"Simple Switcher" 3A Schaltnetzteil

[BASTIUniversal]

Hallo!
Ich stecke gerade mitten in der Bastellarbeit für meinen ersten Roboter. Angefangen hab ich heute mit der Spannungsversorgung für den Roboter, und weil die Akkukapazität kostbar ist wollte ich keinen Festspannungsregler verwenden.
Also hab ich mich hingesetzt und ein kleines Schaltnetzteil entworfen.

Daten:
- Wahlweise 3,3V/5V/12V/15V, je nach eingesetztem Modell
- Liefert min. 3A
- Wirkungsgrad typ. >75%
- Sehr einfacher Aufbau (darum auch "Simple Switcher")
- Sehr kleine Platine (5x3cm)
- Mit unter 4,00€ sehr geringe kosten
- Verwendet den LM2576-Txx (das xx steht für die Spannung) aus der "Simple Switcher"-Reihe von National

Der Aufbau des Schaltreglers besteht tatsächlich nur aus 3 Kondensatoren, 2 Steckern, einer Spule, einer Diode und dem Regler. Einer der Kondensatoren am Ausgang kann auch weggelassen werden wenn der Ripple der Spannung egal ist (z.B. für Motoren).
Der LM2576 produziert bei 3A Ausgangsstrom und 12V Eingangsspannung eine Verlustleistung von ca. 2,5W. Diese Wärme muss mit einem (wirklich) kleinen Kühlkörper abgeführt werden (ein Festspannungsregler müsste hier 21(!)W loswerden...!!!).

Der Schaltplan, das Layout und eine Teileliste sind im Anhang, genau wie ein Bild der fertigen Platine.

Der Aufbau ist getestet und auch funktionsfähig. Die vollen 3A hab ich noch nicht entnommen, aber das kommt mit einer Ausführlichen Anleitung in den nächsten Tagen.

MfG
Basti

Edit:
Da ich jetzt endlich ein Oszi hab, habe ich einfach mal die Ausgangsspannung bei verschiedenen Lasten und mit einem LC-Filter aufgezeichnet.
Die Ripplespannung bewegt sich ohne Filter zw. 100 und 600mVss. Mit Filter wird der Ripple auf ca. 60mVss reduziert und es treten keine Peaks mehr auf.
Naja, ein Bild sagt mehr als tausend Worte...im Anhang hab ich eine kleine "Collage" bereitgestellt.

[Felixx87]

Hmm

des ding ist aba Hoch :) Schaut sonst ganz gut aus und den Kram könnte man auch inner Bastlerkiste finden ok den Switcher eher nicht ;)

aber schnell zu machen.

ich hab übrigends auch mal son schaltregler gemacht! der ist aber einstellbar(oder auch fest stellbar je nach widerstand) und ich komm auch auf 3 A (wenn ich die Strombegrenzung erhöh) bin aber wesentlich flacher dank SMD Technologie ;) die Kosten sind dafür auch höher (frag mich nich wiehoch die Bauteile wurden gesponsort)

[BASTIUniversal]

Naja, der Regler ist nur deshalb so hoch, weil der Kondensator links vom Kühlkörper im weg ist. Im Layout das ich zur Verfügung gestellt habe ist der Fehler behoben und müsste damit auch 5-7mm niedriger sein.
Bei Ausgangsströmen um 1A kann man den Kühlkörper ganz weglassen...!

[nestandart]

im SMD hätte es schöner ausgesehen :)

[BASTIUniversal]

Hmmm...SMD könnte da etwas schwierig werden, vor allem mit den großen Elko's und der Induktivität!
Bei Reichelt ist der größte SMD-Kondensator ein 100µF Typ mit max. 6,3V! Induktiviäten sind bei Reichelt sowieso sehr rar...vor allem SMD.

Mir ging's halt auch darum, dass die Teile leicht und günstig zu beziehen sind.

Im Anhang gibt's noch ne Ausführliche Beschreibung zum Projekt (Word Format).

MfG

[Christoph2]

Hallo!
Mir gefällt der Regler sehr gut!
Könntest du den Schaltplan posten, ich kann 2 Datein im rar-File nicht öffnen, und nehme an, dass er da drinn ist.

MfG,
Christoph

[BASTIUniversal]

So, hab den Schaltplan jetzt als JPG-Datei in den Anhang gepackt.

Für höhere Ströme würde ich eine Speicherdrossel empfehlen, die sorgt dann für Wirkungsgrade von über 75%. Mit der Reichelt Drossel kommt man nur bis max. 70%.

Als Speicherdrossel kann ich die von Würth Elektronik empfehlen (z.B. die "744154" der Serie WE-SI)...dann muss man aber das Layout geringfügig ändern.
Würth Elektronik stellt auch Muster zur Verfügung bzw. bei RS Online bekommt man Speicherdrosseln.

MfG

[dennisstrehl]

Hast du bzgl. der miesen Wirkungsgrade bei kleinen Belastungen mit den Speicherdrosseln eigentlich noch was rausgefunden?

MfG

[ogni42]

Und bei reichelt bekommt man Ringkerne, zum Selberwickeln. Ist meistens etwas preiswerter.

[dennisstrehl]

Die meisten Leute (mich eingeschlossen) wissen nur nicht, welche der Ringkerne dafür nutzbar sind. Ich hab mal gehört, die Eisenpulverringkerne mit -18 und -26 wären ganz ok, die -18er haben glaub ich meist etwas geringere Kernverluste.
Von Ferriten hab ich kein Plan ...

MfG

[ogni42]

Es gibt im Netzt ein minirk.exe. Da sind die Kerne drin und Du kannst Dir anschauen welche brauchbar sind.

Wissenswert ist noch die maximale Magnetisierung eines Kernes. Die liegt bei der Eisenpulver-Kernen irgendwo bei 1T bei Ferrit ist es niedriger. Aus mikrocontroller.net gab's da mal einen Thread zu. Auf die von mir geposteten Zahlen sollte man sich nicht verlassen, die sind geschätzt!

[BASTIUniversal]

Hi!
Muss mich da nochmal hinsetzen, hab grad Urlaub...da gehen andere dinge vor :-)

Ich probier (vielleicht morgen...je nachdem) mal ne andere Diode ala 1N5819 und weniger Kapazität am Ausgang, n paar 100nF spendier ich dem Regler auchnoch (welche ja laut Referenzdesign nicht nötig sind).

Ich meld mich dann wieder...!

[BASTIUniversal]

So, ich hab jetzt noch ein paar Versuche gemacht...aber mit sehr kleiner Last kommt der Regler gerademal auf runde 60% Wirkungsgrad.
Mit einer 1N5819 als Diode hab ich bei ~800mA Last nen Wirkungsgrad von ca. 79% gemessen.

Naja, ich werd weiterforschen und vielleicht sogar nen anderen Regler testen!

[pongi]

Ich hätte bezüglich Spannungsregelung auch eine Frage. Aus diesem Thread entnehme ich, dass es sich also lohnt einen Spannungsregler mit dem LM2576 zu bauen, anstatt eine 7805 zu nehmen, wenn man eine höhere Akkulaufzeit haben möchte, oder? Bzw. was würdet ihr mir empfehlen wenn ich ein Akku mit 7,5-12V habe, und damit ein Atmega8 steuern möchte (und natürlich noch die Motoren die dabei sind, die aber halt ohne Spannungsregelung).

MfG

pongi

[BASTIUniversal]

Hi!
Mit nem Schaltregler bekommst du im Endeffekt ne längere Akkulaufzeit weil du weniger Verluste am Spannungsregler hast.
Wenn du nicht viel Strom brauchst, dann kannst du z.B. auch den LM2574 nehmen. Der ist im angenehmen 8poligen DIP Gehäuse und kann max. 500mA liefern.
Der Vorteil von dem LM2574 ist in erster Linie die Größe, da auch die Spule und die Diode kleiner werden (muss ja net so viel Strom durch!).

Diese Regler funktionieren ab 7Volt, also kannst du deinen Akku voll ausnutzen (Tiefentladeschutz aber nicht vergessen!). Gibt übrigens noch mehr von diesen "Simple Switcher" Teilen.

MfG

[pongi]

Öhm... Tiefentladeschutz? Was ist das? Wie baut man es?

[BASTIUniversal]

Naja, je nach Akku darfst du nur bis zu einer gewissen Spannung Entladen. Wenn du darunter gehst, dann geht der Akku kaputt. Dazu müsste es einiges geben, einfach mal danach Suchen!

[BASTIUniversal]

Hallo!
Hab im Urpost eine kleine Zusammenstellung von Ausgangsspannungen bei versch. Lasten reingestellt (aufgenommen mit nem Oszi).

Ist ganz interessant zu wissen was da hinten überhaupt rauskommt.

MfG

[Walich]

Hi Basti,

ich wollte zuerst den L7812C-V zu stabilisierung meiner Akkuspannung nutzen.
Bei 13,8 V (also vollgeladen) habe ich am Ausgang 12,15 V gemessen und bei 10,5 V (also minimale Bleiakkuspannung) 9,5 V. Das heißt es fehlt am Regler 1(0,9) V ab.

Da ich jetzt deinen Schaltregler einfach Genial finde, werde ich höchstwahrscheinlich deine Lösung bevorzugen. Deshalb habe ich ein paar Fragen an dich.

1. Welche Spannung fehlt an deinem Schaltregler ab?
2. Wie hast du den Wirkungsgrad ausgerechnet?
3. Verstehe ich das richtig, dass du die zwei 1000 MikroF parallel geschaltet hast, weil ein 2000(1800/2200) MikroF Elko zu groß ist?

Mit freudlichen Grüßen

Valentin

[BASTIUniversal]

Hi!
Für deinen Fall brauchst du wahrscheinlich eher einen Buck-Boost Regler oder wie die heißen...der kann Step-Up als auch -Down.

Wenn du das ganze mit nem Step-Down Regler machen willst, dann muss ich dich enttäuschen...der braucht ne größere Eingangsspannung als Ausgangsspannung.

1.) Für die 5V Version brauchst du min. 8 oder 9V, bei der 12V Version wird es mehr sein (steht genau im Datenblatt).
2.) Wirkungsgrad [%] = (Aufgenommene Leistung / Abgegebene Leistung) * 100
3.) 2 1000µF Kondensatoren haben einen geringeren Innenwiderstand (ESR) als ein einzelner 2000µF Kondensator.

MfG

[Walich]

Erstmal vielen Dank für den Tipp. Ich werde mich dann über die 12 V Version weiter informieren.

Aber die 5 V Version würde ich schon gerne nachbauen.
Habe versucht den Wirkungsgrad in deiner Word-Dokumentation auszurechnen. Klapt irgendwie nicht. Wirkungsgrad [%] = (12V*2,5A)/(12V*2,5A-2,5W)*100 = 109,09 %.

Und noch was!
Die 5 V werde ich an viele ICs legen und die Anzahl dieser wird sich durch Erweiterungen ständig erhöhen. Das heißt die Stromstärke wird sich verändern. Jetzt habe ich gelesen, dass man die Speicherdrossel an die Schaltung anpassen muss. Wie (stark) hängt das den von dem Strom ab?

Danke für die Hilfe.
Valentin

[BASTIUniversal]

Hi...
du musst aufgenommene Leistung mit der abgegebenen Leistung tauschen, dann funktionierts (mein Fehler...).

Zur Drossel...ich hab verschiedene ausprobiert, bei verschiedenen Lasten. Funktionieren tut's immer mit 100µH, nur der Wirkungsgrad leidet ggf. ein wenig.
Da Hilft nur Datenblatt lesen oder empirisch ermitteln.

MfG

[Walich]

Danke Vielmals.
Ich glaube, dass jetzt alle meine Fragen geklärt worden sind.
Wenn nicht, dann melde ich mich wieder.

MfG
Valentin

[Walich]

Hallo zusammen,

ich habe mir gedanken darüber gemacht, ob ich den "Simple Switcher" vielleicht erweitern kann?

Das Labor-Netzteil, den ich habe, hat eine Leistung von 10 W. Das ist mir zu wenig. Und ich bin schon oft an die Grenzen gestoßen.

Deshalb will ich ein Labor-Netzteil bauen, der eine Leistung von 300 W oder mehr haben soll. Bei 36 V fließt ein Strom von 8 A.

Meine Frage ist, kann ich den Simple Switcher so modifizieren?

Für eine Modifikation meiner Modifikation bin ich sehr ofen.
Valentin

[BASTIUniversal]

Hi!
Also in meiner Datenblatt Version steht da nix drüber drin. Wenn du das Teil mit 36V betreiben willst, würd ich dir die HV-Version ans Herz legen. Die normale Version hat ne max. Betriebsspannung von 37V (Maximum Rating), die HV-Version 57V.

Wenn's wirklich bis 8A gehn soll, dann nimm doch gleich einen Regler der das von Hause aus schafft...die sind auf sowas optimiert (der LM2576 ist nunmal für 3A gebaut worden).
Linear hat sehr sehr viele Regler, die auf deine Angaben passen könnten...genauso Maxim. Bei beiden gibt's Regler für bis zu 240A, aber die Schaltungen werden immer komplexer je mehr Strom man abnehmen will!
Der einfachste in der Klasse bis 10A ist (nach 5 Minuten suchen) der MAX1745. Den wirst du aber wahrscheinlich nur als Sample bekommen.

MfG

[ogni42]

Hier www.sprut.de gibt es Schaltpläne für Step-Up Step-Down Konverter höherer Leistung.