Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Boost Converter mit NE555 und Mosfet liefert zu viel Spannung


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von Lukas G. (lukas_g858)


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Hallo Zusammen

Ich versuche mich an einem Boost Converter von 5 Volt zu 48 Volt.
Dies würde ich gerne über eine einfache Schaltung mit einem NE555 und 
einem Mosfet erledigen. Dazu habe ich auch entsprechend Anleitungen 
gefunden.
Mein Problem ist aber, dass ich viel zu Viel Spannung erhalte und dass 
entweder der Mosfet oder die Spule heiss werden.
Ich verstehe aber nicht wieso und was ich wohl ändern müsste...

Im Anhang ist die Schaltung kurz aufgezeichnet (abgewandelt von den 
verschiedenen Anleitungen).
Die Berechnung der NE555-Schaltung habe ich ab da berechnen lassen:
https://www.digikey.ch/de/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-555-timer
Als Rechnungswerte habe ich für R1 + R2 jeweils 1 kOhm angegeben und 
0.01uF für C1 verwendet. Dies ergab eine Frequenz von 48000 Hz.
Option für Astabil.

Die Berechnung und Schaltung vom Boost Converter selber habe ich ab da:
https://learn.adafruit.com/diy-boost-calc/the-calculator
Als Rechnungswerte habe ich folgende Werte verwendet: Frequency: 48000; 
Min Vin 5.0; Max Vin 5.1, Min Vout 45, Max Vout 48; lout 0.02; Vripple 
0.01.
Erhalten habe ich für die Spule min. 266.92 uH und den Kondensator mit 
min. 4.1666 uF.

Und daraus habe ich mir dann die Schaltung zusammengestellt, die jetzt 
aber viel zu viel Spannung ausgibt:
70.1 Volt (da habe ich dann ausgesteckt)...

Ich verstehe nicht wieso das nicht geht und wo ich etwas anpassen muss?

Vielen Dank für eure Antworten.

Viele Grüsse
Lukas

von Max I. (powermeter)


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Beschaltung Pin 5?

von David (hameg)


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Moin,


hast du die schaltung beim testen mit ungefähr 20mA belastet?


lg

David

von Benjamin K. (bentschie)


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Hallo Lukas

Lukas G. schrieb:
> Ich verstehe nicht wieso das nicht geht und wo ich etwas anpassen muss?

Ich vermute, du hattest zum Test keine Last dran?
So ein boost converter ist ohne Regelung schwierig, der ist nicht 
Leerlauffest, die Spannung steigt immer weiter.

Das ist auch ganz einfach zu erklären, mit jedem Puls wird Energie in 
die Spule gespeichert und dann an den Ausgang transferiert. Ganz 
unabhängig davon wie die Spannung am Ausgang ist. Das funktioniert also 
ohne Regelung nur in einem ganz bestimmten Lastpunkt.

So ein 555 ist auch ein sehr schlechter Schaltregler. Geht schon, aber 
halt nicht schön. Du könntest jetzt die Ausgangsspannung entweder mit 
einer Z-Diode begrenzen oder über einen Widerstand und einen NPN 
Transistor an den CV Pin (No. 5) zurückkoppeln. Das mit der Z-Diode ist 
deutlich einfacher, hat aber einen schlechteren Wirkungsgrad.

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Lukas G. schrieb:
> Hallo Zusammen
>
> Ich versuche mich an einem Boost Converter von 5 Volt zu 48 Volt.
> Dies würde ich gerne über eine einfache Schaltung mit einem NE555 und
> einem Mosfet erledigen. Dazu habe ich auch entsprechend Anleitungen
> gefunden.

Nicht sinnvoll. Nimm den MC34063. Der hat alles was du brauchst und 
ist auch leicht verfügbar und anwendbar.

Beitrag "Re: Stepup 180V - sackt völlig zusammen"

> Und daraus habe ich mir dann die Schaltung zusammengestellt, die jetzt
> aber viel zu viel Spannung ausgibt:
> 70.1 Volt (da habe ich dann ausgesteckt)...

Andere Leute würde das rausziehen nennen . . .

von Max I. (powermeter)


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Falk B. schrieb:
> Nimm den MC34063.

Ja.

Wer nicht selber rechnen will:

http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

von Lukas G. (lukas_g858)


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Hallo Zusammen

Max I. schrieb:
> Beschaltung Pin 5?

Pin 5 ist mit einem 10nF Kondensator zu GND verbunden.

Benjamin K. schrieb:
> So ein 555 ist auch ein sehr schlechter Schaltregler. Geht schon, aber
> halt nicht schön. Du könntest jetzt die Ausgangsspannung entweder mit
> einer Z-Diode begrenzen oder über einen Widerstand und einen NPN
> Transistor an den CV Pin (No. 5) zurückkoppeln. Das mit der Z-Diode ist
> deutlich einfacher, hat aber einen schlechteren Wirkungsgrad.

Da müsste ich mich nochmals informieren, leider habe ich das Prinzip 
einer Z-Diode und deren Einsatz einfach noch nicht verstanden :-/

David schrieb:
> hast du die schaltung beim testen mit ungefähr 20mA belastet?

Das mit der Last habe ich vergessen...
Ich habe wohl den Boost Converter falsch dimensioniert, wenn ich die 
Last anhänge, bekomme ich nach ein paar Sekunden gerade mal 22 Volt 
raus.
Da habe ich mich bei meinem Aufbau wohl verschätzt. Ich versuche es mal 
mit 30 mA.
Aber was ich nicht sicher bin richtig verstanden zu haben ist, dass ich 
bei grösserer Last eine "kleinere" Spule benötige?
Der Rest scheint ja gemäss dem Calculator noch zu passen?

von Georg M. (g_m)


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Lukas G. schrieb:
> Mein Problem ist aber, dass ich viel zu Viel Spannung erhalte und dass
> entweder der Mosfet oder die Spule heiss werden.

Wo ist die PWM-Regelung?

von Lukas G. (lukas_g858)


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Georg M. schrieb:
> Lukas G. schrieb:
>> Mein Problem ist aber, dass ich viel zu Viel Spannung erhalte und dass
>> entweder der Mosfet oder die Spule heiss werden.
>
> Wo ist die PWM-Regelung?

Dies wird durch den NE555P geregelt.
48000 Hz

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Lukas G. schrieb:
> dass ich viel zu Viel Spannung erhalte
> Ich verstehe aber nicht wieso
Weil du keine Regelung drin hast, hast du abhängig von der Last mal zu 
viel und mal zu wenig.

> und dass entweder der Mosfet oder die Spule heiss werden.
> Ich verstehe aber nicht wieso
Weil die Spule in Sättigung geht. Und deine Schaltflanken zu flach sind. 
Dieses Schaltverhalten muss man mit dem Oszilloskop kontrollieren.

> und was ich wohl ändern müsste...
Ich würde einfach einen funktionierenden Schaltregler aus der 
SimpleSwitcher-Ecke nehmen. Sieh dir das Datenblatt an und verstehe, was 
dort passiert, denn genau das passiert auch bei dir und genau das musst 
du für deinen eigenen funktionierenden Stepup nämlich auch machen:
- https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2577.pdf
- https://www.ti.com/lit/an/snva559c/snva559c.pdf

> Aber was ich nicht sicher bin richtig verstanden zu haben ist, dass ich
> bei grösserer Last eine "kleinere" Spule benötige?
Sonst steigt der Strom gar nicht schnell genug auf die nötige Höhe an. 
Allerdings hast du dann auch einen höheren Spitzenstrom und brauchst 
demzufolge eine Spule, die dabei nicht in Sättigung geht.

> leider habe ich das Prinzip einer Z-Diode und deren Einsatz einfach
> noch nicht verstanden :-/
Und dann willst du selber einen Stepup mit Faktor 10 bauen? Du wirst 
einiges lernen. Mit das wichtigste Bauteil des Schaltreglers kann ich 
dir schon mal verraten: das Layout.
- 
http://www.lothar-miller.de/s9y/archives/46-EMV-Optimiertes-Schaltreglerlayout.html

von David (hameg)


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Lukas G. schrieb:
> Dies wird durch den NE555P geregelt.
> 48000 Hz

das ist keine regelung, der NE555 ist ein Rechteckoszillator mit 48kHz 
Festfrequenz und festem duty cycle.


Für eine In gewissen grenzen Lastunabhängige ausgangsspannung brauchst 
du einen PWM regler der dann den Duty cycle und ggf Frequenz anpasst 
anhand von einem Feedback dass er vom ausgang bekommt.

Ich kenne mich bzgl. der einschlägigen ICs nicht so gut aus, ist aber 
ein weitverbreitetes konzept.

lg

von Max I. (powermeter)


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Lukas G. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> leider habe ich das Prinzip einer Z-Diode und deren Einsatz einfach
>> noch nicht verstanden :-/
> Und dann willst du selber einen Stepup mit Faktor 10 bauen?

Schon gewagt ;)

> Du wirst einiges lernen.

Gut so, Chinamodul kaufen kann jeder. Lukas, dranbleiben, aber Verluste 
einkalkulieren.

von Jochen-paul S. (picfan)


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Für die Steuerung des IRF3205 sind die 5V des 555 zu wenig, könnte auch 
ein Grund sein, dass dieser warm wird.

von H. H. (Gast)


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Jochen-paul S. schrieb:
> Für die Steuerung des IRF3205 sind die 5V des 555 zu wenig, könnte
> auch
> ein Grund sein, dass dieser warm wird.

Und aus einem bipolaren 555 kommen noch nicht mal 5V raus, bei 5V 
Versorgung.

von H. H. (Gast)


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Max I. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Nimm den MC34063.
>
> Ja.
>
> Wer nicht selber rechnen will:
>
> http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

Der Rechner hat seit Anbeginn einen groben Fehler: bei Boost ist der 
Vorwiderstand des Treibers unabhängig vom Laststrom.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Eine simple Fuzzy-Regelung waere mit einer ZD auf C1 rueckzukoppeln. Die 
Genauigkeit der Ausgangspannung laege dann bei rund 3V, ca. 48-51V.

von H. H. (Gast)


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Dieter D. schrieb:
> Fuzzy-Regelung

Darunter versteht man für gewöhlich ganz was anderes.

von H. H. (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Lukas G. schrieb:
>> Hallo Zusammen
>>
>> Ich versuche mich an einem Boost Converter von 5 Volt zu 48 Volt.
>> Dies würde ich gerne über eine einfache Schaltung mit einem NE555 und
>> einem Mosfet erledigen. Dazu habe ich auch entsprechend Anleitungen
>> gefunden.
>
> Nicht sinnvoll. Nimm den MC34063. Der hat alles was du brauchst und
> ist auch leicht verfügbar und anwendbar.

Taugt aber nur für 40V, sofern man keinen Trafo einsetzt.

von Falk B. (falk)


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H. H. schrieb:
>> Nicht sinnvoll. Nimm den MC34063. Der hat alles was du brauchst und
>> ist auch leicht verfügbar und anwendbar.
>
> Taugt aber nur für 40V, sofern man keinen Trafo einsetzt.

Schon wieder falsch. Scheint heute nicht dein Tag zu sein.

Beitrag "Re: Stepup 180V - sackt völlig zusammen"

Beitrag #7551386 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #7551393 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Maxim B. (max182)


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Lukas G. schrieb:
> Ich versuche mich an einem Boost Converter von 5 Volt zu 48 Volt.
> Dies würde ich gerne über eine einfache Schaltung mit einem NE555 und
> einem Mosfet erledigen. Dazu habe ich auch entsprechend Anleitungen
> gefunden.
> Mein Problem ist aber, dass ich viel zu Viel Spannung erhalte und dass
> entweder der Mosfet oder die Spule heiss werden.
> Ich verstehe aber nicht wieso und was ich wohl ändern müsste...

Hauptproblem: 555 ist ein Timer und kein Wandler. Für jede Aufgabe 
braucht man passende Werkzeuge. Ein Mikroskop um Kleinigkeiten zu sehen, 
ein Hammer um Nagel einzuschlagen. Und nicht umgekehrt.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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von Lukas G. schrieb:
>Mein Problem ist aber, dass ich viel zu Viel Spannung erhalte und dass
>entweder der Mosfet oder die Spule heiss werden.
>Ich verstehe aber nicht wieso und was ich wohl ändern müsste...

Du hast noch nicht verstanden wie die Schaltung arbeitet.
Der Transistor schaltet den Strom ein, der Strom durch
die Spule wird mit der Zeit immer größer. Die Spule
speichert dabei mit der Zeit immer mehr Energie.
Der Transistor schaltet den Strom ab und die Spule
gibt die gespeicherte Energie ab und läd über der Diode
den Kondensator. Wenn Mosfet oder die Spule zu heiß werden
bedeutet das, daß der Strom zu groß wird. Also mußt du
die Zeit wo der Transistor den Strom eingeschaltet hat verkürzen
oder eine Spule mit höherer Induktivität benutzen.
Die Spannung vom Ladekondensator wird bei dieser Schaltung
theoretisch mit der Zeit unendlich hoch. Praktisch natürlich
nicht, wegen Verluste und parasitäre Kapazität der Spule.
Aber sie kann schon sehr hoch werden. Das kann den Transistor
spannungsmäßig überlasten. Also brauchst du eine
Spannungsbegrenzung am Ladekondensator, am einfachsten eine
Z-Diode. Die Schaltung darf nicht ohne Last im Leerlauf
betrieben werden.

von Roland D. (roland_d284)


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Moin,

Lukas G. schrieb:
> Ich versuche mich an einem Boost Converter von 5 Volt zu 48 Volt.

In deinem Dateianhang hast du den NE555 mit zwei 1k-Widerständen 
dargestellt. Da gibt (korrekt) ein Timing von rund 7us off und 14us on. 
Im "continous current mode" liefert der Wandler damit eine 
Ausgangsspannung von

Für 48V brauchst du ein anderes Timing also andere Widerstände.
Aber wie andere hier schon gesagt haben, wenn keine Last dran hängt geht 
die Ausgangsspannung auf quasi beliebige Werte hoch. Da braucht es eine 
Regelung.
Zumindest eine Spannungsbegrenzung geht mit NE555 noch recht einfach, 
eine Strombegrenzung wird schon schwieriger. Das ganze wird mit einem 
fertigen IC für solche Zwecke viel einfacher.

Gruß, Roland

Beitrag #7551452 wurde vom Autor gelöscht.
von Michael B. (laberkopp)


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Lukas G. schrieb:
> Dies würde ich gerne über eine einfache Schaltung mit einem NE555 und
> einem Mosfet erledigen.

Lass es.

Der NE555 an 5V liefet gerade mal 3.5V und das sind zu wenig, um einen 
IRF3205 durchzuschalten.

Zudem besitzt deine Schaltung ÜBERHAUPT keine Regelung, ist nicht 
kurzschlussfest, verhindert nicht die Spulensättigung, taugt einfach 
nichts.

Und einen NE555 mit all dem zu erweitern, ist Unsinnig, er ist einfach 
nicht als Schaltregler gedacht.

Nimm einen ordentlichen IC, vielleicht XL6003.

von H. H. (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Und einen NE555 mit all dem zu erweitern, ist Unsinnig,

Und einen 34063 ebenso.


> XL6003

Muss man sich halt aus China schicken lassen.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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von Lukas G. schrieb:
>Da müsste ich mich nochmals informieren, leider habe ich das Prinzip
>einer Z-Diode und deren Einsatz einfach noch nicht verstanden :-/

https://studyflix.de/elektrotechnik/z-diode-zener-diode-2580

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1012151.htm

Den Vorwiderstand kannst du bei diesen Converter weglassen,
weil die Schaltung am Ausgang quasi fast wie eine Konstantstromquelle
wirkt.

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