Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bitte um Hilfe bei Auslegung LM2596


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von Dom S. (sirsydom)


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Hallo zusammen,

ich bau gerade an einem RasPi-Aufsatz-PCB mit 2 
Kommunikationsanschlüssen.
Weil die USB-Buchse beim RasPi blöd platziert ist, wenn man den RasPi in 
einem REG-Gehäuse sitzt würde ich gerne über die Aufsatzplatine auf der 
noch etwas Platz ist auch noch Versorgung einspeisen.
Und weil in so einem Einsatzfall eher 12, 24 oder 30V sowieso vorhanden 
sind, ein DCDC Netzteil mit entsprechendem Eingangsbereich und für den 
RasPi tauglichen 2.5 - 3A @5V

Siehe auch hier: Beitrag "RasPi über GPIO Versorgung, StepDown Schutzbeschaltung"
Ich wollte erst einen fertigen DC DC verwenden, aber nun würde ich mich 
mal den den LM2596 trauen.

Meine Schaltung - siehe Anhang (fragliche Werte sind erstmal nur 
exemplarisch).
Etwas Schwierigkeit bereitet mir nun die Auswahl der Kondensatorgröße 
und des Typs und auch die Spule.
Das Datenblatt bietet ja einige Tabellen die das vereinfachen.
Nun stelle ich fest - je niedriger Vin desto größer der Cin und desto 
kleiner die Spule. Je größer Vin, desto größer die Spule.

Will ich nun beides ermöglichen, also z.B. 12-30V, sollte ich Cin und L 
auf das Maximum auslegen. Die Überdimensionierung schadet nicht, oder?

Ich würde also ein 560µF / 50V wählen:
Panasonic FM-A (EEUFM1H561). Laut DaBla (siehe unten) 2.7A 
@100kHz@105°C.
LM DaBla sagt 50-75% der "DC Load" (damit ist Ausgangsseitig gemeint, 
oder?) Damit sollte der passen.

Spule:
wenn man sich das Diagramm im LM DaBla anschaut, und Vin 12-30V annimmt 
und Iout bei 1-3A ansetzt landet man bei einer Spule mit 47 bis 100µH.
Die empfohlene L39 Renco hat z.B. 47µH / 3A.
Bei 12V Vin wäre es die L40 auch da reicht anscheinend noch eine 3A 
Spule
Für kleinere Ströme wäre nun aber eine größere Induktivität besser. 
100µH.
Eine entsprechende 100µH / 3A (wäre das überhaupt die korrekte Wahl?) 
gibts bei Reichelt zumindest nicht.

DieFastron 09 HCP bietet 47µH  3A oder aber 100µH  2A.
Was ist die beste / sicherste Wahl?
Da die 2-3A eher die Ausnahme (booten) sind und die durchschnittliche 
Last eher im Bereich 1A liegt, wäre dann die 100µH / 2A Spule ok?
Was passiert wenn dann doch die 3A fließen (sollen) ?
Oder aber, was passiert wenn ich die 47µH nehme ? Dann habe ich mehr 
Ripple am Ausgang bei kleineren Strömen, oder?

Oder doch ne Spule mit 100µH / 3A ? Gibts schon, nur halt nicht beim 
Reichelt.
Eine Sunlord MWSA1206S-101MT wäre doch was.

Beim Layout hab ich ca. 22x45mm, doppelseitig wobei BOT nicht bestückt 
werden soll.
Aber dazu wenn ich die Bauteile zusammen habe.

Danke schonmal. Ist mein erster Schaltregler..
Und die strukturierte Abarbeitung um den Beitrag hier zu schreiben hat 
auch schon geholfen :)


Datenblätter:

TI LM2596: 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf?ts=1610759253944&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

Pana FM-A: 
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/EEUFM_SERIES_ENG_TDS.pdf

Fastron HCP: 
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B400/DS_09HCP.pdf

Sunlord MWSA: 
https://datasheet.lcsc.com/szlcsc/1912111437_Sunlord-MWSA1206S-101MT_C408533.pdf

: Bearbeitet durch User
von Roland E. (roland0815)


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Da du nicht das Letzte Stück Effizienz rauskitzeln willst, kannst du die 
Spule mit weniger Induktivität nehmen, aber die größeren Kondensatoren. 
Dann geht der Stepper hält öfter in den lückenden Betrieb.

von Günni (Gast)


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Als grob vereinfachte Erklärung: Beim Einschalten des Längstransistors 
im LM2596 steigt der Strom durch die Spule abhängig von der 
Spannungsdifferenz Vin - 5V(Ausgangsspannung) und L an. Für annähernd 
gleiche Anstiegsgeschwindigkeit muss L kleiner werden, wenn die 
Spannungsdifferenz klein ist, da sonst der Strom zu langsam Energie 
nachliefert. (Steigt dagegen der Strom zu schnell, erhöht das den Ripple 
auf der Ausgangsspannung.) Für einen gleichen "Filterfrequenzgang" muss 
das Produkt L * (C8+C9) konstant bleiben. Eine Verkleinerung von L muss 
dann durch ein Vergrößern von C8 ausgeglichen werden. Detaillierte 
Erklärungen kann man in den Application Notes (besonders ausführlich in 
den Notes aus der Anfangszeit der Schaltregler) der Hersteller von 
Schaltreglern finden.

von Dom S. (sirsydom)


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Danke für eure Erklärung, auch wenn ich das mit dem Filterfrequenzgang 
nicht ganz verstanden habe.. also irgendwie schon die Spule und Cout 
bilden ein LC Filter..

Ich war jetzt bei:

Cin: 330uF / 50V (2A rated ripple current @100kHz)
L: 47uH / 3.5A (63mR)
COut: 330uF / 35V (2A rated ripple current @100kHz)

Und jetzt hab ich mal die Webbench angeschmissen, da kommen fantastische 
Werte raus.. 10uF und 4.7 uF.. und eine 68uH Spule.

Cin nur mit Kerkos.. wow.
Wobei 600mV Peak2Peak Ripple ist schon ordentlich. Eigentlich zuviel.

Komisch. Auch wenn ich 1% max Ripple vorgebe, ändert sich nichts. Und 
der Ripple bleibt...

: Bearbeitet durch User
von Dom S. (sirsydom)


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ich hab jetzt einfach mal in der webench 330µF Alu-Elkos mit 23mOhm als 
custom part eigesetzt und dann kommt als Ergebnis 13mV Ripple. Schon 
viel besser!

Was mich hier nur wundert. Er schlägt mir ja diverse Bauteile vor, alle 
mit einem ESR im Bereich 5-100mOhm. Wenn ich aber ein Custom Part 
anlege, warnt er mich, das Bauteil sollte im Bereich 1300-1700mOhm ESR 
liegen. Im DaBla steht ja, dass es ein low ESR sein soll für niedrigen 
Ripple, und bei EXTREM kleinen ESR aber Probleme gibt. Bin ich mit 
23mOhm schon im extrem Low?
Macht die Warnung Sinn ? 1.5Ohm ist doch kein Low ESR mehr....

von hinz (Gast)


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Nutze Spice!

von Dom S. (sirsydom)


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was sagt ihr zu dem Layout?
BOT ist druchgängig GND.

Referenzlayout ist zu quadratisch, das passt nicht wirklich.

von hinz (Gast)


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Dom S. schrieb:
> was sagt ihr zu dem Layout?

Ich hab den gröbsten Fehler korrigiert.

von Dom S. (sirsydom)


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solange man was korrigieren kann, ist es ja mal keine totale 
Katastrophe!

Aber ich verstehe deine Korrektur nicht (sicher).
Die Kontur der 5V-Fläche? Die "Treppenstufen"? Sollten die weg?
Oder soll die Fläche geteilt werden?
Oder soll noch eine 5V-Leitung auf BOT vom Pin zum C ?

von hinz (Gast)


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Dom S. schrieb:
> Oder soll die Fläche geteilt werden?

Ja.

von Dom S. (sirsydom)


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wenn du mir noch ganz knapp sagst warum dann hätte ich nicht nur den 
Fisch sondern was beim Fischen dazugelernt..

Im Referenzlayout hängen + vom COut und L auch in einer großen Fläche.

von hinz (Gast)


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Dom S. schrieb:
> wenn du mir noch ganz knapp sagst warum dann hätte ich nicht nur
> den
> Fisch sondern was beim Fischen dazugelernt..

Man darf den Spannungsabfall nicht mit messen, auch wenn der recht klein 
ist.


> Im Referenzlayout hängen + vom COut und L auch in einer großen Fläche.

Niemand hat gesagt, dass Datenblätter fehlerfrei sind.

von Dom S. (sirsydom)


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Ok, Danke für den Hinweis.
Ein relevanter Stromfluss zwischen Spule und GND vom LM findet ja 
sowieso nicht statt, sondern von der Spule zum C-OUT.

Die Masseflächen unter der Spule hab ich noch entfernt. Es kommt aber 
eine geschirmte (molded indcutor) Spule zum Einsatz.

: Bearbeitet durch User
von Dom S. (sirsydom)


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Ich hätte da nochmal ne Frage zum LM2596.
Wenn Sekundärseitig, z.B. durch eine zweite Spannungsquelle, mehr als 5V 
anliegen, was macht dann der LM2596?
Versucht der die Spannung auf 5V runterzuziehen, oder tut er einfach 
nichts mehr?

Ich hab schon versucht das zu googlen, aber mir fehlt der passende 
Suchbegriff.

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