Hallo, Ich benötige bezüglich einen kleinen Projekt (Solar-leuchte) einen Step up converter. Vin von meinen Boost-Convertert: ~ 2,1 - 2,8 V Vout soll stromgeregelt sein. Es soll immer 9mA durch die LEDs fließen. Vout = 0,009mA * 20 Ohm + 3 * (3,2V) [LED] = 9,78V Der FET(ZXM61N02F) wird über den MSP430G2553 angesteuert, der mit einer Systemfrequenz von 6MHz läuft. Nur habe ich dazu ein paar Grundlegende Fragen, die ich so noch niergends gefunden habe: 1) Welche Taktfrequenz ist für einen Hochsetzsteller üblich beziehungsweise wäre bei dem MSP430 200KHz noch möglich? Ist es besser Niedrigere Frequenzun zu wählen? 2) wie wähle ich die Richtige Induktivität dazu aus? Formel zum errechnen des Wertes finde ich (*Quelle: https://home.zhaw.ch/kunr/Elektronik2/Slides/DC_DC.pdf) Aber finde ich dann die passende Induktivität dazu? Ich dachte an diese hier: https://at.farnell.com/murata/lqh43cn221k03l/induktivit-t-220-h-10-1812/dp/1515466?ost=1515466 Aber ich habe keine Ahnung ob die passt bzw nach welchen kriterien man die Induktivität aussuchen soll? Wäre dankbar wenn mir hier wer weiterhelfen könnte. Vielen Dank ;)
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Die Anwendung ist relativ unkritisch was die Dimensionierung des Wandlers betrifft. Ein Lücken des Wandler über 100Hz spielt keine Rolle,weil das Auge viel zu träge ist. Einzig kritisch, beim Experimentieren, wäre ein zu langes "Aufladen" der Induktivität (FET leitend), da die Induktivitat in die Sättigung gehen würde und der Strom zu hohe Werte annehmen würde. Daher beim Testen statt Akkus einen Labornetzteil verwenden und den Strom begrenzen. Eigentlich brauchen die Leuchtdioden Strom für den Betrieb. Daher würde es sich anbieten die Speicherdrossel als Stromquelle zu benutzen. Man könnte auf C7 und auf einen Vorwiderstand für die LEDs verzichten. Der Rippel spielt für die LEDs keine Rolle. Beim Durchschalten des FETs steigt der Strom durch die Speicherdrossel an. Die Speicherdrossel wird "Aufgeladen". Wird der FET gesperrt, dann entlädt sich die Speicherdrossel über die Speicherdrossel. Die LEDs wirken wie Freilaufdioden bei einem Relais. Der Strom, der unmittelbar nach dem sperren des FETs fließt ist gleich dem vor dem sperren des FETs beim "Aufladen". Also würde ich den Anschlus 2 des FETs statt direkt auf GND zu legen über den Shunt R7 gegen schalten. Damit kann man nicht nur den Strom uber die LEDs messen, sondern auch den Strom beim "Aufladen" der Speicherdrossel. Die LEDs bekommen Strom nur wenn der FET gesperrt wird. Der Vorgang wird so schnell durchgeführt, dass das Auge das Flackern nicht mehr wahr nimmt. Das bedeutet, dass der FET solange durchgesteuert wird, bis der maxmale Strom, der später durch die LEDs fließen soll erreicht wird. Der FET bleibt dann solange gesperrt, bis der Strom durch die LEDs den Minimalwert erreicht hat. Da die LEDs einen höheren Pulsstrom vertragen kann der Strom erhöht werden (erleichtert die Messung des Stromes). Gepulste LEDs haben einen besseren Wirmungsgrad. Auch der Verzicht auf C7 erhöht den Wirkungsgrad. **Zur Dimmensionierung der Speicherdrossel** : - die Umschaltfrequenz wird mit abnehmender Induktivität größer - die Speicherdrossel darf beim maximalen Strom nicht in die Sättigung gehen, ansonst sinkt der Wirkungsgrad. **Zur Software** : Den ADC würde ich über Interrupts steueren und je nach Schaltphase des FETs und Strommessergebnis den Zustand des FETs ändern. In großeren Zeitabständen kann die Messung der Akkuspannung eingeschoben werden. Ist die Versorgungspannung zu klein, dann kann der FET-Umschaltezyklus gestoppt und nur mehr in größeren Abstanden der Akku überwacht werden, um eine Tiefentladung zu vermeiden. Zusätzlich kann Strom gespart werden, indem der CPU-Takt reduziert wird. Die Reaktionsdauer für den FET-Umschaltezylus ist kein Problem, da der ADC bis zu 200k Messungen pro Sekunde durchführen kann. Vielleicht kann man den CPU-Takt generell heruntersetzen.
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Gerald K. schrieb: > Gepulste LEDs haben einen besseren Wirmungsgrad. > Auch der Verzicht auf C7 erhöht den Wirkungsgrad. So ist es nicht ganz richtig. a) Wenn eine LED einen Leckstrom von 50µA hat und mit 0,1mA Dauerstrom betrieben wird, dann wäre natürlich der Wirkungsgrad mit einer PWM, Tastverhältnis 25% mit 0,4mA (entspricht einem Durchschnittswert von 0,1mA) natürlich einen besseren Wirkungsgrad, wenn auf C7 verzichtet würde. b) Befindet man sich aber weit entfernt vom Leckstrom, nimmt mit zunehmenden Strom der Wirkungsgrad lm/W ab. Habe eine LED bei 50mA 120lm/W, 100mA 110lm/W, 150mA 100lm/W, wäre bei einem Rippel, dreiecksförmig schwankend zwischen 50...150mA wuerde sich ein effektiver Durchschnittwert von rund 106lm/W ergeben. Geglättet mit einem Kondensator würden sich 109...110lm/W ergeben. c) Aber sowohl Drossel, wie auch Kondensator sind keine idealen Bauteile und ein Kondensator altert, d.h. verliert seinen Low ESR und vergrößert die Verluste. Daher ist es sinnvoll bei der Drossel, dem deutlich verschleißärmeren Bauteil nicht zu sparen, d.h. die Induktivität nicht zu klein zu wählen. Der Ripple beim nichtlückenden Betrieb wird dadurch geringer und auf den Elko kann verzichtet werden ohne Einbußen am Wirkungsgrad.
Dieter D. schrieb: > Der Ripple beim nichtlückenden Betrieb wird dadurch geringer und auf den > Elko kann verzichtet werden ohne Einbußen am Wirkungsgrad. Der Lückende Betrieb wird nur durch Kondensator verhindert, da bei durchgeschalteten FET die Spannung vor der Schottkydiode kurzgeschlossen wird. Auf der anderen Seite kann aus dem Kondensator nicht viel Energie entnommen werden, da der Widerstand der LEDs sehr klein ist und schon bei einem geringen Span,ungsabfall die Diden keinen Strom mehr aufnehmen. PS: beim Betrieb mit Speicherdrossel als Stromquelle kann man nicht nur auf C7 sondern auch die Schottkydiode verzichten. Ohne Kondensatur gibt es bei leitendem FET keinen Entadestrom. Damt steigert sich der Wirkungsgrad noch einmal, da es keinen Spannungsabfall auf der Schottkydiode gibt.
Erstens: Du kannst natürlich einen Step-Up von einem µC aus betreiben - aber wenn dann würde man schlicht und einfach Frequenz, (maximalen für Dimmöglichkeit o. festen ohne diese Möglichkeit) Tastgrad und Drossel so aufeinander abstimmen, daß der gewünschte Strom entw. im Mittel eingehalten wird, oder - =konservativer - nicht überschritten wird (= 9mA Drosselspitzenstrom), wobei auf einen Ausgangskondensator verzichtet wird, der Drosselstrom kann und darf natürlich trotzdem nicht lücken (dazu wird die L hoch genug ausgesucht - hier wohl ca. im niedrigen einstelligen mH Bereich und mit nur geringem Strom (dem Spitzenstrom eben) als nötigem Wert "I_sat" sowie dem Effektivstrom als "I_DC" bzw. "I_thermisch". Ist Deine "weiße LED" ein Einzel-Emitter mit rund 4V Flußspannung, ist so ein Boost-Wandler auch noch recht effizient - und zur Abschätzung eventueller L-Werte für bestimmte Frequenz (und bei festen 9mA) könntest Du einfach diese Seite http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/aww_smps.html nutzen, und dort z.B.: 2(V), 3(V), 2(V) / nächste Zeile: 4(V), 0.009(A), und als Beispiel mal 50(kHz) eingeben, (was ein MSP430 so "kann", weiß ich leider nicht, aber ohne nötige Regelschleife - und also bei festem Duty - sollte eine hochfrequente PWM eher problemlos sein?) um auf einen Bauteiltrichter zu kommen (C_aus ist dann bei Dir verzichtbar, Du hast ja eine Konstantstromlast, bei der sich eine bei Erwärmung noch etwas absinkende "Flußspannung" ergibt, U_aus konstant halten zu wollen mittels C_aus ist unnötig). Zweitens: Sobald Du aber Strommessung mit in betracht ziehst, führt der dazu nötige Aufwand (Einlesen einer Spannung R_Shunt via ADC, Digitale Regelschleife) auf der Stelle dazu, daß ich persönlich nun einen analogen Controller (mit allem pipapo = mitsamt Regelung sowie Sicherheitseinrichtungen) als "bessere Option" sähe. So sehe ich das wirklich, tut mir leid.
... schrieb: > bessere Option Weil Du auch praktisch jedes Wald- und Wiesen Boost (=Step-Up) Modul passenden Strom-Spannungsbereiches über schlichtes Auslöten von C_aus, Ersatz des oberen Spannungsteiler-R durch die LED sowie Anpassung des unteren R auf 9mA @ beim IC verwendeter U_Feedback (womit dieser zum R_shunt wird) zum Strom- anstatt Spannungsregler umfunktionieren kannst.
Gerald K. schrieb: > Der Lückende Betrieb wird nur durch Kondensator verhindert, da bei a) und b) trifft Buck- und Boost-Wandler zu. Wobei b) für Boost für Lücken, dh kontinuierlich 50mA zu 25% Tastverhältnis 200mA Pulse noch ungünstiger wäre. c) trifft für Buck zu, bei Boost um Differenz von Imax zu Imin gering zu halten, bzw. in Kombination mit Durchflussprinzip. Bei einfachen LED-Wandlern wird nur aus Kostengründen der Kondensator und die LED eingespart. Bei einer weißen LED Last von 2,5...3V bring die Ersparnis durch Wegfall der Verlustleistung der Diode (0,7V Spannungsabfall) nur dann eine Wirkungsgradverbesserung, wenn Imax nicht 20...30% des LED-Nennstromes übersteigt. Bei drei LED in Reihe spielt das keine Rolle mehr. Gerald K. schrieb: > Auf der anderen Seite kann aus dem Kondensator nicht viel Energie > entnommen werden, Das ist eine Verdrehung des Zusammenhänge. Aus diesem genannten Grunde benötigt der Kondensator eine relativ große Kapazität oder zu Last hin wird noch eine Glättungsdrossel ergänzt.
Aldo R. schrieb: > welchen kriterien man die Induktivität aussuchen soll? Durchschnitt Last: 10mA, 10V Input 2V, Durchschnitt 50-60mA Spule: Imax ca. bis zu 100mA Dh Spulensättigungsstrom größer 100mA auf dem Datenblatt suchen. L: Imax als Limit in Ladephasen: L_min=U/(f*Imax), 2V/(200k*0,1A)=1/10k=0,1mH
@Geku: Übrigens kann (außer bei Buck) und muß (da Frequenz sowieso viel zu hoch für sichtbaren "Flicker") der Strom ja nicht durch die LED, sondern die Drossel, kontinuierlich sein, wenn man vom "kontinuierlichen Modus" spricht. Man könnte auch den diskontinuierlichen Modus als Betriebsart in betracht ziehen... Weil hier nicht ein ungeregelter Steller aus Festspannung wieder Festspannung machen soll - was bei festem Tastgrad und kontinuierlichem Modus eben auch ungeregelte Gleichspannungssteller können (so lange I_Last bzw. die Schaltfrequenz bzw. der Tastgrad bzw. die L hoch genug zur Vermeidung jenes Lückbetriebes). [Was ich übrigens u.a. deswegen nicht tat, weil die von mir vorgeschlagene Seite zumindest default von ΔIL(max., @U_ein(min.)) = 40% ausgeht, also Wandler im kontinuierlichen Modus dimensioniert. Allerdings...:] Welcher Vorteil sollte sich denn hierbei auch aus Lückbetrieb ergeben? Solch einen sehe ich nicht - weshalb ich weiterhin den kontinuierlichen Modus favorisiere. Des weiteren spricht noch etwas eindeutig _dafür_: Gerald K. schrieb: > Gepulste LEDs haben einen besseren Wirmungsgrad. Der Wirkungsgrad von LEDs ist bei geringerem Strom prinzipiell höher als bei höherem Strom. Läßt sich im Gros der LED-Datenblätter bestätigen. Lustigerweise stimmte aber "besseren Wärmungsgrad" - da der RMS Stromwert gepulst höher ist, und so höhere Verluste in sämtl. parasitären Rs erzeugt. ;) @Dieter: Danke für die erneute Erwähnung - ich hatte doch wirklich übersehen, daß es drei Stück seriell sind. Aber ich würde anders rechnen, mir die Arbeit wie schon gezeigt von dieser Seite abnehmen lassen.. Als "default" Ergebnis wird mir für U_ein=2V und U_aus=10V / I_aus=9mA bei 200kHz eine L von 0,5mH vorgeschlagen; I_max ca. 60mA, I_min ca. 40mA in der Drossel = durchschn. 50mA würden rund 1µs lang durch die LED entladen dabei. (Während der vorherg. 4µs Ladezeit flösse halt kein Strom - durch die LED.) Natürlich geht auch Deine Rechnung, und Du kämest mit 0,1mH eben auch grade so nicht in Lückbetrieb (wohl auch "extra" so gerechnet?) - aber wieso Du Dich mit dem Minimalwert der L bei resultierend viel höherem Ripple + Spitzenstrom zufrieden geben wolltest, verstehe ich nicht. Da könntest Du doch gleich auf Lückbetrieb gehen (ganz knapp) und wenigsten die harte Umladung der Sperrschichtkapazität der LED vermeiden so, denn sehr viel höhere Leitverluste hättest Du kaum zu erwarten mit bspw. nur 0,08mH oder so - oder? Oder, so wie ich, die 0,5mH aufgrund niedrigerer Leitverluste benutzen wollen. Nicht Fleisch, nicht Fisch? ;)
Dieter D. schrieb: > zu Last hin wird noch eine Glättungsdrossel ergänzt. Diese ist in der Schaltung nicht vorhanden (siebe ganz oben). Die U/I Kennline der Leuchdiode ist steil, um viel darf der Kondensator entladen werden, damit die Dioden noch vernüftig leuchten?
Gerald K. schrieb: > Diese ist in der Schaltung nicht vorhanden (siebe ganz oben). > Die U/I Kennline der Leuchdiode ist steil, um viel darf der Kondensator > entladen werden, damit die Dioden noch vernüftig leuchten? schon allein der Shunt R9 ergibt mit dem dem Ausgangselko C7 eine Zeitkonstante von 200µs. Wenn als PWM-Freuqenz beispielsweise 20kHz gewählt werden, wird der Stromripple durch die LEDs gering. Die nicht beliebig steile Diodenkennline macht es noch besser. C8 würde ich aus der Schaltung allerdings rauswerfen.
MaWin schrieb: > Ammenmärchen <<LEDs können sehr gut mit Rechteck oder Impulsspannungen betrieben werden. Das kann die Strahlungsleistung erhöhen und der Effizienzverlust ist bei vergleichbarer Betriebsdauer kleiner>> **Quelle** : https://www.elektroniktutor.de/bauteilkunde/led.html
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Mit gutem Aufwand sollte es gehen, wie schon vorher viele erwähnt hat. Wenn aber der Aufwand zu viel wird (z.B. wegen Dioden-Charakteristika, Kondensator/Induktivität usw Berechnungen und Toleranzen) kann man auch low power LED Boost drivers überlegen. Ich glaube es gibt schon Teile mit 2,1Vin...2,8Vin auf 10V bei 10mA. Nach kurzer Recherche, ein paar Beispiele gefunden.
Wenn der Mikrocontroller mit 6MHz bei 3V immer durchläuft, wird der vermutlich ca. 2mA verbrauchen. Das macht höchstens Sinn, wenn die LED nur Gimmick und nicht Hauptfunktion ist. LED sind als Diode für hohe Schaltfrequenzen nicht so gut geeignet. Da spielen Chipkapazitäten und Schaltzeiten eine Rolle. Schaltkreise, die für Direktgleichrichtung ohne Schottkydiode ausgelegt sind, haben daher eher niedrige Schaltfrequenzen. Für diese Funktion alleine bietet sich eine Auslegung auf niedrige Taktfrequenz an, oder ein fertiger Baustein für diese Funktion.
Gerald K. schrieb: > MaWin schrieb: >> Ammenmärchen > <<LEDs können sehr gut mit Rechteck oder Impulsspannungen Auch im Netz ist nicht immer alles richtig. Der Satz entstammte aus einem Vergleich mit Energiesparroehren. Schaue Dir einfach einmal eine Kennlie lm/W ueber den Strom an, rechne nach und dann siehst Du es selbst. ... schrieb: > eben auch grade so nicht in Lückbetrieb > (wohl auch "extra" so gerechnet?) - aber wieso Du > Dich mit dem Minimalwert Die Grenze ist wichtig zu kennen und einfacher zu ermitteln. An irgendeinem Limit muss angefangen werden, um es zu erklaeren.
Danke für die vielen Antworten. Da brauche ich noch ein bisschen Zeit um mich überall einzulesen. Aber was ich generell so herauslese bin ich da besser bedient, wenn ich einen fixen IC nehme wie den ZXSC310E5TA https://de.farnell.com/diodes-inc/zxsc310e5ta/led-treiber-boost-40-bis-85-c/dp/3483179 als LED die hier https://de.farnell.com/cree/c503d-wan-ccbeb151/led-rund-5mm-weiss-48cd-tht/dp/2839895?st=led%205mm
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Ich habe versucht die Schaltung zu simulieren. Der MPC430 wurde mit zwei Komparatoren und ein RS Flipflop simuliert. Bei der MC Lösung konnen die bei Shunts durch einen ersetzt werden, dke Komparatoren durch den ADC, die zeitche Interpretation übernimmf der MC. - weiße Kurve ist das Ansteuersignal des FETs - rote Kurve ist der Strom durch die Speicherdrossel - grüne Kurve ist der Strom durch die LEDs Bei einem Strom von 100mA aus den Akkus (2800mAh) sollten sich 24h Betrieb ohne Sonnenschein locker ausgehen. Wenn ein Analogkanal mit einen Fotowiderstand beschaltet wird, kann man die Leuchte bei Tag abdrehen und es steht mehr Strom für das Laden der Akkus zur Verfügung.
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Aldo R. schrieb: > als LED die hier ... Bei dem Diagramm Fig2, Seite 7, ist schön zu sehen, das bezogen auf I=20mA bei 50mA nicht die 2,5fache Helligkeit, sondern nur 1,7fache erreicht wird. Bis 100mA wird die Kurve noch flacher. Maximum Rating sind 100mA Peak Taktverhältnis max 10%. Bei Dir sind es aber bis zu 110mA und 20% Taktverhältnis. Für die Lebensdauer der Dioden ist das nicht gerade zuträglich. D.h. mit 10% Taktverhältnis, liegt der arithmetische Mittelwert bei 10mA, gegenüber 20mA oder 30mA Maximum Ratings. D.h. in diesem Pulsbetrieb muss der Strom bereits auf 1/3 gesenkt werden. Mit Schottky-Diode und Kondensator entkommt man dem Dilemma. Übrigens hat Gerald eine schöne Simulation hier gepostet. Die Simulation eignet sich auch um mit diesen zwei zusätzlichen Bauteilen zu experimentieren. Eine andere Lösung wäre eine Doppel-Drossel, d.h. mit einer Mittenanzapfung zu verwenden. - Mittananzapfung Mosfet - Am Ende die LeuchtDioden Damit würdest Du ein Taktverhältnis von 40% erreichen und kämst mit Peaks von 40mA aus.
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