Hallo zusammen, Ich lege gerade zu Übungszwecken meine ersten Schaltregler in Buck-Konfiguration aus. Das klappt soweit mithilfe der Datenblätter ganz gut, aber um sicher zu gehen, würde nochmal gern die Spulenauswahl mit euch durchgehen. Der MC34063A kommt mit einer ziemlich spezialisierten Formelsammlung. Hier wird > I_pk(switch) = 2*I_max angegeben (S. 16). Mit anderen Worten: wenn ich meinen Wandler für 1A Maximalstrom auslege, ist der Spitzenstrom durch den Switch doppelt so groß? Warum ist das so? Und bedeutet das, ich suche auch eine Spule mit 2A Nennstrom? Immerhin musst der gesamte Schalterstrom auch durch die Spule. Das Datenblatt vom RT8298 hingegen ist sparsamer mit Erklärungen. Hier liest es sich für mich so, als wäre eine normale Auslegung mit I_max + I_ripple ausreichend. Wie seht ihr das? Zum Kernwerkstoff schreibt Lothar http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler ganz unten, dass eine Spule mit Ferritkern essentiell ist. Meine erste Suche nach Leistungsinduktivitäten führt mich zu Datenblätter die von Kernmaterialien wie "Metal alloy Powder" oder "Carbonyl Powder Core" sprechen. Und Würth schreiben im Datenblatt zu ihrem "WE-PD SMT Shielded Power Inductor" gar nichts von Werkstoffen. Wie vermeide ich hier einen Griff ins Klo?
Ich würde sagen das ist der Sättigungsstrom. https://www.mouser.de/ProductDetail/Wurth-Elektronik/74479976210?qs=16w8nSHsg3sxFxGSRpW0Lg%3D%3D https://www.mouser.de/datasheet/2/445/74479976210-846654.pdf 1 uH, kann gut 1 A DC dauerhaft und aber kurzzeitig 2.4 A bis die Spule in Sättigung geht. Stimmt das oder liege ich falsch? Bisher habe ich das so angenommen und keine Probleme gehabt. Kleiner Tipp: Wenn du einen Regler mit höherer Schaltfrequenz nimmst, dann kannst du kleinere Spulen verwenden. Also kleineres Package.
A. S. schrieb: > Und Würth schreiben im Datenblatt zu > ihrem "WE-PD SMT Shielded Power Inductor" gar nichts von Werkstoffen. Kennst Du den Componenten Selector von Würth? Hier kannst Du mal nach Eingabe deiner Anforderungen die passende Induktivität anzeigen lassen. Wichtig ist auch, darauf zu achten wann der Sättigungsbereich der Spule beginnt.
A. S. schrieb: > Der MC34063A kommt mit einer ziemlich spezialisierten Formelsammlung. > Hier wird >> I_pk(switch) = 2*I_max > angegeben (S. 16). Mit anderen Worten: wenn ich meinen Wandler für 1A > Maximalstrom auslege, ist der Spitzenstrom durch den Switch doppelt so > groß? Warum ist das so? Und bedeutet das, ich suche auch eine Spule mit > 2A Nennstrom? Immerhin musst der gesamte Schalterstrom auch durch die > Spule. Du solltest dir mal anschauen, was ein Effektivwert ist. Nehmen wir als Beispiel einfach mal einen einfachen Widerstand, durch den ein rechteckförmiger Strom fließt. Anders gesagt, die Spannung am Widerstand wird immer wieder ein- und ausgeschaltet. Sowohl für "Spannung ein" als auch für "Spannung aus" sind die Zeiten exakt gleich lang. Jetzt nehme dir mal eine ganze Periode vor, also eine Zeit "Spannung ein" und eine Zeit mit "Spannung aus". Jetzt müßte sich doch ein konstanter Strom finden lassen, der über die gesamte Zeit die eine Rechteckperiode dauert, die gleiche Energie um Widerstand umsetzt. Das wäre der Effektivstrom. Anderes Beispiel: Du kannst mit deinem Auto auf gerader, ebener Strecke eine konstante mittlere Geschwindigkeit fahren, wenn du das Gaspedal auf einer mittleren Stellung konstant hälst. Die gleiche Geschwindigkeit kannst du näherungsweise auch fahren, wenn du abwechselnd zwischen Leerlauf und Vollgas wechselst. Das Auto wird dabei geringfügig langsamer und wieder schneller - je nach dem wie schnell du mit dem Treten am Gaspedal bist - fährt im Mittel aber mit dergleichen Geschwindigkeit. Das wäre die effektive Geschwindigkeit. Dein Schaltregler macht im Prinzip nichts anderes: Spannung hart an oder hart aus, der Strom fließt dank der Induktivität jedoch nocht hart mit, sondern steigt (relativ) langsam an oder fällt langsam wieder ab. Deshalb fließt durch die Spule kurzzeitig weitaus mehr Strom als im Mittel am Ausgang. Dank der Glättungskapazität am Ausgang merkst du davon jedoch nur noch wenig. Ein wenig macht sich von den Schaltvorgängen am Ausgang jedoch als Spannungsrippel bemerkbar. Der Wärme, die aufgrund des Stromflusses entsteht, ist direkt proportional zum fließenden Strom. Und deshalb kann man sich die Berechnung der Erwärmung mit dem Effektivstrom sehr schön vereinfachen. Es gibt auch so etwas wie einen thermischen Tiefpass, deshalb funktioniert das gut. Anders sieht es mit den feldführenden Teilen der Induktivität aus. Die Induktivität speichert ja Energie in ihrem Magnetfeld, und die Kernmaterialien vertragen nur eine gewisse maximale Felddichte. Daher kann die Induktivität nur eine begrenzte Menge Energie aufnehmen. Geht man über das Maximum hinaus, wird einfach nur der Kern warm. Der Strom, bei dem dies erreicht wird, ist der sogenannte Sättigungsstrom. Die Stromspitzen sollten den Sättigungsstrom nicht überschreiten.
> Die Stromspitzen sollten den Sättigungsstrom nicht überschreiten. Und für den MC34063A weiß man, dass dieser Spitzenstrom eben 2*I_Max ist? Und für den RT8298 gibt es keine Angabe, also muss ich schätzen?
Interessant ist der Ripplestrom, der ist abhängig von Schaltfrequenz und Induktivität. Dein maximaler Spulenstrom ist der Strom den du im Mittel rausziehst plus den Ripplestrom. Zu beachten ist das die Induktivität mit zunehmendem Strom geringer wird.
A. S. schrieb: > Mit anderen Worten: wenn ich meinen Wandler für 1A > Maximalstrom auslege, ist der Spitzenstrom durch den Switch doppelt so > groß? Warum ist das so? Wenn der Transistor eingeschaltet ist fließt kein Strom in den Ausgang. Das Verhältnis Dauer- Spitzenstrom hängt auch vom Verhältnis Eingangs- Ausgangsspannung ab. A. S. schrieb: > Und für den RT8298 gibt es keine Angabe, also muss ich schätzen? Nein, da kannst Du auch rechnen. Zum besseren Verständnis der Materie empfehle ich Dir ein Oszilloskop und Experimentierfreude. Das hat jedenfalls mir mehr geholfen als alle Erklärungen von Fachleuten in ihrer Fachsprache.
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A. S. schrieb: > Und für den MC34063A weiß man, dass dieser Spitzenstrom eben 2*I_Max > ist? Ich denke, es geht nicht um spezielle Eigenschaften des MC34063 sondern einfach nur darum, wie groß generell beim Buck das Verhältnis von mittlerem Ausgangsstrom zu maximalen Momentantwert werden kann. Weil beim Buck der Strom durch die Spule annähernd dreiecksförmig verläuft, ist der größte Faktor, der dabei auftreten kann, eben 2. Wenn der dreieckförmige Stromverlauf in der Off-Phase des Transistors bis auf Null heruntergeht, dann ist der Spitzenwert des Stroms grade zwei mal dem Mittelwert. Wenn der Strom in der Off-Phase nicht bis auf 0 absinkt, dann ist das Verhältnis von Spitzenwert zu Mittelwert kleiner als 2. (siehe Beispielsimu im Anhang)
Die Spule darf auch beim Spitzenstrom nicht in die Sättigung laufen, ergo brauchst Du eine mit Isat>=2A. Der MC34063 ist einer der ältestesten, billigsten - und schlechtesten Wandler. Ein Alptraum für jeden Anfänger.
A. S. schrieb: > Der MC34063A kommt mit einer ziemlich spezialisierten Formelsammlung. > Hier wird >> I_pk(switch) = 2*I_max > angegeben (S. 16). Mit anderen Worten: wenn ich meinen Wandler für 1A > Maximalstrom auslege, ist der Spitzenstrom durch den Switch doppelt so > groß? Warum ist das so? Und bedeutet das, ich suche auch eine Spule mit > 2A Nennstrom? Immerhin musst der gesamte Schalterstrom auch durch die > Spule. Die Formel ist... Nicht falsch aber... Du solltest zuerst d_IL wählen. Gute Wert ist zwischen 20% und 40% von I_Last_max. I_Max wird dann entsprechend I_Last_max + d_IL/2. I_L_Sättigung sollte größer sein. Und so ca. 20% über I_Max, aber weniger als I_L_Sättigung sollte Rsc sein. Wenn du aber I_pk(switch) = 2*I_max nimmst, machst du nichts falsch. Lieber etwas zu viel als zu wenig. MC34063A ist vorgestrig, aber für Anfang ist OK. MC34063A arbeitet prinzipbedingt so, daß Ausgangsspannung etwas Puls haben muß, anders funktioniert sie nicht. Deshalb sollte C_out etwas ESR haben, lieber keine Keramik. Will man weniger Puls, dann braucht man danach noch LC-Filter (außerhalb von FB). Was Nennstrom und Sättigungsstrom betrifft... Nennstrom wird wegen Wärme gegeben, Sättigungsstrom sagt wann Sättigung beginnt. Pulsstrom sollte Sättigungsstrom nicht überschreiten. I_rms sollte Nennstrom nicht überschreiten. A. S. schrieb: > Zum Kernwerkstoff schreibt .... eine Spule mit Ferritkern essentiell ist. Für Frequenzbereich, wo MC34063A arbeitet, ist Kernmaterial nicht von Bedeutung.
A. S. schrieb: > I_pk(switch) = 2*I_max > I_max + I_ripple ausreichend. > Wie seht ihr das? Verschiedene Betriebsarten. Der MC34063A ist dem Prinzip nach für lückenden Betrieb konzipiert, d.h. der Spulenstrom fällt in jedem Zyklus auf 0 (*). Die meisten anderen Schaltregler arbeiten beim Auslegungsstrom kontinuierlich, d.h. der Spulenstrom pendelt nur in einem Bereich von zig%, fällt nicht auf 0. Erst bei geringer Last arbeiten diese Regler ebenfalls lückend. Folge: Bei sonst gleichen Randbedingungen kommt der MC mit einer deutlich geringeren Induktivität aus, dafür aber mit höherer Sättigungsgrenze. *: In der Praxis kann das deutlich komplizierter sein, weil je nach Randbedingungen ein Strom-Zyklus mit weit niedrigerer Frequenz mitmischen kann.
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so langsam fügt sich ein Bild zusammen. Danke! Welchen Regler würdet ihr mir denn statt dem MC34063A empfehlen, da der zu altmodisch ist? Eingang: 9...24V Ausgang: 7.5V Ausgangsstrom: 0...750mA
A. S. schrieb: >> I_pk(switch) = 2*I_max >> angegeben (S. 16). Mit anderen Worten: wenn ich meinen Wandler für 1A >> Maximalstrom auslege, ist der Spitzenstrom durch den Switch doppelt so >> groß? Warum ist das so? Und bedeutet das, ich suche auch eine Spule mit >> 2A Nennstrom? Ja, weil der MC34063 ein diskontinuierlicher Regler ist. Der Strom soll in jedem Zyklzzs immer wieder auf 0 fallen. Aber er schafft nur 1.5A. > Immerhin musst der gesamte Schalterstrom auch durch die >> Spule. > Das Datenblatt vom RT8298 hingegen ist sparsamer mit Erklärungen. Hier > liest es sich für mich so, als wäre eine normale Auslegung mit I_max + > I_ripple ausreichend. Jain. Im Normalbetrieb ja. Aber bei Kurzschluss oder im Einschaltmoment wenn Ausgangselkos aufgeladen werden müssen kann der Strom bis High-Side Switch Current Limit BOOT SW = 4.8V -- 10 -- A steigen, und das auch nur typisch, ein Maximalwert ist nicht angegeben. Die Dpule darf bei dem Strom noch nicht ihre Induktivität völlig verlieren, 50% wäre ok. > Wie seht ihr das ? Der MC34063 ist also wesentlich pflegeleichter: man stellt den Maximalstrom durch die Spule mit Rsc auf genau den Wert ein den die Spule verträgt, und muss nicht eine eventuell für den Normalbetrieb gnadenlos überdimensionierte Spule verwenden, bloss weil der doofe Regler keine Einstellung des Werts erlaubt. Ganz zu schweigen dass 10A mit 600jHz bei 2,2uH absolut nicht Anfängertauglich sind, da werden schon Profis Probleme haben, zumal mit dem blöden externen SynchrongleichrichterMOSFET. > Zum Kernwerkstoff schreibt Lothar > http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler ganz > unten, dass eine Spule mit Ferritkern essentiell ist. > Meine erste Suche nach Leistungsinduktivitäten führt mich zu > Datenblätter die von Kernmaterialien wie "Metal alloy Powder" oder > "Carbonyl Powder Core" sprechen. Und Würth schreiben im Datenblatt zu > ihrem "WE-PD SMT Shielded Power Inductor" gar nichts von Werkstoffen. > Wie vermeide ich hier einen Griff ins Klo? Ferrit ist für den Koppeltrafo eines Flusswandlers oder als Topf/E-Kern mit Luftspalt ok, jedoch als Ringkern bei Sperrwandletn braucht man Eisenpulverkerne mit distributed AirGap.
Achim S. schrieb: > Weil beim Buck der Strom durch die Spule annähernd dreiecksförmig > verläuft, ist der größte Faktor, der dabei auftreten kann, eben 2. Übrigens nicht nur beim Buck. (prx) A. K. schrieb: > Der MC34063A ist dem Prinzip nach für lückenden Betrieb konzipiert Exakt an der Grenze zum Lückbetrieb ist der Faktor eben genau 2, weil "sich unten gerade noch berührende, allerdings nicht(!) überlappende" Strom-Dreiecke nun einmal zweifache Höhe des Mittelwerts/Ausgangsstrom haben dann. Bei größeren Lücken aber steigt der Effektivwert an. Im kontinuierlichen Modus hat man praktisch eine "Überlappung" - und der mittl. Ausgangsstrom = Höhe der Überlappung + 1/2*Höhe der Dreiecke. Die Überlappung bildet einen kontinuierlichen Gleichstrom-Fluß, daher auch dieser Name. Die Mehrheit der Regler arbeitet deshalb im kont. Modus(#), weil das den effektiven Stromripple, und deswegen die nötige Spulen- und auch Elko-Baugröße sowie auch die nötige Stromtragfähigkeit der Schalter minimiert. (#: Außer bei gering(st)er Last. Um auch dort den Modus beizubehalten, kann man einen Synchronwandler mit einer Wahlmöglichkeit für den sog. "Forced Continuous Mode" ("Zwangs-kontinuierlicher Modus") benutzen. Solche können immer im kont. Modus arbeiten, was best. Vorteile bzgl. Dynamik (Ausregel-Geschwindigkeit von Last- oder U_ein- Variationen) hat - zum Preis von "unnötigerweise hin-und-her-geschubstem Strom".) Bzgl. Auswahl des MC34063 könnte man einerseits sagen, daß er nicht so anfängerfreundlich sein mag - andererseits ist die niedrige Frequenz mit gewissen Vorteilen verbunden (Layout/Teile ziemlich unkritisch). Ein Feature mit einstellbarem Spitzenstromlimit haben auch leider - wie auch MaWin schon andeutete - wirklich nicht viele modernere ICs. Der ("uralte"/"lange überholte") MC34063 ist nicht so elend schlecht, aber man muß etwas genauer hinsehen, als bei einem "Simple Switcher". Tut man das, steht einer Nutzung nichts entgegen. Außer man hat seine Prioritäten woanders, z.B. "möglichst klein", was oben jemand als den Vorteil hochfrequenter schaltender Wandler darlegte. Mit der höheren Schaltfrequenz muß man aber auch erst mal umgehen können (Layout und passive Bauteile passend gestalten/aussuchen). Wo Deine Prioritäten liegen, weiß man angesichts Deiner angegebenen zwei völlig versch. Beispiele ja leider nicht ansatzweise.
A. S. schrieb: > Welchen Regler würdet ihr mir denn statt dem MC34063A empfehlen, da der > zu altmodisch ist? > Eingang: 9...24V > Ausgang: 7.5V > Ausgangsstrom: 0...750mA Chinesische XL4005 paßt sehr gut. Ich habe schon viele eingebaut, immer wenn keine Spitzenwerte gewünscht sind, und wo alles einfach sein sollte. Nichts Überflüssiges. Für Takt braucht man nichts. Nur Drossel und FB-Teiler, evtl mit einem Kondensator parallel zu "oberen" Widerstand. Wie auch in Datenblatt steht. XL4005 ist so wie Buck-Pendant für XL6009. Ich sehe bei XL4005 praktisch nur zwei Nachteile: 1. arbeitet mit Schottky-Diode, nicht synchron. Deshalb etwas schlechtere Wirkungsgrad als bei besten IC heute. 2. Paßt für ZETA nicht, nur für Buck. Für ZETA braucht man etwas mit externen P-MOSFET. Mit MC34063A kann man ZETA machen. Wenn etwas mit genau definierbarer Strombegrenzung und externen P-MOSFET gewünscht: TS2581. Auch für ZETA. Nachteil: 100 kHz, für heute zu wenig. MaWin schrieb: > Ferrit ist für den Koppeltrafo eines Flusswandlers oder als Topf/E-Kern > mit Luftspalt ok, jedoch als Ringkern bei Sperrwandletn braucht man > Eisenpulverkerne mit distributed AirGap. Früher habe ich auch mit Ferritring oft Speicherdrossel gemacht. Man sollte Ring einkerben, brechen und mit einer Zwischenlage aus PCB-Stoff wieder zusammen leimen. Mit einem einfachen L-Meter kann man dann Induktivität einstimmen. So ca. 0,5...0,8 mm Spalt paßt meistens gut. Heute habe ich drei LTC3119 bekommen. Das ist schon was wirklich Interessantes! Aber wohl nicht für absoluten Anfänger... Z.Z. spiele ich mit SEPIC und ZETA. Nun vergleiche ich die auch mit "Synchronous Buck-Boost"... ich bin sehr gespannt...
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Anselm schrieb: > Zum Bleistift dem LM2596 danke, dann seh ich mir den mal an! MaWin schrieb: > 10 -- A > ... > und das auch nur typisch, ein Maximalwert ist nicht angegeben. > Die Spule darf bei dem Strom noch nicht ihre Induktivität völlig > verlieren, 50% wäre ok. hm, ich hatte bisher eine Spule mit Nennstrom 10A und Sättigung 12A ausgewählt und dachte, da hätte ich genug Luft. Vielleicht tausche ich die nochmal, wenn ihr meint dass das knapp ist. Andererseits hat die Bourns SRP1265C-220M laut Datenblatt tatsächlich noch bei 14A über die Hälfte Induktivität - das obwohl die 22µH eher großzügig gewählt sind. Vielleicht geht das also doch? Oder riskiere ich permanente Schäden über 12A? Etwas in der Art habe ich hier im Forum mal irgendwo aufgeschnappt. MaWin schrieb: > ...und muss nicht eine eventuell für den Normalbetrieb > gnadenlos überdimensionierte Spule verwenden, bloss weil der doofe > Regler keine Einstellung des Werts erlaubt. Da im Datenblatt des RT8298 von einem "Current mode" gesprochen wird, dachte ich eigentlich, der macht genau das gleiche intern. Und siehe da, laut "Ersatzschaltbild" auf Seite 4 wird tatsächlich an einem Shunt der Strom gemessen. Warum wäre das Overshoot-Verhalten über das Limit hinaus anders zu erwarten als beim MC? Aber klar, 10A Limit sind natürlich hoch gewählt, dafür dass im SOP8-Gehäuse nur pi-mal-Daumen 4.5A-5A erlaubt sind. > Ganz zu schweigen dass 10A > mit 600jHz bei 2,2uH absolut nicht Anfängertauglich sind, da werden > schon Profis Probleme haben, zumal mit dem blöden externen > SynchrongleichrichterMOSFET. Welche zusätzlichen Herausforderungen kommen hier gegenüber dem MC dazu? Klar, beim Layout muss man noch vorsichtiger sein, aber da hätte ich gehofft, hier im Forum einige Iterationen zu machen, bis das einigermaßen passt. Das Thema MOSFET habe ich mir tatsächlich einfach vorgestellt. Dann öffne ich zu der Frage noch einen extra-Post. Versuchen würde ich es schon gerne "mit", denn die Verlustleistung wäre für mich durchaus ein Thema, das es lohnt zu betrachten. MaWin schrieb: > Ferrit ... Eisenpulverkerne mit distributed AirGap. Das liest sich jetzt als wären die Pulverkerne eigentlich sogar "besser" für mein Vorhaben. Aber vielleicht verstehe ich das ja gerade falsch? Einen Luftspalt hat meine gewählte Spule jedenfalls nicht. Wäre das doch wichtig? Eine galvanische Trennung habe ich in diesem Versuch jedenfalls nicht vorgesehen, für den Fall, dass das nicht klar war. bkp schrieb: > Mit der höheren > Schaltfrequenz muß man aber auch erst mal umgehen können (Layout und > passive Bauteile passend gestalten/aussuchen). Ah, hier haben wir also noch eine Herausforderung: Bauteilewahl. Ich dachte, ich kann mich einfach an das Datenblatt halten und nur offene Fragen hier klären. Gibt es irgendwelche Geheimnisse? Was ist anders als bei "einfacheren" Schaltreglern? bkp schrieb: > Wo Deine Prioritäten liegen, weiß man angesichts Deiner angegebenen > zwei völlig versch. Beispiele ja leider nicht ansatzweise. Verständlich. Wie gesagt: ich mache gerade ein Testboard. Das enhält einige Backup-Pläne, da immer irgendwas nicht funktioniert, und daher gibt es ein paar verschiedene Varianten, wie die Regler zu benutzen wären. Mein "Plan A" ist aber, im Idealfall den RT als Spannungsquelle für weitere spätere Projekte zu nutzen (daher auch die ~5A). Der MC hingegen sollte die Versorgung für das Board selbst werden und viele LED-Anzeigen speisen, da ein 7805 mit der Aufgabe, von 24V ausgehend 8-15W zu verbraten, überfordert wäre. Ich werde also mehrere DCDC-Layouts auf der selben Platine aufbauen, in der Hoffnung, dass wenigstens irgendetwas funktioniert. So ist auch die Chance größer, etwas zu lernen Maxim B. schrieb: > XL4005 Den werde ich mir ebenfalls ansehen. Danke!
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Du schreibst oben was von 750mA und nimmst eine 10A Induktivität?? Hier ist immer nett um sich mal die Zusammenhänge klarzumachen: http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/smps.html Oder du nimmst z.b. Webench von Ti
weiterlesen Ich nehme für den MC, der für 750mA ausgelegt ist eine 1.5A Induktivität - wie im Datenblatt beschrieben. Und für den RT8298 und für 5A Dauerstrom eine Induktivität mit 10A und 12A Sättigung. Ich nahm an, damit großzügig auszulegen, aber offensichtlich habe ich das gar nicht, sondern bin eher in einem sinnvollen Rahmen? so falsch scheine ich damit jedenfalls nicht zu liegen
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Lieber zu viel Isat als zu wenig. Ansonsten ist Datasheet für RT8298 ausreichend informativ.
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