Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie aus 52V 3.3V machen?


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von Fritz G. (fritz65)


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Ich muss eine µC-Schaltung mit 3.3V aus einer Batterie mit Nennspannung 
52V versorgen. Stromaufnahme ist ca. 80mA mit 300mA Spitze. Zusätzlich 
werden 12V mit 2mA, Spitze 20mA benötigt. Leider ist die Auswahl bei 
Spannungsreglern mit Ui > 40V schon recht dünn. Auf dem Markt gibt es 
Module mit einem XL7015, allerdings ist der bei niedrigen 
Ausgangsströmen recht ineffizient, da er mit Festfrequenz arbeitet. Für 
12V->3.3V gibt es reichlich Modelle mit sehr hoher Effizienz.
Würde es in diesem Fall Sinn machen, die Wandler zu kaskadieren, d.h. 
erst aus den 52V 12V mittels XL7015 zu machen, die 12V danach weiter auf 
3.3V herabzusetzen? Rechnerisch wäre das effizienter, als 2 mal XL7015. 
Normalerweise wird ja empfohlen, die Spannung in einem Schritt auf den 
Zielwert zu wandeln.

von Franko P. (sgssn)


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Hallo
in der Bucht gibts da z.B.:

https://www.ebay.de/itm/264377151781

oder

https://www.ebay.de/itm/265896177045

oder

https://www.ebay.de/itm/404476768840

Den mit dem LM2596HV habe ich schon einihe Male verwendet.

Gruß

[Mod: Lebenslauf aus Links entfernt]

: Bearbeitet durch Moderator
von H. H. (hhinz)


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Sperrwandler nehmen. Den Trafo musst du halt selbst wickeln.

von Wolf17 (wolf17)


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Das Teil hier kostet nur 3,47€, warum nicht kaufen und messen?
https://www.ebay.de/itm/185788515688

von H. H. (hhinz)


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Franko P. schrieb:
> Den mit dem LM2596HV habe ich schon einihe Male verwendet.

Die auf den billigen Modulen sind Fälschungen.

von J. S. (jojos)


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TPS54160 1.5-A, 60-V, Step-Down DC/DC Converter with Eco-mode™

von H. H. (hhinz)


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Wolf17 schrieb:
> Das Teil hier kostet nur 3,47€, warum nicht kaufen und messen?
> https://www.ebay.de/itm/185788515688

Wird bei der geringen Last einen schlechten Wirkungsgrad haben.

von Udo S. (urschmitt)


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Fritz G. schrieb:
> Nennspannung 52V

Was ist die Maximal mögliche Spannung?
Sicherheitshalber Leerlaufspannung der Quelle mit der geladen wird.

von Michael B. (laberkopp)


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Fritz G. schrieb:
> mit 3.3V aus einer Batterie mit Nennspannung 52V

Gut.
https://www.ebay.de/itm/265760479127

Fritz G. schrieb:
> Zusätzlich werden 12V mit 20mA benötigt

Das zerstört jede sinnvolle Lösung.

Aber vielleicht reicht ja ein Linearregler dafür, 0.8W Verlust Spitze, 
80mW kontinuierlich.

: Bearbeitet durch User
von Helmut -. (dc3yc)


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Von TRACO gibts fertige 1,2,3W-Wandler, die bis 75V input können und 
3.3V bzw 12V ausgeben. Siehe 
https://www.tracopower.com/de/deu/dcdc-converters/dip-gehaeuseform-fuer-pcb-montage-1-60-watt

von Harald W. (wilhelms)


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Fritz G. schrieb:

> Ich muss eine µC-Schaltung mit 3.3V aus einer Batterie mit Nennspannung
> 52V versorgen.

Einfache "Stepdown" mit Faktoren >10 sind nur schwierig zu realisieren.
Besser funktioniert das mit Trafos. Im Zweifel ist das eine Drossel mit
zusätzlicher Sek-Wicklung, die nur aus wenigen Windungen besteht.

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


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Fritz G. schrieb:
> Zusätzlich werden 12V mit 2mA, Spitze 20mA benötigt.
Wie lange dauert diese "Spitze"?

von Alexander (alecxs)


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Geht's auch getrennt, einen für 3.3v und einen für 12v?

ich verwende den MP4560. Bei den Preisen gleich mehrere bestellen als 
Ersatz

https://www.aliexpress.com/item/1005003635879622.html

für höhere Ströme

https://www.ebay.de/itm/285004795992

: Bearbeitet durch User
von Mi N. (msx)


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Für ein Einzelstück oder mehrere Geräte?
Vielleicht hast Du ein 5 V USB-Schaltnetzteil bzw. eines mit 12 V in der 
Kiste, daß bei dieser Eingangspannung schon läuft.
Es muß nicht funktionieren, kann aber durchaus sein.

von Maxim B. (max182)


Angehängte Dateien:

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Fritz G. schrieb:
> ch muss eine µC-Schaltung mit 3.3V aus einer Batterie mit Nennspannung
> 52V versorgen. Stromaufnahme ist ca. 80mA mit 300mA Spitze. Zusätzlich
> werden 12V mit 2mA, Spitze 20mA benötigt.

> Normalerweise wird ja empfohlen, die Spannung in einem Schritt auf den
> Zielwert zu wandeln.

Nicht in diesem Fall. 12V mit 2mA ist zu wenig, um dafür großen Wandler 
zu machen. Ich würde gerade hier 2-stufig machen. Am besten 52V -> 3V3 
-> 12V. So werden Lerluste geringer als mit 52V -> 12V -> 3V3. Übrigens 
Verlust ist noch nicht alles, und wenn technisch zweite Variante 
bequemer und sicherer, dann so.

Ich würde hier so etwas wie LM5017 für die erste Stufe nehmen. 12V kann 
man nach diesem Bild aus dem Datasheet für LM5017  machen, dafür muß man 
aber L selbst machen.

von Harald W. (wilhelms)


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Maxim B. schrieb:

> Ich würde hier so etwas wie LM5017 für die erste Stufe nehmen. 12V kann
> man nach diesem Bild aus dem Datasheet für LM5017  machen, dafür muß man
> aber L selbst machen.

Auf dem Trafo sollte man auch problemlos eine zweite Wicklung für 12V
unterbringen können.

von Maxim B. (max182)


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Harald W. schrieb:
> Auf dem Trafo sollte man auch problemlos eine zweite Wicklung für 12V
> unterbringen können.

Hier ist kein Trafo sondern eine Drossel, da Energie in Magnetfeld 
gespeichert wird. Zum Unterschied von Trafo muß eine Drossel unbedingt 
eine Spalte in Magnetkern haben.

Ich habe solche Drossel aus dem Ferritring gemacht: zuerst durch Kratzen 
und brechen auf zwei Teile brechen. Dann mit Epoxidharz zusammen kleben, 
dabei kommt in Schnitt ein Stückchen von PCB, geschliffen auf 0,5...1 
mm, je nachdem. Nach dem Trocknen eine Probewicklung machen und 
Induktivität messen. Daraus kommen die Wicklungszahlen: erste Wicklung 
laut berechneter Induktivität, zweite Wicklung um 12+VD2/3V3(+VD1 wenn 
vorhanden) größer.

von Heinz R. (heijz)


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Falls es was vernünftiges und sicheres sein soll:

https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-15-w-12-v-1-25-a-ddr-15l-12-p256726.html

Gibt es auch mit 3,3V- heisst dann DDR-15L-3.3

Achtung, es muss die L-Variante sein - gibt auch G, die kann die 
Eingangsspannung nicht

von Maxim B. (max182)


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Heinz R. schrieb:
> Falls es was vernünftiges und sicheres sein soll:
>
> https://www.reichelt.de/dc-dc-wandler-15-w-12-v-1-25-a-ddr-15l-12-p256726.html
>
> Gibt es auch mit 3,3V- heisst dann DDR-15L-3.3

Das ist zu groß. Verlust wird hier viel größer als Ausgangsleistung. Für 
angegebene Leistung wäre alles über 3-5 Quadratzentimeter PCB viel zu 
groß.

: Bearbeitet durch User
von Harald A. (embedded)


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Etwas mehr Headroom:
https://www.analog.com/en/products/lt7101.html
Für Einzelstück das Evalboard nehmen

von Frank W. (frally)


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Kann die simplen Würth Step-down Regler empfehlen (3-Pinner):

Jeweils bis 74,5VDC einsetzbar und mit 3,3V und 12V Ausgangsspannung 
erhältlich.

Kosten auch nicht die Welt...

https://www.we-online.com/de/components/products/MAGIC_FDSM_FIXED_OUTPUT_VOLTAGE

von Maxim B. (max182)


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Wenn L selbständig zu schwer scheint, könnte man für die Stufe 3V3 -> 
12V so etwas wie MCP1661 nehmen (gibt es bei Reichelt). Wirkungsgrad 
wird natürlich nicht besonders hoch, aber für 2 mA ist das nicht so 
wichtig.
Dann kann man für beide Stufen einfache Drossel mit nur einer Wicklung 
nehmen, die überall zu kaufen sind.

Zusammengefasst: 52V -> 3V3 80 (300) mA mit LM5017, 3V3 -> 12V 2(20) mA 
mit MCP1661.

von Katrin I. (Gast)


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J. S. schrieb:
> TPS54160 1.5-A, 60-V, Step-Down DC/DC Converter with Eco-mode™
und dahinter einen LDO für eine rauscharme Spannung.

von H. H. (hhinz)


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K. F. schrieb:
> und dahinter einen LDO für eine rauscharme Spannung.

Einfach den Alk weglassen, dann werden deine Postings rauschärmer.

von Maxim B. (max182)


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K. F. schrieb:
>> TPS54160 1.5-A, 60-V, Step-Down DC/DC Converter with Eco-mode™
> und dahinter einen LDO für eine rauscharme Spannung.

1. TPS54160 hat VinMAX 60V. Für eine Batterie mit Nennspannung
52V ist das zu wenig, da eine frische Batterie bestimmt mehr als 
Nennspannung hat.
2. TPS54160 arbeitet mit Diode, was für heute schon als verältert gilt, 
da Wirkungsgrad besonders bei niedrigen Vout leidet. Besser IC mit 
synchroner Ausgangsstufe. Erste Generationen konnten nur bei niedrigen 
Spannungen arbeiten, aber moderne IC mit synchroner Ausgangsstufe können 
auch mehr.
LM5017 100-V, 600-mA Constant On-Time Synchronous Buck Regulator
LM5163 100V Input, 0.5A Synchronous Buck DC/DC Converter With Ultra-low 
IQ
MP4541 80V, 0.8A, High-Efficiency, Synchronous, Step-Down Converter with 
Integrated Power MOSFETS (gibt es bei Mouser, billig)
LM5169 0.65-A, 120-V, Step-Down Converter with Fly-Buck™ Converter 
Capability (auch)
usw.
Auswahl ist sehr groß.

von Alexander (alecxs)


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Ladegeräte für 14S Li-Ion Akkus haben 58,8V Ladespannung, viel höher 
sollte es eigentlich nicht werden dürfen?

von Thomas (kosmos)


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einen Stepdown, mit einem TL494 einen MOSFET und einer Induktivität 
aufbauen.

Hier ein Quick and Dirty Beispiel
https://www.youtube.com/watch?v=ONurw-xrREw

und hier mal ein Schaltplan
https://image.easyeda.com/histories/bf4a9366135f485fa97547f7670dddaf.png

von H. H. (hhinz)


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Thomas schrieb:
> einen Stepdown, mit einem TL494 einen MOSFET und einer Induktivität
> aufbauen.

Er wollte doch tauglichen Wirkungsgrad.

von Harald W. (wilhelms)


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H. H. schrieb:

> Er wollte doch tauglichen Wirkungsgrad.

"Tauglicher Wirkungsgrad" ist eine Frage, dessen Antwort je nach
Jahrzehnt, aus dem die Schaltung stammt, unterschiedlich ausfällt.
Die ersten "Schaltnetzteile" gabs wohl in den "Halbleiterschalt-
beispielen" von Siemens. :-)

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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Harald W. schrieb:
> Die ersten "Schaltnetzteile" gabs wohl in den "Halbleiterschalt-
> beispielen" von Siemens.

Nö.

von Harald W. (wilhelms)


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H. H. schrieb:

>> Die ersten "Schaltnetzteile" gabs wohl in den "Halbleiterschalt-
>> beispielen" von Siemens.
>
> Nö.

Naja, die Zerhackere aus den Autoradios aus den 1930er Jahren
habe ich da nicht mitgezählt. :-)

von H. H. (hhinz)


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Harald W. schrieb:
> H. H. schrieb:
>
>>> Die ersten "Schaltnetzteile" gabs wohl in den "Halbleiterschalt-
>>> beispielen" von Siemens.
>>
>> Nö.
>
> Naja, die Zerhackere aus den Autoradios aus den 1930er Jahren
> habe ich da nicht mitgezählt. :-)

Ebenso.

von Harald W. (wilhelms)


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H. H. schrieb:

>>>> Die ersten "Schaltnetzteile" gabs wohl in den "Halbleiterschalt-
>>>> beispielen" von Siemens.
>>>
>>> Nö.
>>
>> Naja, die Zerhackere aus den Autoradios aus den 1930er Jahren
>> habe ich da nicht mitgezählt. :-)
>
> Ebenso.

Also in meinem Buch "Elektrotechnik für Jungen" aus dem Jahre 1912
gabs noch keine Schaltnetzteile. :-)

von H. H. (hhinz)


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Harald W. schrieb:
> H. H. schrieb:
>
>>>>> Die ersten "Schaltnetzteile" gabs wohl in den "Halbleiterschalt-
>>>>> beispielen" von Siemens.
>>>>
>>>> Nö.
>>>
>>> Naja, die Zerhackere aus den Autoradios aus den 1930er Jahren
>>> habe ich da nicht mitgezählt. :-)
>>
>> Ebenso.
>
> Also in meinem Buch "Elektrotechnik für Jungen" aus dem Jahre 1912
> gabs noch keine Schaltnetzteile. :-)

Aber vor den Siemensbüchlein schon.

Es flogen vorher sogar schon welche zum Mond.

Beitrag #7653325 wurde vom Autor gelöscht.
von Thomas (kosmos)


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mit 300 kHz sollte doch schon etwas Effizienz zu schaffen sein auch wenn 
es heutzutage bei den Schaltwandlern in den MHz-Bereich geht.

von Maxim B. (max182)


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Thomas schrieb:
> mit 300 kHz sollte doch schon etwas Effizienz zu schaffen sein auch wenn
> es heutzutage bei den Schaltwandlern in den MHz-Bereich geht.

Es gibt verschiedene Verluste. Die meisten wachsen mit Frequenz. Einige 
aber umgekehrt. Aber mit steigender Frequenz wird auch das Ganze 
kleiner... Für mich als Amateur finde ich Frequenzen im Bereich von 150 
bis 750 kHz optimal, je nachdem. Aber wer viel Arbeitszeit in 
Entwicklung investiert, der kann bestimmt auch mit 2 MHz und mehr sehr 
gute Werte bekommen.

von Jürgen (temp1234)


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Je nachdem ob an der 12V Schiene noch etwas hochwertiges hängt würde ich 
mir auch Gedanken darüber machen was passiert wenn der Stepdown der 
Meinung ist nicht mehr steppen zu wollen sondern nur noch 
durchzulassen...
Gerade den Chinaböllern würde ich nicht vertrauen. Sieht bei Traco und 
Würth sicher anders aus aber auch da ist es nicht ausgeschlossen.

von Mi N. (msx)


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Jürgen L. schrieb:
> Je nachdem ob an der 12V Schiene noch etwas hochwertiges hängt würde ich
> mir auch Gedanken darüber machen was passiert wenn der Stepdown der
> Meinung ist nicht mehr steppen zu wollen sondern nur noch
> durchzulassen...

Für größere Übersetzungsverhältnisse nimmt man auch besser einen Trafo.

Gestern hatte ich zwei neuere 5 V USB-Steckernetzteile probiert und mit 
39 Ohm belastet. Eins lief ab 16 VDC, das andere ab 23 VDC und lieferten 
dabei 0,12 A am 5 V Ausgang. Für höheren Ausgangsstrom muß die 
Eingangsspannung leicht höher sein.

Aber solange vom TO überhaupt nichts zu hören ist, ist das nur ein Spaß 
in eigener Sache. Man könnte es nutzen, um damit Mobiltelefone am e-bike 
Akku aufzuladen.

von Fritz G. (fritz65)


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Danke für die Tipps!

Hier noch ein paar Daten zu meiner Schaltung:
Die Batterie (16s LiFePo4) hat einen Spannungsbereich, der sich zwischen 
48V und 58V bewegen. Sicherheitshalber (Überschwinger) sollte der 
DC-DC-Wandler bis 75v spannungsfest sein, 60V wäre zu knapp.

Die Elektronik soll vor allem dazu dienen, das BMS über RS485 auszulesen 
und die Last bei einem programmierbaren SOC ab- und zuzuscahlten. Die 
12V Schiene soll die Gatespannung für den Schalt-Mosfet bereitstellen, 
hier wird nur im Umschaltzeitpunkt ein wesentlicher Strom beneötigt.

Da die günstigen Chinamodule wohl alle auf dem wenig effizienten XR7015 
beruhen, werde ich den Wandler auf 12V selbst bauen. Ein wenig Recherche 
brachte den einfach zu beschaltenden LMR38020 zu Tage, der einen 
Ruhestrom im µA Bereich hat und bei geringer Last die Schaltfrequenz 
herunterfährt. Dadurch ensteht zwar eine höhere Welligkeit in der 
Ausgangsspannung, die auf der 12V-Schiene aber nicht stört. Der Baustein 
ist auch gut verfügbar und wird von der TI-Webbench unterstützt. Das 
PowerGood-Signal ist auch sehr nützlich, um den MosFet vor einem 
Einschalten bei zu geringer Gatespannung zu schützen.

Die 3.3V werde ich dann mit einem Standardmodul aus den 12V erzeugen.

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