Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik kompakter Step-Down Schaltregler 20V -> 5V ~80mA


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von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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Hallo!

ich bin absolut kein Experte für Schaltregler, daher wende ich mich hier 
mal an euch.

Ich brauche für meinen µC, paar LEDs und TFT-Display ca. 70-80mA.
Das TFT wird auch gedimmt bzw ausgeschaltet, 99% der Zeit braucht die 
Schaltung also nur 20mA.
Zur Verfügung stehen mit 20V max. 25mA.

Ich muss zwar jetzt nicht jeden mm² zählen, ewig viel Platz hab ich aber 
auch nicht. Bisher hab ich für sowas fertige Module vom Chinamann 
benutzt (siehe Anhang). Ich würde aber lieber disket aufbauen weil ich 
dann die Bauteile etwas flexibler rumschieben kann.
Idealerweise sind die Bauteile gut verfügbar z.B. Reichelt/Conrad...

Nach ersten Auslegungsversuchen nach Datenblatt verschiedenen 
Schaltegler war ich total überrascht, mit welch dicken Spulen und 
Ausgangs-Cs ich beglückt wurde. Angeschaut hab ich mir dem LM2840 und 
den LM2594.

1) Wie schafft der Chinamann das mit so kleinen Spulen (4,7µH) und so 
wenig C?

2) Könnt ihr mir einen IC empfehlen?

von Thomas R. (r3tr0)


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Je höher die Schaltfrequenz des Schaltwandlers ist, desto kleiner die 
benötigte Induktivität und somit auch die Spulengröße.

LM2594 hat z.B. 150-kHz, dementsprechend die Spulengröße.

Bei einer höheren Schaltfrequenz kann man sich wie gesagt die Spule 
kleiner wählen.

von Torsten B. (tbrox)


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Hallo!

Kleine Spulen kann man bei entsprechend hohen Schaltfrequenzen 
verwenden. Das wiederum macht das Design dann aber auch um so 
entscheidender für den Erfolg, da man ganz schnell einen HF-Strahler 
dabei bauen kann.
So Simple Switcher wie der 2594 mit 150 kHz und teilweise weniger sind 
da eher langsame und zahme Wesen.

Gruß

von Milo (Gast)


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Sir S. schrieb:
> Ich würde aber lieber disket aufbauen weil ich
> dann die Bauteile etwas flexibler rumschieben kann.

Wenn das der Grund ist, auf ein fertiges Wandlermodul zu verzichten, 
muss ich Dich enttäuschen. Damit so ein Buck-Converter gut arbeitet, 
müssen einige Regeln bzgl. der Platzierung von Bauteilen und die 
Leiterbahnen eingehalten werden. Flexibel hin- und herschieben kannst Du 
ziemlich vergessen. Meistens bleibt am Ende nur ein "gutes" Layout 
übrig.

Bleib lieber bei fertigen Wandlermodulen. Zum Beispiel 78HB Serie... 
gibts auch bei Conrad und Konsorten.
Traco hat auch jede Menge Module in passenden Dimensionen.

Die Größe der Spule richtet sich sehr nach Spannung und Strom am 
Ausgang, aber auch nach der Arbeitsweise/Schaltfrequenz der Switcher.

Da lässt sich auch schlecht mit Maximal-Werten arbeiten... eine 
Schaltung, die eigentlich nur 100mA mit einem Wandler auszustatten, der 
bis 1A ausgelegt ist, hat üblicherweise zur Folge, dass Du eine hohe 
Restwelligkeit erhälst.

Wandler und Schaltung sollten also gut zueinander passen...

von Milo (Gast)


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Milo schrieb:
> Zum Beispiel 78HB Serie...

...von RECOM

(oben vergessen)

von Andrew T. (marsufant)


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Sir S. schrieb:
> 2) Könnt ihr mir einen IC empfehlen?

TPS62175, LM43600  von TI


Du kannst dort auch selbst a bisserl spielen, ti.com hat einen (online) 
Konfigurator mit Bauteile Berechnung und BOM

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


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Sir S. schrieb:
> weil ich dann die Bauteile etwas flexibler rumschieben kann.
Schieb andere Bauteile rum. Die vom Schaltregler haben einen engen 
Zusammenhang. Da zählt jeder mm.

> 1) Wie schafft der Chinamann das mit so kleinen Spulen (4,7µH) und so
> wenig C?
Hohe Taktfrequenz. Dann ist aber noch viel weniger mit "Schieben".

Mein Tipp wenn echt klein sein muss:
https://de.farnell.com/maxim-integrated-products/maxm17906amb/dc-dc-wandler-sync-buck-550khz/dp/3213888
Viel Spaß damit...  ;-)

von Ing-Dom (Firma: OpenKNX) (sirsydom)


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der hier gefällt mir recht gut.

https://www.ebay.de/itm/Pololu-5V-300mA-Step-Down-Spannungsregler-D24V3F5-2098/281994692696?hash=item41a8318858:g:WR8AAOSwA-VdrX53

Hat wohl einen LMR16006 drauf.

Preis wäre i.O., aber irgendwie weiß ich nicht. Ich will nicht alle 2 
Jahre ein redesign machen weil eine komponente nicht mehr verfügbar ist.


Ein R-785.0-0.5 wäre auch ok - den gibts beim C.


Oder doch an den LMR16006 (oder vergleichbar) wagen. Aber eigentlich 
lohnt das nicht.

von Michael B. (laberkopp)


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Sir S. schrieb:
> 1) Wie schafft der Chinamann das mit so kleinen Spulen (4,7µH) und so
> wenig C?

Nicht nur durch hohe Schaltfrequenz, die nur geht wenn optimale Bauteile 
ausgewählt werden und ein gutes Layout gemacht wird, sondern auch durch 
hohen maximalen Laststrom des Modules, denn dann bleibt der 
Induktivitätswert der Spule klein (die Baugrösse auf Grund des hohen 
Stroms eher gleich), die Regelung ist dann bei niedrigem Strom natürlich 
nicht mehr so gut.

Bei deinen 80mA wird der Induktivitätswert eher gross weil der 
Ripplestrom eher bei 8mA liegen soll.

> 2) Könnt ihr mir einen IC empfehlen?

Nein, da du

Sir S. schrieb:
> Ich würde aber lieber disket aufbauen

gibt es keine ICs.

Sir S. schrieb:
> gut verfügbar z.B. Reichelt/Conrad...

Da schon gar nicht, die haben nur altes Zeugs.
Vielleicht LT1616, aber LT ist teuer.

von Joachim B. (jar)


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Milo schrieb:
> Bleib lieber bei fertigen Wandlermodulen.

5V oder 3,3V?

schau dich dort mal um
https://www.pololu.com/product/2098

ich würde den Wandler auch nicht selber aufbauen, das Platinendesign ist 
dabei sehr wichtig!

von m.n. (Gast)


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Sir S. schrieb:
> Könnt ihr mir einen IC empfehlen?

Bei Reichelt gibt es den MCP16301: 
https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=446&LA=0&q=mcp16301 Eine 
passende Speicherdrossel wäre diese: 
https://www.reichelt.de/chip-induktivitaet-1212fps-22-h-l-1212fps-22-p138609.html?&trstct=pol_5 
Ein paar keram. Kondensatoren mit 4,7 - 10 µF dazu und bei dem kleinen 
Strom noch eine SD103 o.ä.
Der Aufbau wird wegen der kleinen Bauteile automatisch recht kompakt.

von Stefan F. (Gast)


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Sir S. schrieb:
> Ich würde aber lieber disket aufbauen weil ich
> dann die Bauteile etwas flexibler rumschieben kann.

Wenn du dich da mal nicht täuscht. Beim Layout von Schaltreglern hat man 
nur sehr wenig Spielraum, falls er effizient sein soll.

> war ich total überrascht, mit welch dicken Spulen und
> Ausgangs-Cs ich beglückt wurde... LM2840 und den LM2594.

Je niedriger die Schaltfrequenz, umso größer die Spule, weil er pro 
Schwingung mehr Energie übertragen muss. Bei 50Hz hast du die Größe der 
bekannten Eisen-Transformatoren.

> Wie schafft der Chinamann das mit so kleinen Spulen (4,7µH)
> und so wenig C?

Indem er die Schaltung so klein und billig auslegt wie unter Ignoranz 
der Betriebsbedingungen möglich ist. Deswegen erreichen diese Module in 
der Praxis meist nur die Hälfte der versprochenen Leistung mit auffällig 
hohen Verlusten und unsauberer Ausgangsspannung. Über EMV denkt man bei 
diesen Produkten am Besten gar nicht nach, sonst kriegt man graue Haare.

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


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Stefanus F. schrieb:
> Deswegen erreichen diese Module in der Praxis meist nur die Hälfte der
> versprochenen Leistung mit auffällig hohen Verlusten
Dazu auch eine Temperaturmessung bei einem Bruchteil der angegebenen 
Maximallast im 
Beitrag "Re: Spule bei Schaltregler wird heiß"

: Bearbeitet durch Moderator
von m.n. (Gast)


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Ja, das Leben ist gefährlich! Am besten, man verkriecht sich in ein 
tiefes Loch.
Oder man ignoriert die Mahner in der Wüste und den Sack Reis in China 
und fängt einfach an.

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