Motorhalbbrücke für Schaltregler

[Heinz M. (subi)]

Hallo,

für ein Projekt brauche ich mehrere bezahlbare bidirektionale 
Schaltregler. Mit bidirektional fällt alles fertige was ich gefunden 
habe weg, weil entweder nicht bidirektional, oder sündhaft teure 
Speziallösungen.

Parallel bin ich dran fertige Schaltregler (z.B. LM2596) per 
Mikrocontroller zu steuern und Ein/Ausgang je nach Bedarf zu 
vertauschen. Der Bauteilaufwand ist jedoch nicht wirklich geringer, als 
ein Schaltregler.

Projekt:
Es handelt sich um eine flexible Stromversorgung. Netzteile, PV Module, 
Akkus und Verbraucher sollen untereinander verschalten werden. Unter 
anderem sollen die Akkus als USV dienen und auch untereinander umgeladen 
werden können. Deswegen die Bidirektionalität.

Anforderungen:
Bidirektional
Buck/Boost in beide Richtungen
10 bis 30 V
bis 10 A (vorerst bis 2 A und später Optimierung auf 10 A)
Einfach mit wenigen Komponenten, aber viel Eingriffsmöglichkeiten durch 
den Mikrocontroller.
Ripple ist nicht ganz so wichtig, da sensible Verbraucher einen 
Schaltregler, bzw. sogar Linearregler vorgeschalten bekommen.

Struktur:
Durch die Bidirektionalität, Buck/Boost und wenige Bauteile würde sich 
eine H-Schaltung (im englischen: 4 Switch Buck/Boost Converter) 
anbieten. Leider finden sich zu dieser Topologie viel weniger Infos, als 
zu anderen Topologien. Und damit auch wenig Projekte dazu.

Idee:
Mit 2 Halbbrückenmotortreibern mit integrierten Mosfets spare ich mir 
die komplizierte Ansteuerung der High Side Mosfets und die Anpassung 
Treiber zu Mosfet. Über einen Shunt (R3 im Anhang) zwischen Masse der 
H-Brücke und Masse der Speicherkondensatoren wird der Strom durch die 
Spule gemessen. Aus der Höhe des Stromes entscheidet der 
Mikrocontroller, ob die Spule entladen oder geladen werden soll. Ich 
hoffe hier spielt die Geschwindigkeit mit. Ich würde Motortreiber mit 
integrierter Strombegrenzung und Temperaturüberwachung nehmen. Selbst 
wenn der Mikrokontroller mal zu langsam ist, brennen die Mosfets nicht 
durch .... hoffentlich.

Bauteile:
Als Halbbrückenmotortreiber habe ich den BTN8982TA gefunden. An sich 
perfekt. Nur die 25 kHz finde ich etwas wenig.
Spule erst mal aus ausgeschlachteten Netzteilen.
Mikrocontroller wird STM32F042 mit 48 MHz.

Vorkenntnisse:
Versuchsweise hatte ich einen Stepup Schaltregler gebaut. Hat gut 
funktioniert, allerdings war bereits bei 1 W Schluss. War eben nur mal 
aus Interesse mit unpassender Spule und mikrigem Mosfet Treiber.

Haltet ihr einen Halbbrückenmotortreiber wie BTN8982TA für sinnvoll für 
den Zweck?
Welche Probleme und Vorschläge seht ihr? Weil wie es immer ist: Wenn 
einem etwas zu simpel erscheint ist meistens ein Haken dran.
Alternativvorschläge?

[MiWi (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Hallo,
>

> Projekt:
> Es handelt sich um eine flexible Stromversorgung. Netzteile, PV Module,
> Akkus und Verbraucher sollen untereinander verschalten werden. Unter
> anderem sollen die Akkus als USV dienen und auch untereinander umgeladen
> werden können. Deswegen die Bidirektionalität.
>
> Anforderungen:
> Bidirektional
> Buck/Boost in beide Richtungen
> 10 bis 30 V
> bis 10 A (vorerst bis 2 A und später Optimierung auf 10 A)
> Einfach mit wenigen Komponenten, aber viel Eingriffsmöglichkeiten durch
> den Mikrocontroller.

Rechne mit mindestens 80MHz ProzessorCLK damit Deine SW halbwegs 
zurandekommt, Hochauflösende Timer sind ebenso nötig wie irgendeine 
Schnittstelle, die rein Interruptgesteuert arbeiten kann und die Timer 
trotzdem nicht aus dem Ruder laufen läßt. Entwicklungsdauer für eine 
unter allen Umständen stabile SW viele Montate bis Jahre.


> Ripple ist nicht ganz so wichtig, da sensible Verbraucher einen
> Schaltregler, bzw. sogar Linearregler vorgeschalten bekommen.
>
> Struktur:
> Durch die Bidirektionalität, Buck/Boost und wenige Bauteile würde sich
> eine H-Schaltung (im englischen: 4 Switch Buck/Boost Converter)
> anbieten. Leider finden sich zu dieser Topologie viel weniger Infos, als
> zu anderen Topologien. Und damit auch wenig Projekte dazu.
>
> Idee:
> Mit 2 Halbbrückenmotortreibern mit integrierten Mosfets spare ich mir
> die komplizierte Ansteuerung der High Side Mosfets und die Anpassung
> Treiber zu Mosfet. Über einen Shunt (R3 im Anhang) zwischen Masse der
> H-Brücke und Masse der Speicherkondensatoren wird der Strom durch die
> Spule gemessen. Aus der Höhe des Stromes entscheidet der
> Mikrocontroller, ob die Spule entladen oder geladen werden soll. Ich
> hoffe hier spielt die Geschwindigkeit mit. Ich würde Motortreiber mit
> integrierter Strombegrenzung und Temperaturüberwachung nehmen. Selbst
> wenn der Mikrokontroller mal zu langsam ist, brennen die Mosfets nicht
> durch .... hoffentlich.
>
> Bauteile:
> Als Halbbrückenmotortreiber habe ich den BTN8982TA gefunden. An sich
> perfekt. Nur die 25 kHz finde ich etwas wenig.
> Spule erst mal aus ausgeschlachteten Netzteilen.
> Mikrocontroller wird STM32F042 mit 48 MHz.



> Vorkenntnisse:
> Versuchsweise hatte ich einen Stepup Schaltregler gebaut. Hat gut
> funktioniert, allerdings war bereits bei 1 W Schluss. War eben nur mal
> aus Interesse mit unpassender Spule und mikrigem Mosfet Treiber.
>
> Haltet ihr einen Halbbrückenmotortreiber wie BTN8982TA für sinnvoll für
> den Zweck?

Nein, zu langsam.

> Welche Probleme und Vorschläge seht ihr? Weil wie es immer ist: Wenn
> einem etwas zu simpel erscheint ist meistens ein Haken dran.

Primärstrommessung unzureichend, wenn jemand aus dem FF solche 
Spannungsteiler zeichnet ist das ein typisches Zeichen von fehlendem 
inneren Auge, also mangelnde Erfahrung gepaart mit Copy/Paste, kein 
gutes Vorzeichen.

Du hast keine Erfassung vom Strom in der Spule. Das ist viel wichtiger 
als der Strom den Du im Fußpunkt der Brücke erfaßt.

> Alternativvorschläge?

Warum so kompliziert wenn Du eigentlich nur eine Halbbrücke brauchst um 
vorwärts und rückwärts zu wandeln?

Wozu wenn fast alle Teile schon definiert sind?

Mach Deine Erfahrung, von 1W ohne Ahnung auf 300W mit noch weniger 
Ahnung wirst Du eine Weile beschäftig sein. Schau das Du eine Stromzange 
bekommst, die schnell ist, 1MHz BW Minimum, also die 100kHz -Dinger 
kannst Du vergessen. Schau das Du auch einen Differenztastkopf bekommst. 
Da reichen 25MHz erst einmal. Das Oszi sollte eine Möglihckeit zum 
Deskew der Tastköpfe anbieten, sonst mußt Du dir das ausmessen und 
verinnerlichen wenn Du die verwendest...

[Heinz M. (subi)]

Ich sagte nicht umsonst, dass ich mich von den 1 W über 60 W an 300 W 
herantasten möchte. Auch 20 W wären für den Anfang ok.

Also für 300 W ist der Mikrocontroller und die Halbbrücke zu langsam. 
Würde es für 20 W genügen?
Hast du einen Vorschlag für eine schnellere Halbbrücke?

Die Primärstrommessung dient mehr zur Stromlimitierung, als zur 
Strombegrenzung durch den Schaltregler. Zum Beispiel zur Akkuladung oder 
wenn das Netzteil sich der Leistungsgrenze nähert. Das habe ich schon so 
laufen. Reicht aus.

Strom in der Spule interessiert mich eigentlich nur, beim Entladen (D1 
und D4 oder D2 und D3 gebrückt) der Spule im Buck Modus, damit die Spule 
nicht in Gegenrichtung geladen wird und ausversehen im Boost Modus 
arbeitet. Und im Boost Modus, damit die Spule nicht zu lang in der 
Sättigung ist.

Mit einer Halbbrücke kann ich nur Buck in die eine Richtung und Boost in 
die andere. Aber nicht Buck Boost in beide Richtungen.

"Wozu wenn fast alle Teile schon definiert sind?"
Was meinst du damit?

Differenztastkopf mit 60 MHz habe ich. Aber das EO 174 A Oszi kann ich 
dafür vergessen. Gutes Digitaloszi steht schon auf der 
Anschaffungsliste. Stromzange für Oszi hatte ich schon mal überlegt.

Also wenn ich es richtig raushöre, dann würde es prinzipiell 
funktionieren. Nur halt die Optimierung.

Hast du eine Alternative zum BTN8982TA?

[Dieter (Gast)]

Alle Jahre wird wieder die gleiche arme Sau durch das Land getrieben, 
faellt mir dazu nur ein.
Es gab vor einer Dekade eine Firma im Harz, die hatte so etwas fuer eine 
USV  als Resonanzwandler geloest.  Netz1, Generator, Akkubank 
Verbraucher 4Q-Umrichter.

[Bernadette (Gast)]

Bei ups.bplaced.de gibt es ein H-Brücken-Konzept.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Heinz M. schrieb:
> Vorkenntnisse:
> Versuchsweise hatte ich einen Stepup Schaltregler gebaut. Hat gut
> funktioniert, allerdings war bereits bei 1 W Schluss. War eben nur mal
> aus Interesse mit unpassender Spule und mikrigem Mosfet Treiber.
Das hört sich an, wie
"Ich will Kunststücke mit einem Einrad auf einem Hochseil vorführen. 
Versuchsweise habe ich schon mal mit einem Tretroller 10m mit nur 
einigen Kratzern und oberflächlichen Schürfungen zurückgelegt".

> 10 bis 30 V
> bis 10 A (vorerst bis 2 A und später Optimierung auf 10 A)
Wie wäre es, wenn du erst mal einen simplen 20W Stepup- oder 
Stepdown-Wandler planst, den aufbaust und aus diesem Projekt dann bei 
20W am Eingang noch 18W am Ausgang und zudem ganz viel Erfahrung 
herausholst?

> Bauteile:
> Spule erst mal aus ausgeschlachteten Netzteilen.
Irgendeine Spule mit irgendwelchen Daten? Vergiss es, ich bin froh, wenn 
meine Schaltregler mit genau definierten und bewusst ausgewählten 
Bauteilen das tun, was ich will, dass sie sollen.

> Idee:
> .... hoffentlich.
Aus Erfahrung: glaub mir, das wird auf diese Art nichts.
Du bist in der unglaublich glücklichen Lage, dass Andere dieses 
Problem schon vor dir gelöst haben und diese Informationen ins Netz 
gestellt haben. Sieh dir an, wie die es gemacht haben. Wenn du das 
jeweilige Schaltungsprinzip erkennst und jedem Bauteil seine Funktion 
zuordnen und den jeweiligen Bauteilwert begründen kannst, dann kannst du 
mal mit einem Funktionsmodell anfangen.


Merke: auch wenn es irgendwas an jeder Ecke für wenig Geld zu kaufen 
gibt, muss es nicht einfach oder gar billig sein, so etwas selber zu 
entwickeln.

[Udo S. (urschmitt)]

Heinz M. schrieb:
> Es handelt sich um eine flexible Stromversorgung. Netzteile, PV Module,
> Akkus und Verbraucher sollen untereinander verschalten werden. Unter
> anderem sollen die Akkus als USV dienen und auch untereinander umgeladen
> werden können.

Klingt wie eine eierlegende Wollmilchsau.
Die kann fast immer eins besonders gut: Nämlich nichts richtig.

Versuche dein Konzept zu vereinfachen oder dein eigentliches Problem 
hier zu beschreiben. Dann hast du bessere Chancen dass dir jemand 
konkret helfen kann.

[MiWi (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Ich sagte nicht umsonst, dass ich mich von den 1 W über 60 W an 300 W
> herantasten möchte. Auch 20 W wären für den Anfang ok.
>
> Also für 300 W ist der Mikrocontroller und die Halbbrücke zu langsam.
> Würde es für 20 W genügen?
> Hast du einen Vorschlag für eine schnellere Halbbrücke?

Nein, ich mach das nicht mit fertigen Teilen sondern mit ausreichend 
schnellen Gatetreibern "zu Fuß".

>
> Die Primärstrommessung dient mehr zur Stromlimitierung, als zur
> Strombegrenzung durch den Schaltregler. Zum Beispiel zur Akkuladung oder
> wenn das Netzteil sich der Leistungsgrenze nähert. Das habe ich schon so
> laufen. Reicht aus.

Ok, wenn Du meinst das diese Dimensionierung für Dich paßt...
>
> Strom in der Spule interessiert mich eigentlich nur, beim Entladen (D1
> und D4 oder D2 und D3 gebrückt) der Spule im Buck Modus, damit die Spule
> nicht in Gegenrichtung geladen wird und ausversehen im Boost Modus
> arbeitet. Und im Boost Modus, damit die Spule nicht zu lang in der
> Sättigung ist.

Ah ja.

Paßt eh. Allerdings wird sich der Strom für Deine Halbleiter 
interessieren. btw: Spulen in Sättigung waren noch nie eine gute Idee.

> Mit einer Halbbrücke kann ich nur Buck in die eine Richtung und Boost in
> die andere. Aber nicht Buck Boost in beide Richtungen.

Damit ich Dich richtig verstehe:

Das muß möglich sein:

10Vlinks > 30Vrechts
30Vlinks > 10Vrechts
10Vrechts > 30Vlinks
30Vrechts > 10Vlinks

Dann mußt Du tatsächlich mit Vollbrücke arbeiten, ich habe mir in meiner 
Antwort vorhin schon erlaubt über die Sinnhaftigket ein Urteil zu 
fällen, sorry dafür.

> "Wozu wenn fast alle Teile schon definiert sind?"
> Was meinst du damit?

Halbbrücke: Type angegeben
uC: Type angegeben

>
> Differenztastkopf mit 60 MHz habe ich. Aber das EO 174 A Oszi kann ich
> dafür vergessen. Gutes Digitaloszi steht schon auf der
> Anschaffungsliste. Stromzange für Oszi hatte ich schon mal überlegt.

ok. Ein Rigol 1054 oder RTB2004 wird reichen, mehr braucht es da nicht 
wenn das Budget zwickt. Allerdinigs sollte der Bediener vor dem Oszi 
wissen was er sieht - und nicht nur was er vermeint zu sehen.

> Also wenn ich es richtig raushöre, dann würde es prinzipiell
> funktionieren. Nur halt die Optimierung.

Prinzipiell funktioniert fast immer alles, vor allem wenn die 
Blockschaltbilder so allgemein gehalten sind wie Deins.
In Deiner Schaltung ist das Optimierungspotential allerdings gigantisch 
was ich Dir hiermit nochmals versuche zu vermitteln.

Kann Dein uC auf allen ADC ausreichen schnell (also mindestens 500kHz) 
und ausreichend Synchron genau sampeln?

> Hast du eine Alternative zum BTN8982TA?

Nein. Ich fang in dem Stadium des Projekts nicht an Datenblätter zu 
suchen wenn der TO nicht dazu verlinkt.

An und für sich ein nettes Projekterl, doch das Coming Out für so ein 
Projekt sollte ein bischen besser vorbereitet sein als nur ein paar 
halbgare Skizzen und irgendwelche Bauteilideen hier ins Forum zu kippen 
und dann auf Detailunterstützung zu hoffen.

iaW: Arbeite Dein Projekt detailiert aus, mach Deine ersten Aufbauten 
und schreibe den Code dazu und dann komme wenn es zwickt...

[Heinz M. (subi)]

MiWi schrieb:

> Damit ich Dich richtig verstehe:
>
> Das muß möglich sein:
>
> 10Vlinks > 30Vrechts
> 30Vlinks > 10Vrechts
> 10Vrechts > 30Vlinks
> 30Vrechts > 10Vlinks
>
> Dann mußt Du tatsächlich mit Vollbrücke arbeiten, ich habe mir in meiner
> Antwort vorhin schon erlaubt über die Sinnhaftigket ein Urteil zu
> fällen, sorry dafür.

Ja, genau das ist der springende Punkt. Wäre es nur in eine Richtung 
würde ich LTC3780 als fertige Platine nehmen und mir das gern sparen um 
am eigentlichen Projekt zu arbeiten.

Zum eigentlichen Projekt:
Das ganze Projekt hier vorzustellen sprengt den Rahmen und ist auch 
nicht das Thema.

Es sei nur so viel gesagt: Es gibt eine DC Backplane. Auf diese können 
Netzteile, PV, ... einspeisen. Verschiedene Akkus (12 V LiFe, 18 V Li, 
...) können geladen und entladen werden. Von dieser Backplane erzeugen 
fertige Schaltreglerplatinen verschiedene Spannungen für Verbraucher. 
Zum Beispiel 19 V für Laptop mit defektem Akku, 12 V für Router/Switch. 
Weiterhin soll diverses zum Basteln versorgt werden. Teils fertige 
Module, teils Eigenbau. Einstellbare Spannungsquelle, PWM Generator, 
Akkutester, ... halt viel zu Umfangreich um das hier alles abzuhandeln. 
Diese ganzen Steuerungsmimiken (z.B. Zellüberwachung beim Laden, Vorrang 
Netzteilbetrieb vor Akku, ...) sind kein Problem.

Wichtig ist nur:
Die Akkus müssen mit wählbarem Strom und Spannung geladen und entladen 
werden. Deswegen bidirektional. 2 Schaltregler antiparallel und mit 
Diode geht, finde ich jedoch ganz schöne Verschwendung und wird auch 
insgesamt recht groß und teuer. Alternativ wo ich momentan dran bin eine 
Richtungsumschaltung. Nur ist das Softwaremäßig und Hardwaremaßig auch 
ein bisschen was an Aufwand. Dazu brauche ich 4 Mosfets, 2 Dioden, die 
Mosfetansteuerung, Schaltreglerplatine, Optokoppler, einige Widerstände, 
Z-Dioden und Kodensatoren. Mit Motortreibern die schon alles integriert 
haben brauche ich 2 Halbbrückenmotortreiber, 1 Spule, 2 Kondensatoren 
und einige Widerstände. Also bedeutend weniger Bauteile. Selbst wenn 
noch ein OPV dazu käme wäre das immer noch weniger. Deswegen die 
Überlegung ob sich das lohnt da tiefer rein zu gehen.

Wegen dem Spulenstrom:
Die Motortreiber die ich rausgesucht habe, haben eine Strombegrenzung 
die vom Hersteller für Dauerbetrieb ausgelegt ist mit 55 A. Zusätzlich 
Temperaturüberwachung. Diskret würde man das wegen dem Aufwand kaum 
machen.
https://www.mouser.de/datasheet/2/196/Infineon-BTN8982TA-DS-v01_00-EN-786008.pdf

Ich werde mir wohl mal 2 bestellen und einfach testen. Hätte ja sein 
können hier hat schon jemand Erfahrung in der Verwendung von 
Motortreibern für Schaltregler.

[Paul (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Das ganze Projekt hier vorzustellen sprengt den Rahmen und ist auch
> nicht das Thema.
>
> Es sei nur so viel gesagt: Es gibt eine DC Backplane. Auf diese können
> Netzteile, PV, ... einspeisen. Verschiedene Akkus (12 V LiFe, 18 V Li,
> ...) können geladen und entladen werden. Von dieser Backplane erzeugen
> fertige Schaltreglerplatinen verschiedene Spannungen für Verbraucher.
> Zum Beispiel 19 V für Laptop mit defektem Akku, 12 V für Router/Switch.
> Weiterhin soll diverses zum Basteln versorgt werden. Teils fertige
> Module, teils Eigenbau. Einstellbare Spannungsquelle, PWM Generator,
> Akkutester, ... halt viel zu Umfangreich um das hier alles abzuhandeln.
> Diese ganzen Steuerungsmimiken (z.B. Zellüberwachung beim Laden, Vorrang
> Netzteilbetrieb vor Akku, ...) sind kein Problem.

Das wird so nichts. Du willst so viel und kannst zu wenig. Geh doch mal 
an die frische Luft und mach den Kopf wieder frei. Das ganze Projekt ist 
doch ein Witz.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Heinz M. schrieb:
> Wichtig ist nur:
> Die Akkus müssen mit wählbarem Strom und Spannung geladen und entladen
> werden. Deswegen bidirektional.
Muss das Laden und Entladen unbedingt über den gleichen "Stecker" 
gehen?

Denn wenn du das Konzept entzerrst und so aufbaust, dann ist das viel 
"geradliniger", übersichtlicher und funktioniert sogar "gleichzeitig" 
(Laden mit beliebiger Spannung während des Betriebs):
Quelle --> Laderegler --> Akku --> Schaltregler --> Verbraucher

> viel zu Umfangreich
Ja, ich sehe da ganz klar die eierlegende Wollmilchsau, die hier mit 
unglaublichem Aufwand durchs Dorf getrieben wird. Tatsächlich 
funktionieren im realen Leben aber nur die einfachen Dinge zuverlässig 
und dauerhaft...

> Dazu brauche ich 4 Mosfets, 2 Dioden, ...
Du brauchst allem voran ein brauchbares Konzept. Und in der Realität ist 
es dann so, dass man aus Prinzipschaltbildern keine Schaltung aufbaut, 
sondern dass immer viel mehr Bauteile nötig sind, als da zum Erläutern 
des grundlegenden Funktionsprinzips eingezeichnet werden.

> Mit Motortreibern die schon alles integriert haben
Für dieses "alles" brauchst du aber schon auch noch ein paar Bauteile. 
Und warum nimmst du nicht wie vorgesehen die 'IS' Anschlüsse des 
Bauteils zum Messen des Stroms?

[Name: (Gast)]

Klingt in der Theorie toll. In der Praxis geht das schon, aber bedenke 
folgendes:
Motoren haben sehr hohe Induktivitäten und erlauben damit niedrige 
Schaltfrequenzen. Dementsprechend taugen Motorbrücken nur für um die 
20kHz. Dabei werden Kapazitäten und Induktivitäten auch relativ groß.
Und da wird es unlustig. 1mH 10A findet man nun einmal nicht in SMD.

Mein Tipp wäre:
Suche dir einen integrierten Gatetreiber, aber nicht für Motorbrücken. 
Und den kann man mit einem µC steuern.
Der Aufwand ist nicht unerheblich, insebesoners wenn das kurzschlussfest 
sein soll, machbar ist es aber.

[Dieter (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Hätte ja sein können hier hat schon jemand Erfahrung in der Verwendung
> von Motortreibern für Schaltregler.

Letztes Jahr wollte das schon jemand so machen. Die Treiber konnten 
jedoch nich beide Stufen ausschalten, d.h. immer ein Mosfet war auf on. 
Glaube die Loesung war dann DC- Wandler Buck-Bost, je zwei fuer Hin- und 
Gegenrichtung mit fertigen Modulen. Der μC macht dann nur noch an oder 
aus des jeweiligen Wandlers fuer die Richtungen.

Das waere meine Empfehlung fuer das weitere Vorgehen.

[Heinz M. (subi)]

Die letzten beiden Antworten sind die Infos die ich gesucht habe. Und 
zwar auf die Frage und nicht auf das komplette Projekt.

Weil das komplette Projekt besteht inzwischen aus 39 Dokumenten, 50 MB 
ohne Quellcode ohne Datenblätter. Dazu kommt noch einiges auf Papier.
- Funktionsbeschreibung = Anforderungsliste (ja auch bei einem 
Hobbyprojekt mache ich das oft)
- Ideensammlung
- Schaltungsentwürfe
- Bordlayouts
- Excelberechnungen
- ...

Anbei 2 Beispiele in Version 12. Es muss nicht verständlich sein. Es 
sind Dokumente die ich für mich erstellt habe. Ich muss dort durchsehen. 
Es ist auch nicht bereinigt, aufgehübscht oder sonstiges. Und es ist 
auch nur ein Auszug von einem Modul des Projekts.

Ich hoffe ihr versteht jetzt, dass nur wenn ein Fragender nicht will 
dass die Helfenden sich in solch umfangreichen Dokumente einarbeiten, es 
noch lange nicht heißt, dass der Fragende kein Konzept hat.

Dann werde ich mich wieder mehr auf die Ansteuerung fertiger 
Schaltregler (LM2596 und LTC3780) stürzen. Danke

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Heinz M. schrieb:
> Ich hoffe ihr versteht jetzt, dass nur wenn ein Fragender nicht will
> dass die Helfenden sich in solch umfangreichen Dokumente einarbeiten, es
> noch lange nicht heißt, dass der Fragende kein Konzept hat.
Ich hoffe, du verstehst, dass nicht jedes Konzept belastbar ist. Und ein 
hoher "Pagecount" an sich macht noch kein gutes Konzept. Wenn ich müßig 
bin, kann ich "Nichts" auf 50MB aufblasen und es steckt letztlich 
"Nichts" dahinter.

> Weil das komplette Projekt besteht inzwischen aus 39 Dokumenten
Bitte schreib niemals "Wiederstand".

> Dann werde ich mich wieder mehr auf die Ansteuerung fertiger
> Schaltregler (LM2596 und LTC3780) stürzen.
Tu das. Und wenn du dann mal wirklich nenneswerte Leistung aus einem 
solchen selbstgebauten Regler entnommen hast, dann sind wir genau dort, 
wo dein Weg weitergeht und wie
ich schon schrieb:
>> Wie wäre es, wenn du erst mal einen simplen 20W Stepup- oder
>> Stepdown-Wandler planst, den aufbaust und aus diesem Projekt dann bei 20W
>> am Eingang noch 18W am Ausgang und zudem ganz viel Erfahrung herausholst?

[Steffen W. (derwarze)]

Möglicherweise bringt Dich der LT8714 weiter. Wird als "Bipolar Output 
Synchronous Controller with Seamless Four Quadrant Operation" 
bezeichnet.

[Heinz M. (subi)]

@Steffen W.: Der LT8714 scheint zum ansteuern von Motoren zu sein, wie 
ich das verstanden habe. Also ein Ersatz für eine Vollbrücke mit 
integrierter  Logik.

Die Gesamtfunktionalität, die ich erreichen möchte kommt dem LT8708 am 
nächsten (nur als 266 € Evaluation Board erhältlich). Wenn ich dort auf 
Seite 21 schaue, sehe ich verschiedene Modi, die nicht alle 
bidirektional sind und per Analogspannung angefahren werden. Das heißt 
enormer Aufwand den Schaltregler mit einem Mikrocontroller zu 
manipulieren und die Leistungsseite muss ich ebenfalls aufbauen.
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LT8708.pdf

Deswegen suche ich nicht den Schaltregler bestehend aus Logik und 
Treiber, weil das habe ich aufgegeben, dass es da einen gibt der auf 
Mikrocontrollersteuerung ausgelegt ist. Sondern Treiber, Verriegelung 
und Mosfet mit integriertem Überstromschutz. Was ich dann direkt per 
Mikrocontroller ansteuer. Das Prinzip ist hier sehr gut erklärt:
https://www.powerelectronicsnews.com/power-supply-design-notes-lets-build-a-bidirectional-buck-boost-converter-with-sic-mosfet/

Eben der BTN8982TA. Nur dessen Frequenz ist zu niedrig. Ich finde nur 
Teile die hohe Frequenz und Ströme bis 2 A haben oder 30 bis 50 A, dafür 
nur unter 25 kHz.

@Lothar M.: Genau das kotzt mich an. Da schreibt man extra hin, dass es 
nicht bereinigt ist und nur für einen selbst. Und trotzdem wird sofort 
darüber hergefallen "Da ist ein Fehler!". Und selbst wenn es nur ein 
Rechtschreibfehler ist. Das ist der Grund warum ich (und sicher auch 
viele Andere) genau nur das vom Projekt preisgeben, was für die Frage 
nötig ist. Weil alles wird sofort auseinander genommen egal wie 
unwichtig es für das Thema ist und dem TO unter die Nase gerieben wie 
wenig Ahnung er doch hat und dass er es besser lassen soll und am besten 
gleich mit dem Hobby aufhören soll und aus dem Forum verschwinden. Eine 
sch* Art ist das. Schade um die Bemühungen von MiWi, Bernadette, Dieter, 
Steffen W und Ohne Namen, die ohne abwertende Haltung am meisten zum 
Thema beigetragen haben. 50 % von diesem Thread ist doch schon wieder 
reinstes Bashing und sollten von dir als Moderator eigentlich 
unterbunden werden.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Heinz M. schrieb:
> @Lothar M.: Genau das kotzt mich an.
Arbeite an deiner Kritiktoleranz. Ich habe dich nirgends beleidigt oder 
persönlich angegriffen. Ich habe lediglich meine Ansichten vermittelt. 
Druck dir diesen Thread aus und sieh ihn dir in ein paar Jahren nochmal 
an. Du wirst dich wundern.

> Das Prinzip ist hier sehr gut erklärt
Was hatte ich zu "Prinzipschaltplänen" und tatsächlich realisierten 
Schaltungen geschrieben?
Dass du dort eine H-Brücke ohne jegliches dazugehöriges Bauteil siehst, 
bedeutet nicht, dass du diese Schaltung ohne jegliche weitere Bauteile 
aufbauen kannst.
Aber was schreibe ich mir hier die Finger wund? Du willst sowas ja gar 
nicht lesen und fühlst dich sogar noch angegriffen...

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Heinz M. schrieb:
> Es gibt eine DC Backplane. Auf diese können
> Netzteile, PV, ... einspeisen. Verschiedene Akkus (12 V LiFe, 18 V Li,
> ...) können geladen und entladen werden. Von dieser Backplane erzeugen
> fertige Schaltreglerplatinen verschiedene Spannungen für Verbraucher.

Wenn man es einrichten kann, dass die DC-Backplane-Spannung mindestens 
3V unterschiedlich wäre (höher) zu den jeweiligen Akkuspannungen, dann 
gingen folgende Wandler mit jeweils einer Brücke:
https://www.researchgate.net/figure/Bidirectional-two-quadrant-dc-dc-converter-a-topology-b-PWM-switch-model-c_fig5_261835829

[MiWi (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Die letzten beiden Antworten sind die Infos die ich gesucht habe. Und
> zwar auf die Frage und nicht auf das komplette Projekt.
>
> Weil das komplette Projekt besteht inzwischen aus 39 Dokumenten, 50 MB
> ohne Quellcode ohne Datenblätter. Dazu kommt noch einiges auf Papier.
> - Funktionsbeschreibung = Anforderungsliste (ja auch bei einem
> Hobbyprojekt mache ich das oft)
> - Ideensammlung
> - Schaltungsentwürfe
> - Bordlayouts
> - Excelberechnungen
> - ...
>
> Anbei 2 Beispiele in Version 12. Es muss nicht verständlich sein. Es
> sind Dokumente die ich für mich erstellt habe. Ich muss dort durchsehen.
> Es ist auch nicht bereinigt, aufgehübscht oder sonstiges. Und es ist
> auch nur ein Auszug von einem Modul des Projekts.
>
> Ich hoffe ihr versteht jetzt, dass nur wenn ein Fragender nicht will
> dass die Helfenden sich in solch umfangreichen Dokumente einarbeiten, es
> noch lange nicht heißt, dass der Fragende kein Konzept hat.
>
> Dann werde ich mich wieder mehr auf die Ansteuerung fertiger
> Schaltregler (LM2596 und LTC3780) stürzen. Danke


Über die Sinnhaftigkeit... ja mei, wenn Du meinst es so machen zu müssen 
dann mach einfach, warum auch immer. Es ist nciht meine Lebenszeit, mein 
Geld und auch nicht meine Energie daher steht mir die Entscheidung nicht 
zu. Aber - mach es fertig damit Du zufrieden bist.

Wie gesagt, ich halte Dein Ansinnen mit den bisher genannten Bauteilen 
für nicht durchführbar. Aber wenn DU unbedingt mit dem Kopf durch meine 
- schon etwas ältere - Wand willst - bitte sehr.

Ich werd jedenfalls nur noch mitlesen und nur zu ganz konkreten Fragen 
eventuell meine enventuell unpassenden Kommentare abgeben.

Wäre nett wenn Du dann, wenn Doku V25 oder so fertig ist und das Projekt 
dann auch funktioniert hier einen kurzen Status abgibst...

[Stefan F. (Gast)]

Die 4 Spannungsteiler unten links und rechts sind falsch ausgelegt 
(Widerstände vertauscht?). Denn der ADC des Mikrocontrollers verträgt 
keine 27 Volt.

[Stefan F. (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Es sei nur so viel gesagt ...

Ich finde lobenswert dass du den Anwedungsfall nachgereicht hast. Das 
bringt eine Menge Klarheit in die Sache.

Allerdings ist meine Meinung dazu, dass schon deine Anwendung ziemlich 
unsinnig ist. Was wohl auch der Grund dafür ist, dass es solche 
Eierlegende Wollmilchsau-Produkte nicht von der Stange zu kaufen gibt. 
Was du dir da bauen willst braucht die Welt nicht. Nach der Befriedigung 
der ersten Neugier wird es bestimmt auch bei dir zum Stehrümkes.

Deswegen ist mein Tipp dazu: Lass es bei dem bisherigen Experiment 
bleiben. Du hast dich durch Versuch vergewissert, dass das 
Schaltungsprinzip funktioniert. Das reicht. Probiere als nächstes etwas 
anderes interessantes aus.

Ich experimentiere seit vielen Jahren mit Elektronik, weil ich es super 
spannend Finde, Bauteile zu erforschen und Prinzipschaltungen 
auszuprobieren. Dabei ist aber nur selten etwas nützliches heraus 
gekommen, denn ich habe weder den Platz noch das Geld dafür, die Dinge 
wirklich vernünftig zu Ende zu bringen. Letztendlich kann man (fast) 
alles nützliche günstiger fertig kaufen.

[MiWi (Gast)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Die 4 Spannungsteiler unten links und rechts sind falsch ausgelegt
> (Widerstände vertauscht?). Denn der ADC des Mikrocontrollers verträgt
> keine 27 Volt.

das könnte er bereits seit dem 2. Posting wissen wenn er denn lesen oder 
auf Antworten eingehen wollte...

[Heinz M. (subi)]

@Dieter D.: Das ist nach einem abgespeckten Prinzip wie ich es machen 
möchte. Mit einer Halbbrücke kann man in die eine Richtung Buck, in die 
andere Boost. Mit zwei Halbbrücken in beide Richtungen Buck Boost. Es 
gibt fertige Chinaboards mit 2 Halbbrücken für Buck/Boost in eine 
Richtung. Es gibt fertige Schaltregler ICs nach dem Prinzip wie von dir 
verlinkt. Es gibt aber keine Kombination aus den beiden.

Der LTC3780 ist vom Leistungsteil her völlig symetrisch aufgebaut. Ein 
zweiter Feedback an der Eingangsspannung, einen Pin zum Befehl geben ob 
vorwärts oder rückwärts gewandelt werden soll und minimal mehr Logik im 
IC. Mehr wäre nicht nötig. Und das verstehe ich nicht, warum es das 
nicht gibt.

Im Internet gibt es etliche Seiten, wo geschrieben wird, dass es 
sinnvoll ist und meist auch die Topologie gezeigt, die ich verwenden 
möchte. Aber wenn man dann nach fertigen Produkten sucht ... nichts.

@Stefan F.: Ja die Widerstände sind vertauscht.

Also das Projekt ist im vollen Gange und wird soweit es bereits fertig 
ist schon genutzt. Das ganze auch sinnvoll. Wir brauchen für ein 
jährliches Event mehrere ausfallsichere PCs. Wir nehmen alte Laptops, 
weil sparsam und gut transportabel. Nur ist der Akku meist das erste was 
kaputt ist. Statt für mehrere Laptops neue Akkus zu kaufen, die dann nur 
in den einen Laptop passen oder elende schwere Blei USVs mit riesem 
Trafo zu schleppen, nehmen wir vorhandene Werkzeugakkus oder was sonst 
so rumliegt (Deswegen 10 bis 30 V) und geh mit einem LTC3780 eingestellt 
auf 19 V direkt in die DC Buchse. Im Vorprojekt, aus dem dieses 
hervorgegangen ist war das nur mit Entladung und Abschaltung vor 
Tiefenentladung. Hat sich bereits bei einem Stromausfall bei diesem 
Event bewährt. Also würde ich schon als sinnvoll und nützlich erachten.

Inzwischen ist die Funktionalität gewachsen um Funktionen wie 
Standardspannungsversorgung (5, 9, 12, 24 V), wodurch auch die Switches 
versorgt werden. Einstellbare Spannungsquellen DPS3012, PWM Generator. 
Und dient damit auch als Versorgung für Bastelprojekte.

Jetzt möchte ich den nächsten Schritt gehen und die Akkus laden. Da es 
mehrere "Erzeuger", mehrere Akkus und mehrere Verbraucher sind, bietet 
sich die parallele Struktur in Form einer Backplane an, statt der 
klassischen seriellen USV Struktur, wo es einen Lader, einen Akku und 
einen Wechselrichter gibt.

Dafür brauche ich bidirektionale Schaltregler 10 bis 30 V auf 10 bis 30 
V vorwärts und rückwärts, die sich per Mikrocontroller 
manipulieren/steuern lassen. Jeder Akkupack braucht seinen eigenen 
Schaltregler. Daher auch das interesse es mit nicht zu hohem Aufwand und 
auch nicht zu teuer zu machen.

Experimentiert habe ich nur mit eigenbau Schaltregler. Ansonsten 
verwende ich fertige China Platinen, weil ich selbst weiß, dass ich das 
nicht so gut hinbekommen würde und es sich finanziell einfach nicht 
lohnt. Hier stehe ich jedoch vor dem Problem, dass es das passende 
Produkt nicht gibt. Ob fertige Chinaplatine. vergossenes Teil oder 
partieller Eigenbau ist mir ziemlich egal. Nur alles diskret finde ich 
nicht zeitgemäß und den Aufwand zu hoch. Das Projekt wird trotzdem 
weitergeführt, dann halt doch wie ursprünglich mit 2 China 
Schaltreglerplatinen antiparallel oder mit 4 Mosfets zum Ein und Ausgang 
vertauschen.

Für alle Sinnhaftigkeitszweifler:

Wacht mal auf und schaut euch bei der Elektromobilität um. Ohne 
Bidirektionalität würde man pro Auto 2 Wandler brauchen. Also einige kg 
Zusatzgewicht und Zusatzkosten im 3 bis 4 stelligen Bereich.
Hier Links zu realen Produkten, die aber entweder zu viel Leistung 
haben, zu hohe Spannung und meist für Spezialanwendung 48 V Mildhybrid:
https://www.ti.com/lit/ug/tiduai7/tiduai7.pdf?ts=1610182262939&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FTIDM-BIDIR-400-12
https://www.youtube.com/watch?v=FEiU7Wu2Qkw
https://www.youtube.com/watch?v=3zQUuaz2SMA (1:50 bis 2:01)
https://www.youtube.com/watch?v=ApxqcyjktgQ
https://kamaka.de/wp-content/uploads/2019/01/Calex-48S14.250BC.pdf
https://www.brusa.biz/en/products/dcdc-converter/hvlv-400-v/bsc624.html

Hier ist es sogar extra beschrieben, warum es eben Sinn macht:
https://recom-power.com/de/rec-n-how-to-make-a-10kw-bidirectional-ac!sdc-converter-109.html?1

Wenn es so sinnlos ist, warum werden sogar ICs mit bidirektionaler 
Funktionalität entwickelt? Zum Beispiel den LTC3871.

Wenn euch das Thema nicht interessiert, es euch zu modern ist und nicht 
dem "haben wir schon immer so gemacht" entspricht oder was weiß ich, 
dann antwortet einfach nicht. Ich sehe mit Hinblick auf 
Elektromobilität, Hauspeicher, USVs, USB Typ C Powerbanks, ... hingegen 
sehr hohen Bedarf an sowas. Vielleicht bin ich mit dem Wunsch auch 
einfach 5 Jahre zu zeitig.

[Stefan F. (Gast)]

Heinz M. schrieb:
> Und das verstehe ich nicht, warum es das nicht gibt.

Weil es niemand bestellt hat. Wenn du genug Stücke bestellst, wird die 
Firma dir den gewünschten IC produzieren, da bin ich ganz sicher.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Heinz M. schrieb:
> Dafür brauche ich bidirektionale Schaltregler 10 bis 30 V auf 10 bis 30
> V vorwärts und rückwärts, die sich per Mikrocontroller
> manipulieren/steuern lassen.

Hier steckt die Krux der Komplexität bei der Zusammenschaltung, die 
nicht Rückwirkungsfrei sind und einige Schutzverriegelungen benötigt, 
wenn der µC hängen sollte.

Mehr Freiheitsgrade erhält man durch galvanisch getrennte Wandler, wie 
diese bei Fahrzeugladewandlern, die Du verlinkt hast, zur Anwendung 
kommen.

[Kevin M. (arduinolover)]

Sinnvoll sind solche Wandler je nach Anwendung durchaus. Die 
Arbeitsgruppe von einem Bekannten arbeitet aktuell an sowas.

[Heinz M. (subi)]

Hier nur kurz die Info wie es aktuell umgesetzt wird. Regelung läuft, 
die ganze Umschaltmimik mit den ganzen Bedingungen wann in welche 
Richtung wie hoch dauert. Ich bin gerade dabei die Anzeigen und 
Bedienung auszulagern, so dass später mit weniger Aufwand auf einen 
bidirektionalen Schaltregler gewechselt werden könnte. Wenn der 
Selbstbau Schaltregler kommt, würde es hier im Thread weiter gehen.

Über den Optokoppler wird der Feedback mittels PWM und Glättung 
manipuliert. Das funktioniert sehr gut. Bauteilwerte werde ich noch 
optimieren. R3 muss leider auf den Schaltregler angepasst werden. Weil 
beim LM2596 bei den Platinen die ich habe 330 Ohm verbaut wurden und 
beim LTC3780 14 kOhm. Die Übersteuerung hat Grenzen. Wenn Eingang und 
Ausgang sehr niedrige Spannungen haben, kommt ein Punkt wo diese nicht 
mehr ausreichen über den Optokoppler die Feedbackspannung nach oben zu 
manipulieren.

Q2 und Q5 regelt von welcher Seite Energie abgezwackt wird.
Q3 und Q8 regelt welcher Seite Energie zugeschoben wird.

Q1, Q4, Q6, Q7 sind optional für höheren Wirkungsgrad. Alternativ wenn 
man keine unterbrechungsfreie Umschaltung braucht können die Dioden 
weggelassen werden und Q1 mit Q2, Q3 mit Q4, ... gemeinsam geschalten 
werden.

Unter der Bedingung, dass die Backplane eine höhere Spannung hat als der 
Akku, können Q2, Q3, Q5 und Q8 gleichzeitig aktiviert werden. Damit ist 
eine unterbrechungsfreie Umschaltung möglich. Da ich im Regelfall 24 V 
Netzteile und 18 V Akkus einsetze, ist das bereits gegeben. Es sollten 
jedoch keine Spannungsempfindlichen Bauteile direkt an der Backplane 
angeschlossen werden. Notebooks bekommen eigene Schaltregler, um aus der 
Backplanespannung 19 V zu machen. Q1 und Q7 oder Q4 und Q6 je nach dem 
auf welcher Seite Akku bzw. Backplane ist müssten geschalten werden 
können für höheren Wirkungsgrad. Muss ich aber noch mal genau 
durchdenken.

Mit Q1, Q2, Q5 und Q6 gleichzeitig aktiviert kann sogar direkt 
durchgeschalten werden. Mit Q1 und Q6 als wahlweise Richtungsbegrenzung.