Parallelschaltung von Schaltreglern

Einfaches Parallelschalten von Spannungsreglern ist immer
problematisch, weil man ohne geeignete Vorkehrungen nicht
sicherstellen kann, dass durch beide etwa der gleiche Strom fließt.
Außerdem beeinflussen sich beide Regler gegenseitig in ihrem
Regelverhalten, was u.U. zum Schwingen des ganzen Systems führt. Das
gilt für Schaltregler noch mehr als für Längsregler.

Die Welt ist voll von Schaltregler-ICs. Warum suchst du dir nicht eins
aus, das 5 A kann? Oder eins, das mit einem externen
Leistungsransistor auf höhere Ströme gepimpt werden kann.

hallo yalu,

ok, wenn ich 5A brauche, dann suche ich einen Schaltregler der 5A kann.
Was aber, wenn ich irgendwannmal einen Schaltregler brauche,
der -übertrieben gesagt- 50A kann? Dann hilft doch nur Parallelschalten 
oder
nicht!?

grüße,
Thomas

Nein, dann nimmst du einen mit externem Transistor (bipolar oder
Mosfet). Falls das immer noch nicht reicht (was aber eher hypothetisch
ist), kannst du mehrere Mosfets als Leistungstreiber parallelschalten.
Es sollte aber immer nur einen Chef (sprich Regler) geben, sonst
gibt's Chaos.

Der Schaltregler wird für den größten zu erwartenden Strom 
dimensioniert.
Die Kunst steckt dann in der Auslegung für den fast-Leerlauf-Fall...

Es gibt auch Mehrphasensynchronregler. Das sind im Grunde mehrere 
Wandler (meist Step-Down) parallel geschaltet. Jedoch werden dort keine 
Dioden eingesetzt sondern MOSFETS zum synchronen Gleichrichten. 
Desweiteren kommen dann spezielle Controller zum Einsatz, die die 
Einzelregler phasenrichtig synchronisieren.

Was bedeutet phasenrichtig?
An einem Bespiel mit zwei parallelen Wandlern ist das recht einfach 
erklärt.
Während der eine Wandler die Induktivität gerade lädt entlädt der andere 
seine Induktivität.
Bei noch mehr Parallel-Stufen werden die Schaltzeiten dann gleichmäßig 
über einen Zyklus verteilt.

Ein Beispiel für einen 2Phasen-Wandler ist zum Beispiel
das hier

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir3622mpbf.pdf

Es gibt auch noch welche mit mehr Stufen aber um erst einmal rein zu 
kommen und zu verstehen wie das funktioniert...

Diese auch als Multi-Parallel-Wandler bezeichneten Schaltungen kommen 
auf so ziemlich jedem PC Mainboard zum Einsatz. Nämlich um die CPU sowie 
den RAM mit Spannung zu versorgen. Gerade die heutigen CPUs sind recht 
stromhungrig (wörtlich gemeint).

Also viel Spaß beim Basteln.

P.S.: Für einen 5A Wandler ist allerdings ein Multi-Parallel-Wandler 
ziemlicher Overkill. -Da gibt es genug FETS die das locker wegstecken.

@yalu,

ahh ok! Danke

@Mandrake

Sind Mehrphasensynchronregler sowas ähnliches wie Synchrongleichrichter
(siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Synchrongleichrichter)


beste Grüße
Thomas

> Sind Mehrphasensynchronregler sowas ähnliches wie
> Synchrongleichrichter

Der richtige Zusammenhang lautet: Ein Synchrongleichrichter kann Teil
eines Schaltreglers sein.

Bei einem Synchrongleichrichter wird eine Gleichrichterdiode durch
einen Mosfet ersetzt wird mit dem Ziel, den Spannungsabfall und damit
die Verluste zu verringern. Während die Diode selbst weiß wann sie zu
leiten und zu sperren hat, muss dies dem Mosfet per Gatesignal
mitgeteilt werden.

Bei deinem L4960 brauchst du eine externe Freilaufdiode von Masse zum
Spuleneingang. Sie leitet immer dann, wenn der Regler die
Versorgungsspannung unterbricht. Ersetzt man die Diode durch einen
Mosfet, muss dieser logischerweise immer entgegengestzt zur
Versorgungsspannung ein- und ausgeschaltet werden.

Wird zum Schalten der Versorgungsspannung ebenfalls ein Mosfet
genommen, sieht die Anordnung exakt so aus wie in der von dir
genannten Wikipedia-Skizze, wenn du dort die untere und die mittlere
Trafoanzapfung zusammenlegst. Der obere der beiden Mosfets schaltet
die Versorgungsspannung auf die Spule, der untere lässt den Spulen-
und damit den Verbraucherstrom weiterfließen, wenn der obere die
Versorgungsspannung unterbricht.

Dieses Prizip wird nicht nur bei Mehrphasenreglern eingesetzt, sondern
bei allen Schaltreglern, wo der Wirkungsgrad eine wichtige Rolle
spielt, also bei Reglern für hohe Leistung und häufig auch bei Reglern
für batteriebetriebene Geräte.

@yalu

Absolut korrekt erklärt! Habe mich wohl nicht deutlich genug 
ausgedrückt.

Ergänzung:
Es geht beim Ersetzen der Freilaufdiode nicht NUR um den höheren 
Wirkungsgrad auf Grund der fehlenden Leitend-Verluste der Diode.
Eine Diode erlaubt nur einen Energiefluss in eine Richtung. Ein Mosfet 
dagegen erlaubt einen bidirektionalen Fluss. Das ist ganz praktisch wenn 
man einen Wandler benötigt der Step-Up und Step-Down kann. Praktisch 
sieht das dann so aus, dass man einen Step-Up-Wandler mit synchroner 
Gleichrichtung entwirft. Durch die Möglichkeit, das Energie vom Eingang 
zum Ausgang fließen kann aber auch umgekehrt, ist das ganze dann ein 
Step-Up-Step-Down-Konverter. Die Schaltung lässt sich als 
Step-Up-Konverter als auch als Step-Down-Konverter betrachten. Man muss 
lediglich Eingang und Ausgang vertauschen.
In der funktionierenden Schaltung bedeutet das: Ist die Ausgangsspannung 
zu hoch, wird Energie aus dem Ausgangselko in den Eingangselko umgeladen 
(Step-Down). Ist die Ausgangsspannung zu gering wird Energie vom 
Eingangselko in den Ausgangselko geladen (Step-Up).

Weil diese Schaltung in beide Richtungen funktioniert, ist das ganze im 
Grunde  eine Art Gleichstromtransformator, und kann auch dazu genutzt 
werden.

@Mandrake:

Danke für die Ergänzung. Das habe ich unter diesem Gesichtspunkt noch
nicht so gesehen.

Mal ein paar andere Fragen in diesem Zusammenhang:

Dass man Mosfets auch andersherum betreiben kann, war mir klar. Ich
habe aber noch in keinem Datenblatt Informationen darüber gefunden.

Habe ich Tomaten auf den Augen oder wird stillschweigend davon
ausgegangen, dass das jeder weiß?

Wenn ja, kann man dann auch davon ausgehen, dass die Kennlinien, RDSon
usw. gleich wie im Normalbetrieb sind?

Meiner Erfahrung nach ist dies (zumindest näherungsweise) der Fall.
Aber kann man das auch irgendwo schriftlich nachlesen?

@yalu

Auf Grund des Aufbaus kann man MOSFETS immer auch andersherum betreiben.
Lediglich die Geschichte mit der Body-Diode ist zu beachten und, dass 
der Kanal meist eine gewisse Asymmetrie aufweist, was sich meines 
erachtens aber nur dann auswirkt, wenn man den FET linear betreiben 
möchte (also als elektronisches POTI).

>Dass man Mosfets auch andersherum betreiben kann, war mir klar. Ich
>habe aber noch in keinem Datenblatt Informationen darüber gefunden.

In den Datenblättern habe ich auch noch nichts derartiges gelesen, da 
hast du recht. Aber es geht. Wenn man sich den Aufbau eines FET oder 
MOSFET ansieht und sich über die Funktion im klaren ist versteht man 
auch warum.

>Wenn ja, kann man dann auch davon ausgehen, dass die Kennlinien, RDSon
>usw. gleich wie im Normalbetrieb sind?

Wie ich oben schon angeführt habe, ist der Kanal (Rds) meist 
asymmetrisch ausgeführt. Deshalb würde ich diese Annahme mit Vorsicht 
genießen. Genau weiß ich es aber nicht.

>Meiner Erfahrung nach ist dies (zumindest näherungsweise) der Fall.
>Aber kann man das auch irgendwo schriftlich nachlesen?

Interessant! Ist das bei unterschiedlichen Typen gleichermaßen der Fall 
oder nur bei einem Speziellen?

Ich glaube die Elektronikbibel TIETZE/SCHENK geht darauf kurz ein. 
Sicher bin ich mir aber nicht.

@Roland

Es gibt keine MOSFETS ohne Body-Diode. Die muss man für jeden 
Anwendungsfall berücksichtigen.
In einigen Fällen kann man sogar die Body-Diode für sich nutzen. Zum 
Beispiel um die Schaltverluste zu verringern. Die Diode übernimmt 
kurzzeitig den Source-Drain-Strom und begrenzt die Spannung über 
Source-Drain auf 0,7V. Schaltet der MOSFET dann durch kommutiert der 
Strom auf den Kanal, der in der Regel niederohmiger ist. Beim Schalten 
wird damit nur noch ein D-S-Spannungsbereich zwischen 0,7V und ein paar 
Millivolt durchfahren. Damit sind die Schaltverluste geringer.

> Interessant! Ist das bei unterschiedlichen Typen gleichermaßen der
> Fall oder nur bei einem Speziellen?

Ich habe mal bei zwei oder drei Typen (einer war der IRLZ34N, die
anderen weiß ich nicht mehr genau) gezielt nach diesem Feature gesucht
und nichts gefunden.

> Ich glaube die Elektronikbibel TIETZE/SCHENK geht darauf kurz ein.
> Sicher bin ich mir aber nicht.

Auch da habe ich mal nachgeschaut, aber (zumindest keine
zufriedenstellende) Antwort gefunden.

> Ob es Fets ohne diese Diode (die beim Produktionsprozess
> zwangsläufig entsteht) gibt weiß ich allerdings nicht.

> Es gibt keine MOSFETS ohne Body-Diode.

Zumindest diskrete kenn ich auch keine. Bei integrierten
Analogschaltern wird der Substratanschluss aber getrennt verwendet.
Beim 4007 (Dual Complementary Pair plus Inverter) hat man sogar von
außen Zugriff auf die Substratanschlüsse der Complementary Pairs.