bei
> Kurzschlüssen ist das mit der Kapazität praktisch, weil im Kondensator
> wenig Energie gespeichert ist und ich mir demnach im Kurzschlussfall
> nicht alles schon mit dem Kondensator schieße.

Theoretisch klingt das alles ja alles ja so wahnsinnig toll ;-)

Praktisch ist dein Problem aber, dass es keine Transistoren im dem 
Bereich (60V, 7A) gibt, die 5MHz gut können.
Natürlich kannst du viele FET mit so hohen Frequenzen prügeln, einen 
guten Gatetreiber vorausgesetzt. Die Schaltverluste werden exorbitant 
hoch, und die Ansteuerung wird schwierig.

Das Problem ist immer, dass man für die Schaltfrequenz einen Kompromiss 
finden muss, der zur vorhandenen Technologie passt. Wenn du dir also 
keine Transistoren von Captain Picard herbeamen lassen kannst, sind die 
5MHz für 48V "geringfügig" daneben. Was man scho an den nicht 
verfügbaren Reglern und Referenzdesigns sieht.

Wenn du so ein erfahrener Schaltreglerentwickler bist, kannst du uns 
sich folgende Daten für deinen nennen:
- Qg
- RDSon
- Rg
- Qgd
Dann werden wir sehen, ob wir etwas auftreiben können.

Wenn du glaubst das ginge mit einem STM32, dann nenn uns doch bitte mal 
die nötige Zeitauflösung für die PWM, dann sehen wir weiter.

Sei mir nicht böse, aber deine Ausführungen klingen nicht nach einenm 
erfahrenem Entwickler für Schaltregler.

Im Übrigen bekommst du mit den SIC4xx auch eine Lösung hin, die auf eine 
2€-Münze passt. Und das realistisch, ohne Traumtänzerei, 
Star-Treck-Transistoren und monströsen Gatetreibern.

von MaWin (Gast)


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Guest schrieb:
> Komisch wie kommen dann die ganzen passiv gekühlten In Car Charger im KW
> Bereich zustande die so groß wie eine Brotbox sind und im MHZ Bereich
> schalten

Ich kenne zwar nicht alle, aber ich sag jetzt mal: Es gibt keine, die im 
Megahertzbereich schalten. Du unterliegt also einem Glaubensirrtum.

von Paule, Bademeister (Gast)


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Guest schrieb:
> GAN Fet

Nico M. schrieb:
> mit ~5MHz schalten

Nico M. schrieb:
> 48V

Nico M. schrieb:
> 7A


Das passt herzlich wenig zusammen mit:


Nico M. schrieb:
> Arduino Mega rumliegen

Nico M. schrieb:
> und wie
> ich diese FETs am besten Ansteuern kann.



Mal ehrlich, du baust doch deinen ersten Schaltregler, hast nur ein paar 
Begriffe aufgeschnappt!
Und das schreibe ich dir als jemand, der die üblichen Verdächtigungen 
derer hier hasst, die es selbst auch nicht können.

Wenn du das wirklich bauen willst, begrenze deine Platine auf z.B. 
2x2cm. Wenn du da alles drauf kriegst, und nichts thermisch 
unterdimensioniert ist, hast du automatisch einen guten Schaltregler 
gebaut. Wenn du mehr Platz brauchst, kommt ab und an der Messwagen der 
Post vorbei...

Wenn ich lese, es müsse doch alles mit nem µC funktionieren, dann weiß 
ich zu 100% bescheid. Null Ahnung von Analogtechnik. Da kommt dann bald 
noch die Frage, wo am µC man denn die Mosfets anschließt. Und noch eine 
zum Thema Levelshifter für 48V.

Dir empfehle ich nicht mal einen Schaltregel-IC, sondern einen 
klassischen analogen Aufbau mit Sägezahngenerator, Fehlerverstärker, 
Vergleicher, Endstufe. Bei 20KHz. Wenn du da viel gelernt hast, steigst 
du auf Halbbrücke um, und das Lernen geht munter weiter. In 20 Jahren 
dann das oben Genannte, immer noch ohne µC.

von jemand (Gast)


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MaWin schrieb:
> Guest schrieb:
>> Komisch wie kommen dann die ganzen passiv gekühlten In Car Charger im KW
>> Bereich zustande die so groß wie eine Brotbox sind und im MHZ Bereich
>> schalten
>
> Ich kenne zwar nicht alle, aber ich sag jetzt mal: Es gibt keine, die im
> Megahertzbereich schalten. Du unterliegt also einem Glaubensirrtum.

Ich kenne sogar einige, die im (für mich gerade noch) hörbaren Bereich 
schalten. Also 16kHz oder weniger.
Solche stehen bei uns am Parkplatz.

Das dürfte eher der Normalfall sein, denke ich. Grund: Da arbeitet man 
mit ein paar hundert Volt und vielen kW. In dem Bereich ist man oft mit 
IGBTs unterwegs, und die sind nicht gerade schnell.
Mit modernen MOSFET kommt man dann in die hundert kHz, aber auch nicht 
weit.

Für MHz würde man SIC oder GAN-FET benötigen. 5MHz halte ich aber auch 
damit für unrealistisch.

Ich komme aus dem Bereich Industrieelektronik. Bei Servoumrichtern 
arbeitet man meistens sogar nur im einstelligen kHz-Bereich, weil der 
Wirkungsgrad sonst so schlecht wird.
Wenn du 100-200kW spazieren fahren musst, tun selbst 0,1% Verluste 
MASSIV weh.
Und was steile Flanken mit hunderten kHz in einem 100m langen Kabel oder 
einem großen Motor bedeuten, kann man sich leicht denken.

von Harald W. (wilhelms)


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jemand schrieb:

> Ich komme aus dem Bereich Industrieelektronik. Bei Servoumrichtern
> arbeitet man meistens sogar nur im einstelligen kHz-Bereich, weil der
> Wirkungsgrad sonst so schlecht wird.
> Wenn du 100-200kW spazieren fahren musst, tun selbst 0,1% Verluste
> MASSIV weh.

Mit welchen Frequenzen arbeiten eigentlich die Unformer  für
sog. Kurzkupplungen oder fürs Bahnnetz im Bereich vieler Megawatt?

von jemand (Gast)


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Harald W. schrieb:
> jemand schrieb:
>
>> Ich komme aus dem Bereich Industrieelektronik. Bei Servoumrichtern
>> arbeitet man meistens sogar nur im einstelligen kHz-Bereich, weil der
>> Wirkungsgrad sonst so schlecht wird.
>> Wenn du 100-200kW spazieren fahren musst, tun selbst 0,1% Verluste
>> MASSIV weh.
>
> Mit welchen Frequenzen arbeiten eigentlich die Unformer  für
> sog. Kurzkupplungen oder fürs Bahnnetz im Bereich vieler Megawatt?

gute Frage. Ich wette, das ist mindestens Mittelspannung. Und bei allem 
>1kV bin ich Laie.

Folgendes hätte ich gefunden:
https://www.smarterworld.de/smart-energy/smart-grid/artikel/154709/
Die kommen mit SIC-MOSFET auf 16kHz, und das soll eine enorme 
Herausforderung gewesen sein (dU/dt). Anno 2018, also relativ aktuell. 
Das mit der Herausforderung glabue ich denen sofort:
für 10kV bei 16khz ist grob dasselbe dU/dt nötig wie bei einem 5VRegler 
mit 32MHz. (Abschätzung: Umschaltvorgang benötigt gleichen Anteil an der 
Periodendauer).

Und das soll Faktor 10 von üblichen Mittelspannungs-Umrichtern sein.
Vermutlich verwenden "herkömmliche" Umrichter bei diesen Spannungen noch 
GTOs.

von Guest (Gast)


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jemand schrieb:
> Wenn du glaubst das ginge mit einem STM32, dann nenn uns doch bitte mal
> die nötige Zeitauflösung für die PWM, dann sehen wir weiter.

Der von mir und auch weiter oben von jemand anderem vorgeschlagene STM 
hat einen HRTimer der 217ps Zeitauflösung hat. Und bevor jemand jetzt 
kommt das kann nicht sein und das geht maximal mit Systemtakt und der 
taktet bestimmt nicht im GHz bereich...  erstmal Datenblatt lesen.

MaWin schrieb:
> Ich kenne zwar nicht alle, aber ich sag jetzt mal: Es gibt keine, die im
> Megahertzbereich schalten. Du unterliegt also einem Glaubensirrtum.

ST hat zuletzt Designs vorgestellt mit SIC Fets. Und da geht es auch 
nicht um 60kW die man bei nem Umrichter braucht sondern 5KW maximal zum 
Laden.
Die schalten zwar nicht mit 5MHz aber dennoch schon im MHz Bereich. Hier 
geht es aber auch nur um 100 bis 200W. Und es will auch keiner 1 oder 
10kV schalten.

jemand schrieb:
> Praktisch ist dein Problem aber, dass es keine Transistoren im dem
> Bereich (60V, 7A) gibt, die 5MHz gut können.
> Natürlich kannst du viele FET mit so hohen Frequenzen prügeln, einen
> guten Gatetreiber vorausgesetzt. Die Schaltverluste werden exorbitant
> hoch, und die Ansteuerung wird schwierig.

Wie meinem Post zu entnehmen habe ich bereits einen vergleichbaren 2 
Phasen Regler mit den GAN Fets gebaut. Ob der TO das so umsetzen kann 
wird sich zeigen aber machbar ist das.

Harald W. schrieb:
> Wenn du 100-200kW spazieren fahren musst, tun selbst 0,1% Verluste
> MASSIV weh.

Und auch hier er will kein 100KW Netzteile sondern 100 bis 200W 
vergleicht nicht immer Äpfel mit Birnen

von jemand (Gast)


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Guest schrieb:
> jemand schrieb:
>> Wenn du glaubst das ginge mit einem STM32, dann nenn uns doch bitte mal
>> die nötige Zeitauflösung für die PWM, dann sehen wir weiter.
>
> Der von mir und auch weiter oben von jemand anderem vorgeschlagene STM
> hat einen HRTimer der 217ps Zeitauflösung hat. Und bevor jemand jetzt
> kommt das kann nicht sein und das geht maximal mit Systemtakt und der
> taktet bestimmt nicht im GHz bereich...  erstmal Datenblatt lesen.

Das kann möglicherweise reichen. Tatsächlich sind das sehr gute Daten 
für einen µC- für sinnvolle Schaltregler.

Für 5MHz ist das aber etwas grob. Wir reden von 200ns Periodenauer. D.h. 
du hast nur 921 Stufen, macht eine Auflösung der Ausgangsspannung von 
52mV (bei 48V VIN). Nicht gerade großartig. Den geforderten Rippel von 
5mV wirst du nicht erreichen, weil die Reglung etwas grob wird.

Es ist sowieso unpraktikabel, weil mit dem STM32 die Lösung schon größer 
als die SIC461 oder  LT8645s-Schaltung wird.
Denn der STM32 benötigt eine Versorgung, die nicht aus einem LDO kommen 
wird. Dazu benötigst du eine Hilfsversorgung für die Gatetreiber, 
schnelle Pegelshifter und dergleichen mehr.
Allein der STM32, die Versorgung für diesen, und die Gatetreiber 
belegen- unabhängig von der Schaltfrequnz- ein Vielfaches des Platzes, 
die eine Lösung mit einem vollintegriertem IC kostet.

Eine Lösung, die man mit einem einfachen und (vergleichsweise) billigen 
IC erschlagen kann, setzt man nicht aus ideologischen Gründen mit einem 
µC und verdammten GAN-FETs um. Allein die Kosten :-(

PS:
Die Machbarkeit schräger Lösungen stand nie in Frage. Es ging immer und 
die Praktikabilität. Einen 5MHz-Buck mach ich dir "problemlos" (naja...) 
auch mit SI-FET. Wird halt eine hässliche Lösung mit Lüfter und Kühler, 
aber was tut man nicht alles für die Ideologie.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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jemand schrieb:
> Dazu benötigst du eine Hilfsversorgung für die Gatetreiber,
> schnelle Pegelshifter und dergleichen mehr.

Braucht der TO nicht, er hat ja den LMG5200.

von Dieter (Gast)


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Was den TO interessiert ist, inwiefern ein solcher Wandler anders 
angesteuert wird.

4.1.2.2
 PWM Input
Provide the PWM input using a function generator that is capable of 
providing the desired switching frequency and duty cycle. This function 
generator output should be connected to the J5 connector as shown in the 
Figure 4.

4.1.3.1
Step 1: Driver Bias Supply
Power up the driver bias supply (5.5 V to 10 V) first. The D1 diode 
lights up after the driver bias supply comes up. After this step, 
observe the PWM signals on test points TP9 and TP10. Ensure that the PWM 
signal for the high and low side are of the desired frequency (100 kHz 
to 5 MHz depending on the input voltage and load). Also observe the 
default dead time between the high-to-low and low-to-high PWM 
transitions.

4.1.3.4
Setting Dead-Time Dead times are set by the RC delays between the 
inverted and noninverted PWM input connected to jumper J3. The dead time 
typically does not require to be changed, however to evaluate impact of 
dead time on efficiency, you can vary the RC delay, its easy to change 
resistors R14 and R2 to get the appropriate dead time. Ensure that the 
dead time is not reduced so much that it causes a shoot-through
condition.

Für niedrige Frequenzen kann das ein µC oder ein üblicher 
StandardDCDWandlerchip angeschlossen werden, der das Ding mit ansteuert.

Für hohe Frequenzen fährt man eine andere Strategie. Ein sehr schneller 
Rechteckgenerator (seperat) mit in mehreren Stufen einstelbaren 
Taktverhältnis der von einer merklich langsameren Regelung gesteuert 
wird. Die Herausforderung ist dabei, dass der Wandler im nichtlückenden 
Betrieb nicht den Strom über die Sättigungsgrenze der Drossel 
hinausschießen läßt.

von Nico M. (Gast)


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Hallo zusammen,

endlich habe ich Zeit gefunden mal etwas mit meinem Schaltregler rum zu 
spielen. Zugegebener maßen war das Design der Leiterplatte aufwendig 
aber die Appnotes von TI waren wirklich Hilfreich.

Aktuell habe ich mir Quasi ein Labornetzteil mit 2 Kanälen aufgebaut. 
Die Ansteuerung mittels des STM32 klappt mittlerweile sehr gut auch wenn 
es mich etwas Zeit gekostet hat durch die Konfiguration des HR Timers 
Durch zu blicken. Aber auch hier kann ich jedem der damit Arbeiten 
möchte die Appnotes von ST ans Herz legen.

Die Kanäle schalte ich aktuell mit 3MHz wobei ich 5MHz ebenfalls 
getestet habe. Der Temperaturunterschied ohne Stromfluss durch die FETs 
bei beiden Frequenzen ist erstaunlicherweise sehr gering. Vermutlich 
werde ich später je nach Last die Frequenzen anpassen das wird sich noch 
zeigen. Bisher konnte ich konstant 5A aus den FETs ziehen, dabei wurden 
diese ca. 50 bis 60°C warm. Für mehr fehlt mir aktuell leider die nötige 
Last.

Der nächste Schritt den ich angehen möchte ist eine Phase Shift 
Ansteuerung um die Kanäle parallel zu schalten. Außerdem will ich einen 
Stromregler implementieren, um im kurzschlussfall den Strom konstant zu 
halten. Aktuell schaltet der STM die Stufe bei Kurzschluss mithilfe der 
eingebauten Timer- und Komparator-Hardware ab.

Hier komm ich auch zu meiner Frage an das Forum, hat jemand Tipps wie 
man an das einstellen eines Stromreglers heran geht?

von Dieter (Gast)


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Nico M. schrieb:
> Stromreglers...
ZB klassisch ueber einen Shunt, Widerstand im Ausgangspfad, wenn der 
Spannungabfall einen bestimmten Wert uebersteigt, wird die 
Ausgangsspannung entsprechend abgeregelt.

von Harald W. (wilhelms)


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Dieter schrieb:

>> Stromreglers...
> ZB klassisch ueber einen Shunt, Widerstand im Ausgangspfad, wenn der
> Spannungabfall einen bestimmten Wert uebersteigt, wird die
> Ausgangsspannung entsprechend abgeregelt.

Falls man die Stromregelung aber auch über einen µP machen will,
wird die vermutlich aber zu langsam sein. Nicht ohne Grund sind
analoge Labornetzteile für viele Anwedungen einfach besser.

von Guest (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Falls man die Stromregelung aber auch über einen µP machen will,
> wird die vermutlich aber zu langsam sein. Nicht ohne Grund sind
> analoge Labornetzteile für viele Anwedungen einfach besser.

Der µC den er verwendet ist massig schnell genug dafür.

Ich würde mal schätzen, dass ein PI-Regler für diese Aufgabe ausreicht 
der D-Anteil macht dir vermutlich mehr Probleme als nutzen zumindest, 
wenn du keine Erfahrung beim Einstellen hast. Je nach dem wie schnell er 
sein soll würde ich es mal mit 1KHz Regelfrequenz probieren.

Zum Einstellen der Parameter gibts einige Verfahren, wenn du ein 
Oszilloskop hats vereinfacht das die Sache, da du dir den Ausgang 
anständig anschauen kannst. Such einfach mal nach "PID Regler 
einstellen" es gibt online einiges an "Faustregeln" die sind nicht 
verkehr um in das Thema einzusteigen.

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