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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Power Supply Dilemma


Autor: Daniel Duesentrieb (daniel1976d)
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Halloechen,

Hat jemand einen Tip wie ich vieleicht folgende Anforderungen in eine 
vernuenftige Toloplogy bringe.

Ich habe eine Eingangsspannung von 15 bis 100V und brauche folgende 
Spannungen fuer ein Geraet:

a) 12V, max max Strom = 0.5 Ampere
b) 5V, maximaler Strom = 0.5 Ampere
c) 3.6V, max Strom = 200mA
d) 3.3V, max Strom = 2 Ampere
e) 1.8V, max Strom = 100mA

Fuer die bis zu 100V Eingangsspannung verwende ich ein LM5116MH.

Hat jemand eine Idee oder Tips wie man sowas am besten aufbaut. Linear 
Regulator / Switching oder wie geht sowas. Konnte bisher nichts 
grossartiges im Internet dazu finden. Hat jemand vieleicht eine Idee 
oder kann mich in die  richtige Richtung schubsen...?

Autor: Martin (Gast)
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Es gibt hier so viele Stromversorgungs Threads, da ist auch für dich was 
dabei. Die neuesten sind keine Woche alt.

Autor: Martin (Gast)
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Meinst du durch mehere Threads wird die Sache einfacher?
Beitrag "Nochmals Schaltregler, die werden echt heiss"

Autor: josef (Gast)
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Ist eigentlich ein typischer Fall fuer einen Flyback Wandler.

1.)Uebersetzungsverhaeltnis ist nur mit Uebertrager vernuenftig machbar
2.)Bei groessere Anzahl an Ausgangsspannungen ist dies am einfachsten 
und preisguenstigstens mit entsprechender Anzahl an Sekundaerwicklungen 
realisierbar.

Ein Flybackconverter (z.B. UCC2809) mit drei Sekundaerwicklungen fuer 
12V, 5V und 3,6V mit 2,3A und Feedbackregelung auf die 3,6 Volt waere 
hierzu die Loesung. Man kann das Design vereinfachen, wenn man keine 
Isolation braucht. z.B. einfacherer Aufbau des Feedbacks.

Die 3.3V wird dann mit einem LowDrop Regler (z.B.TPS75233) aus der 
3.6Volt Schiene erzeugt. Entstehen 0.6 Watt Verlust - Wirkungsgrad in 
diesem Fall 91% (Besser als mit jedem Schaltregler erreichbar).

Aus den 3.3V werden dann weiter die 1.8Volt erzeugt, ebenfalls mit einem 
LDO (z.B. TPS79118), Verlust 0.15W, Wirkungsgrad 54% - aber bei den 
kleinen Leistungen ist es nicht sinnvoll mit einem Schaltregler zu 
arbeiten.

Gute Unterlagen dazu findet man in den entsprechenden Applikationnotes 
bzw. UNITRODEs Seminarunterlagen 
http://www-k.ext.ti.com/SRVS/CGI-BIN/WEBCGI.EXE/,/...

Viel Erfolg damit

Autor: mandrake (Gast)
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Vorsicht mit dem Flyback Wandler!!!
Du kannst nur auf eine Wicklung genau regeln. Die sog. Cross-Regulation 
von dieser Topologie ist ziemlich schlecht. Bedeutet: Bei Belastung 
einer Spannung auf die nicht direkt geregelt wird, bricht dir die 
Spannung erstmal deutlich weg bevor die Regelung über den Trafo was 
davon mitbekommt.
Oder andersherum:
Wenn die Last an deiner geregelten Ausgangsspannung steigt und der 
Regler die übertragene Energie erhöht, kann dir eine der anderen 
Ausgangspannungen schnell nach oben abhauen wenn keine ausreichende Last 
daran hängt.

Mein Vorschlag wäre daher:

Mit einem Flyback-Wandler nur eine Spannung erzeugen. Vorzugsweise die 
12V Versorgung. Aus dieser dann mit nachgeschalteten Step-Down-Wandlern 
die jeweils anderen Spannungen erzeugen. Um die Verluste gering zu 
halten Synchronwandler (spätestens bei den 3.6V). Um den Ripplestrom des 
Eingangselkos (Ausgangskondensator des Flybackwandlers) niedrig zu 
halten über einen Multiphasenwandler nachdenken um evtl ein Interleaving 
bei den Einschaltzeiten der Step-Downwandler zu erzeugen. Das nicht alle 
Wandler gleichzeitig Strom ziehen sondern etwas zeitlich versetzt.

Autor: josef (Gast)
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Sicherlich richtig mit der Cross Regulation.

Haengt natuerlich von der Applikation ab, wie genau die 12Volt und 5Volt 
reguliert werden muessen/sollen.

Sollte an den 12Volt nur ein Relais oder Motor haengen ist es natuerlich 
weniger kritisch und man kann dann durchaus mit dieser Regelung leben. 
Sollte jedoch etwas analoges (z.B. OPAMP, AD-Converter, o.a) versorgt 
werden, muss in jedem Fall ein weiterer Linearregler eingesetzt werden 
um eine bessere Filterwirkung und Stabilisation zu erreichen.

Die Loesung mit den nachgeschalteten Step-Down Converter hat den 
Nachteil, dass man zusaetzliche Bauteile braucht, die durch die beiden 
zusaetzlichen Wicklungen wesentlich preisguenstiger realisiert werden 
kann. Selbst wenn man noch zusaetzliche Linearregler nachschaltet.

Autor: Daniel Duesentrieb (daniel1976d)
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Halloechen nochmals und Danke fuer die Beitraege.

Leider ist alles DC und ich kann keine Spulen gebrauchen. Das Ganze muss 
auch noch recht klein sein. An die 5V, 3V6 (GSM), 3V3 (uP) und 1.8 (uP) 
habe ich schon gewisse Forderugen bezueglich Noise, Ripple und 
Stabilitaet. Die 12V sind wirklich nur zum Versorgen von Relais und 
einem Card Reader.

Ich dachte an einen Step Down Schaltregler (100V - 12V)
Die 12V fuer die Relais, Card Reader und den Rest
Dann einen Step down Schaltregler von 12V auf 5V
Dann Linear Regler fuer die restlichen Spannungen

Bin mir nur nicht so sicher ob ein Linear Regler oder Schaltrgler fuer 
das GSM. Braucht ja einiges an Strom (Burst).

Auch denke ich mit Horror an die EMV...

Autor: Mike J. (Gast)
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@ Daniel Duesentrieb

> Card Reader

Seit wann braucht der 12V ?

Meine Relais schalten auch schon bei 6V, bei 5V fangen meine nur an zu 
surren.

a) 12V, max max Strom = 0.5 Ampere
b) 5V, maximaler Strom = 0.5 Ampere
c) 3.6V, max Strom = 200mA
d) 3.3V, max Strom = 2 Ampere
e) 1.8V, max Strom = 100mA

Ich würde mir die Position mit dem höchsten Strom raus nehmen.
1. Flyback konverter mit 3.3V / 4.5A
2. 2 mal Step-Up auf 5, 3.6 und ~8V (je nach dem was für die Relais 
reicht)
3. 1 mal Step-Down auf 1.8V oder am besten Längsregler (verbraucht 
wenig Platz)

Du kannst/solltest die Eingänge der Schaltregler (wegen Rückkopplung 
Symmetrischer/Asymmetrischer Störungen) und die Ausgänge mit 
LC/RC-Tiefpässen bestücken.

lg

Autor: Daniel Duesentrieb (daniel1976d)
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Halloechen,

unser Card Reader brauch leider 12V.

Waehre es nicht durchgaengiger wenn man einfach nur Step Down Regler 
verwenden wuerde... so in der Art... aus Eingangsspannung mach 12V 
(diese mit Hilfe von High Side Schaltern schaltbar machen), aus 12V mach 
ich 5V, aus 5 mach ich 3.6V, 3,3V und die 1.8V... Was spricht dagegen?

Sorry hatte bisher nie mit Systemen mit so vielen Spannungen zu tun...

Vieleicht hat ja noch jemand eine Idee?

Autor: Mike J. (Gast)
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Ja, geht auch.

ITXBoard
Bei der Stromversorgung meines miniITX-Boards wurde es so gemacht.

Ich finde es aber recht leichtsinnig, wenn man davon ausgeht dass der 
normale Nutzter da nicht auch aus Versehen (da die Netzteil-Stecker ja 
oft identisch sind) ein 15V oder 19V Netzteil ran steckt.
(nein, ich hab das nicht versucht ist mir nur beim betrachten des 
Layouts aufgefallen)

Es gibt jedenfalls keine derartige Sicherungs-Schaltung auf der 
ITX-Netzteil-Platine.


Fehlervermeidung
Wenn du von einer gewissen externen Eingangsspannung ausgehst solltest 
du da auch einen kleinen billigen Überspannungsschutz vorsehen.
(nicht einfach die 12V zum Relais und CardReader gehen lassen)


GünstigeLösung
Ich bin von mir ausgegeangen, für Step-Down muss ich immer meine P-Kanal 
Mosfets nehmen und die können max. 4A und unter 9V aber für Step-Up kann 
ich N-Kanal nehmen.

Ich glaube dass ich 5V herstellen würde, 12V Step-Up und den Rest 
Step-Down.
Wie gesagt, damit die µC keine HF abbekommen intelligent filtern.

Wenn du keine Kühlungs oder Batterie-probleme hast nimm doch einfach 
einstellbare Spannungsregler.


100V -> 5V
5V -> 12V (Relais ist die HF egal, kann aber negative Auswirkung auf die 
EMV haben, für den CardReader solltest du die Spannung filtern)
5V -> 3.6V (LM1117DT-ADJ o.Ä.)
5V -> 3.3V (Step-Down)
5V/3.3V -> 1.8V (GM1117-1.8 oder LM1117DT-ADJ)



@ josef
> drei Sekundaerwicklungen fuer 12V, 5V und 3,6V mit 2,3A und
> Feedbackregelung auf die 3,6 Volt

Ich bin da gar kein Fan von! Die beeinflussen sich doch gegenseitig.
Zu irgend einem ungünstigen Zeitpunkt hast du nicht 1.8V sondern 1.9V 
oder 1.7V , das ist der Nachteil bei der Fly-Back-Regelung.

Du kannst ja nur indirekt über die Ansteuerung der Primären Spule eine 
Ausgangsspannung regeln.

Autor: Daniel Duesentrieb (daniel1976d)
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Danke fuer deinen Kommentar.

Zur Zeit wird auf dem Board, welches jemand anderes entworfen hat eine 
wie ich finde sehr lustige Kombination benutzt.
Eingangsspannung auf 3.6V, 3.6V auf 5V, 5V auf 12V. Wir haben nur erlebt 
das diese Schaltung recht grenzwertig ist. Sie funktioniert manchmal 
einfach nicht bzw sie liefert einfach nicht die geforderten 200mA am 12V 
Ausgang. Die Schaltung hat drei dieser 12V Ausgaenge. Die Booster (3.6V 
auf 5V, 5V auf 12V) sind einfach in Reihe geschaltet (gleicher Type) und 
besitzen eine Spule die Eingang und Ausgang miteinander verbindet und 
alles ohne Filterung oder Sequencing (alles schlatet irgendwie bzw 
irgendwann ein). Diese moegliche Rueckwirkung (ueber die Spule) ist mir 
irgendwie unsymphatisch. Der Wirkungsgrad der Schaltung ist natuerlich 
auch irre. Jedoch muss ich sagen das der Wirkungsgrad nicht das 
Wichtigste ist.

Wichtig ist ein anfaenglich gerigner Stromverbrauch. Dachte an einen 
Schalter / Contact Monitor der staendig laeuft, bei Betaetigung den 
schlafenden Prozessor weckt und dieser entsprechend die (Schalt / 
Laengst) Regler hochfaehrt.

Hat jemand eine Idee bezueglich der EMV. Wie saehe es aus die 
Schaltregler zu synchronisieren??? Bringt das was und wie macht man 
sowas?

Danke nochmals fuer die Beitraege.

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Leider ist alles DC und ich kann keine Spulen gebrauchen.

  [...]

> Ich dachte an einen Step Down Schaltregler

Ziemlich wirr.

Keine Spulen und dann doch wieder ein Schaltregler.

Autor: Daniel Duesentrieb (daniel1976d)
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Sorry war umnachtet ... klar brauch ich Spulen... :)

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