Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Umgehen eines Spannungsregulators wenn Eingangsspannung/Ausgangspannung zu niedrig


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von Daniel D. (darath)


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Guten Tag,

Ich bin auf der Suche nach der Möglichkeit einen Spannungsregulator zu 
umgehen, wenn die Eingangsspannung bzw. die regulierte Ausgangsspannung 
zu gering wird. Als Werte habe ich folgende :
V_in = 12/24VDC, V_out = 12V, I_outmax = 8A

Aktuell regle ich die Spannung über einen Buck Konverter von 24V auf 
12V, was auch gut funktioniert. Würde aber zusätzlich gerne die 
Möglichkeit haben ein 12V Netzteil als Eingangsspannung zu nutzen.
Die Möglichkeiten die mir bereits eingefallen sind aber nicht gefallen 
ist:
1) Buck-Boost - Funktioniert, aber ich will die 12V nicht unnötig 
regeln. Es reicht, wenn Vin = Vout wird.
2) Buck mit PMOS und 100% Duty Cycle - Habe ich versucht ein paar mal zu 
simulieren z.B. mit einem LM25085MY von TI. Leider finde ich hier die 
Regelung von 24-12V schon schlechter als mit NMOS, dazu wird bei 100% 
Duty Cycle die Vin immer noch durch den PFET und die Spule geschoben was 
einen recht größeren Verlust hervorbringt (~-0.2 - -0.4V)

Gerne würde ich hier einen anderen Weg versuchen und zwar wenn Vin - 
Vout < 12V, soll ein Schalter umgelegt werden der den Regulator 
ausschaltet und die Eingangsspannung auf Vout legt. Der Schalter soll 
darauf auch umgeschaltet bleiben erst wenn die Spannungsversorgung 
getrennt wird soll alles auf Ursprung. Hier hakt es aber an mir, da ich 
nicht so richtig die nötigen IC's finde (wegen mangelnder Erfahrung)

Versucht habe ich mal ein "Schaltplan" erstellt der das in etwa 
nachstellen soll.

Vielen Dank und mit freundlichen Grüßen
Darath

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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12/24V o---+--XXXX---+  Relais 24V
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           |         |
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           +---|<|---+  1N4148
4
           |         |
5
          |~|        |   
6
   10kΩ   |_|        |
7
           |       |/ 
8
           +-------|    BC337-40
9
           |       |\>
10
   470Ω   |~|        |
11
          |_|        |
12
           |         |
13
GND o------+---------+

12V -> Relais aus, Spannungswandler wird umgangen
24V -> Relais an, Spannungswandler wird verwendet

: Bearbeitet durch User
von Helmut Hungerland (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> 24V -> Relais an, Spannungswandler wird verwendet

Dann könnte man auch einfach nur eine 12V Z-Diode in Serie zu einem 12V 
Relais schalten.

Das Problem ist aber, dass das Relais aufgrund seiner mechanischen 
Trägheit etwa 100ms später anzieht und in dieser Zeit der Verbraucher 
24V sieht. Man könnte Stefans Schaltung noch mit einem Inverter 
erweitern. Dann ist die Schaltung auch Fail Save.

C1 = 100uF (könnte man auch weglassen).

von No Y. (noy)


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Wie wäre es mit einem modernen Regler der auch 100% kann und intern 
einen NMOS verwendet???

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Helmut Hungerland schrieb:
> Dann könnte man auch einfach nur eine 12V Z-Diode in Serie zu einem 12V
> Relais schalten.

Stimmt.

> Das Problem ist aber, dass das Relais aufgrund seiner mechanischen
> Trägheit etwa 100ms später anzieht und in dieser Zeit der Verbraucher
> 24V sieht.

Sch.... daran habe ich nicht gedacht. Übler Fehler.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #6678267 wurde vom Autor gelöscht.
von Daniel D. (darath)


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Helmut Hungerland schrieb:
> Stefan ⛄ F. schrieb:
>> 24V -> Relais an, Spannungswandler wird verwendet
>
> Dann könnte man auch einfach nur eine 12V Z-Diode in Serie zu einem 12V
> Relais schalten.
>
> Das Problem ist aber, dass das Relais aufgrund seiner mechanischen
> Trägheit etwa 100ms später anzieht und in dieser Zeit der Verbraucher
> 24V sieht. Man könnte Stefans Schaltung noch mit einem Inverter
> erweitern. Dann ist die Schaltung auch Fail Save.
>
> C1 = 100uF (könnte man auch weglassen).

Hallo,

Danke für die Antworten. Ich hab mir versucht das mal in Spice 
nachzustellen um das etwas zu verstehen. Leider komme ich nicht 
dahinter. (Ich habe mal ein Voltage Controlled Switch gemacht der bei 
24Vdc schaltet als Relais, R7 ist mein LOAD)

Bei 24Vdc ist alles gut, aber bei 12VDC kommt nichts bei meinem Load an 
?
Was habe ich da falsch gemacht ?

Vielen Dank !

EDIT: Die ersten beiden Bilder waren falsch.

: Bearbeitet durch User
von Helmut Hungerland (Gast)


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Du hast die Basis von Q2 gegen GND kurzgeschlossen!

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ich kann in der Schaltung keinen Sinn erkennen. Q2 soll vermutlich das 
Relais schalten, aber warum ist er dann nicht mit der Spule des Relais 
verbunden?

Ich würde die Idee mit der Umschaltung generell verwendet, weil

Helmut Hungerland schrieb:
> Das Problem ist aber, dass das Relais aufgrund seiner mechanischen
> Trägheit etwa 100ms später anzieht

oder abfällt. So oder so schaltetet es verzögert.

von Helmut Hungerland (Gast)


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Und wieso fallen auf Bild 2 (6,02 KB) am Kollektor von Q3 24V ab? Da 
sollten eigentlich fast 0V abfallen! Was hast du denn für eine Z-Diode 
eingesetzt?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Was du wirklich brauchst ist ein Buck-Boost Converter, der die Spannung 
ohne externe Umschaltung auf 12V wandeln kann, egal ob die 
Eingangsspannung nun höher oder niedriger oder gleich ist.

https://www.elektroniknet.de/power/power-management/ueber-traditionelle-stromversorgungs-designs-hinaus.155936.html

: Bearbeitet durch User
von Daniel D. (darath)


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Ja stimmt Zener war auch falsch, habs etwas umgestellt. Jetzt sollte es 
gehen.
Zu dem Buck-Boost. Ist das wirklich besser? Immerhin müsste ich ein 
deutlich kompliziertere Schaltung und mehr Bauteile benötige um 12V auf 
12V zu schalten ?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Daniel D. schrieb:
> Ist das wirklich besser?

Auf jeden Fall, weil die Umschaltung durch das Relais völlig 
inakzeptabel ist.

Beim Wechsel von 12V nach 24V wird die Relaisschaltung deine Last mit 
doppelter Spannung grillen. Völlig egal wie ausgefuchst du die 
Ansteuerung des Relais gestaltest.

von Daniel D. (darath)


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Na gut dann schaue ich mal da weiter. Mit Buck-Boost habe ich wirklich 
noch 0% Erfahrung gemacht weswegen ich sie vermeiden wollte.

Habe hier mal zwei von TI generierten Designs für meinen Arbeitsbereich 
gewählt.
Kann man mit den arbeiten ?
Der erste ist ein VIN Synchronous 4-Switch Buck-Boost Controller
Der zweite ein Current Mode Non-Synchronous Buck-Boost Controller

Was ist hier besser, synchron oder nicht synchron ?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Daniel D. schrieb:
> Habe hier mal zwei von TI generierten Designs für meinen Arbeitsbereich
> gewählt.

Ich würde ein fertiges Modul verwenden, da auch ich keine Erfahrung mit 
dem Design von Spannungswandlern habe.

von A. S. (rava)


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Früher hatten z.B. PC-Netzteile einen Schalter, um zwischen 115V und 
230V zu wechseln. Ein Netzteil hat mich das gekostet, dann kannte ich 
das Prinzip.

Aber vielleicht ist für dich ja ein Schalter eine gute Wahl? 
Idealerweise mit zwei verschiedenen Eingangsbuchsen, um versehentliches 
Verstöpseln zu vermeiden?

von Daniel D. (darath)


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A. S. schrieb:
> Früher hatten z.B. PC-Netzteile einen Schalter, um zwischen 115V
> und
> 230V zu wechseln. Ein Netzteil hat mich das gekostet, dann kannte ich
> das Prinzip.
>
> Aber vielleicht ist für dich ja ein Schalter eine gute Wahl?
> Idealerweise mit zwei verschiedenen Eingangsbuchsen, um versehentliches
> Verstöpseln zu vermeiden?

Das wäre für mich persönlich auch die schönste Lösung Schalter oder 
Jumper, bzw. 2 Einganggsbuchsen - Aber von oben kommt der Wunsch, dass 
der "dumme" User sich keine Sorgen machen muss wenn er was einsteckt.
Diese Variante wäre natürlich deutlich effektiver, da man sich vieeeel 
weniger machen muss und einfach nur einen Buck reinhaut. Auch bisschen 
Kostengünstiger und kleiner. Aber man macht ja was der Projektgeber so 
verlangt.

von Rainer V. (a_zip)


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Daniel D. schrieb:
> Das wäre für mich persönlich auch die schönste Lösung Schalter oder
> Jumper, bzw. 2 Einganggsbuchsen - Aber

Manchmal kann man "Oben" schon davon überzeugen, dass das gewünschte 
Feature nur mit einem erheblichen Mehraufwand zu realisieren ist! Einen 
Versuch ist es allemal wert :-)
Gruß Rainer

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