StepDown Regler Eigenbau

[Lord_Luncher]

Hallo Leute,

Es kann sehr gut sein, dass ich mich hier nicht im richtigen Forum befinde, dennoch bin ich der Meinung hier gut aufgehoben zu sein mit meiner Schaltung :-D

Kann und möchte mir jemand sagen, ob die Schaltung im Anhang funktioniert, oder ob ich irgendetwas falsch dimensioniert habe?
Die Schaltung soll mit einem Mhz PWM laufen und einen maximalen Ausgangsstrom von mindestens 17,5 Ampere liefern.
Der Attiny13 soll über den Spannungsteiler die Ausgangsspannung messen, und ggf das PWM Signal anpassen.
Die Bauteile findet man alle bei Reichelt Inkl. Datenblätter.

Habe ich irgend-etwas vergessen?

Vielen Dank!

[rideyourstyle]

Auf die Schnelle und in Betracht der Uhrzeit würde ich sagen der tiny ist zu langsam dafür! Nicht seine Taktfrequenz spielt ein Rolle sonder die Geschwindigkeit des AD-Wandlers ist entscheidender.
Ich würde das mit einem Analogregler mit Operationsverstärker bauen, und die Parameter einstellbar machen. Da alles schön Analog ist kannst du es eventuell Simulieren und den Regler so auslegen. Schau mal bei TI, die bieten gratis eine Variante des Simulationsprogrammes Tina an: "Tina TI", damit sollte das machbar sein....
Kenne deine Bauteile nicht, aber 17.5 Ampere macht man normalerweise nicht einfach so schnell mal! Die Schaltung selbst sollte okay sein. Ich finde aber die Ausgangskapazität ziemlich gross. Willst du damit den Regler "entlasten"?

Gruss

[robocat]

Wie soll der arme Attiny13 denn den Strom herbringen, um das Gate umzuladen? Das wird nicht mal bei 50kHz gehen Dass er nicht nachregelt so schnell ist sowieso klar.

[BMS]

Hallo,
bei dem FET gibt es mehrere Probleme:
1. von robocat angesprochen: Der Tiny kann das Gate nicht schnell genug umladen. Es braucht einen vernünftigen Gate-Treiber, v.a. bei diese immens hohen Schaltfrequenz!
2. Der FET liegt an Vcc, der Tiny kann jedoch nur +5V und 0V an das Gate anlegen. Ist Vcc deutlich höher als 5V, wirst du den (p-Kanal) FET nicht mehr ausschalten können.
3. Schau dir die Bodydiode des FETs an: in diesem Fall kann darüber ständig Strom fließen, egal wie der FET geschaltet ist. Da stimmt etwas nicht!
Generell wird das im MHz-Bereich schon alles nicht mehr trivial. Da spielt auch das Layout eine sehr große Rolle, das beginnt schon mit parasitären Induktivitäten der Leiterbahnen.
Warum möchtest du das komplett diskret aufbauen? Es gibt einige integrierte Schaltungen, die dir das abnehmen können (z.B. L4970A für 10A)
Grüße, Bernhard

[ichbinsisyphos]

Funktioniert der MOSFET so? Was da zum Schalten zählt ist doch eine Spannung zwischen Source und Gate, oder (ich hab das selbst nie verinnerlicht)? Traditionell würde man die beiden glaub ich mit einem Widerstand verbinden und die Gate-Source-Spannung verändern, indem man dort einen Strom drüberzwingt. Außer man schließt dass Teil so an, dass Source an Masse liegt, dann kann man mit einer separaten Spannung auch was ausrichten.

Wenn das nicht nur eine Übung ist, wird man wahrscheinlich erstmal die PWM in einen IC auslagern und dann trotz aller guten Vorsätze früher oder später bei einem Schaltnetzteil-IC enden weil die Integration jede Menge Vorteile bringt.

[Lord_Luncher]

Vielen Dank schon mal für die ausführlich Antworten :-D
Also ja stimmt, das mit dem MOSFET wird denke ich auch nicht funktionieren da muss ich mir noch was überlegen...
Wegen dem "armen Tiny": http://opus.haw-hamburg.de/volltexte...pdf/thesis.pdf
der Verfasser hat sogar über den Tiny noch einen Step-Up Regler realisiert, also denke ich dass der Tiny für einen StepDown Regler ausreichen wird.
Der AD-Wandler des Attiny13 gibt mit alle 13us eine Wandlung also fast 77k/s
Sollte denke ich reichen, auch wenn es die PWM Frequenz nicht ganz ausreizt.

Den Tiny würde ich gerne verwenden, um die Spannung einfach anpassen zu können.

Das mit der Diode im MOSFET fand ich auch merkwürdig, aber das würde ja keinen Sinn machen, wenn der FET dauerhaft durchschalten würde oder?

Wegen Schaltungs-IC: Ich habe jetzt schon eine ganze Weile im Netz gesucht und finde keinen der passen würde. Ich bräuchte einen Maximalstrom von 17,5 Ampere und eine Ausgangsspannung die ich anpassen kann. Außerdem bin ich ein Fan von digitalen Schaltungen :-D Da darf von mir aus auch gerne mal mit Kanonen auf Spatzen geschossen werden ^^

Ich kann natürlich auch sagen, dass ich eine Schaltfrequenz von 125 kHz nehme. Würde das ausreichen um eine einigermaßen glatte Spannung zu bekommen, ohne gleich Drosseln im mH Bereich verwenden zu müssen? Würde das die Schaltung imens vereinfachen? Die Leistungsverluste werden geringer sein, das ist klar.

Zu der Ausgangskapazität: Ich möchte damit eine möglichst glatte Spannung, auch bei hohen Belastungen bekommen.

Das PWM wird Hardwareseitig vom Tiny erzeugt, kostet mich also keine Rechenleistung.

Ich schau mir mal ein paar Treiber-Bausteine an. Würde nur ungern nen Treiber verwenden, da dann schon wieder was da drin ist, was zum einen die Schaltung etwas komplizierter macht und zum anderen etwas was kaputt gehen kann. Wie sieht es mit LL-Fets aus? Die müsste man doch direkt ansteuern können oder?

Das mit dem Layout ist mir durchaus bewusst, und ich plane die Leiterbahnen auf denen die hohen Frequenzen laufen so kurz wie nur möglich zu dimensionieren. Dazu gehören vor allem die Leitungen zwischen FET und Spule und Ausgangs-Elko und natürlich die PWM Leitung vom Attiny.

Gruß

[Lord_Luncher]

Also die spulen sind mit einem recht dicken draht gewickelt. Hab keine schieblehre, sonst würde ich das eben nachmessen, aber ich habe die damals bei Conrad bestellt mit der Angabe von 16A . Ist zwar ein bisschen zu wenig, aber solche angaben sind in der Regel etwa Angaben oder nicht?

Wenn ich an der bestehenden Schaltung möglichst wenig ändern möchte, was müsste ich ändern damit das mir nicht gleich alles um die Ohren fliegt? Kann man das Gate vielleicht mit einem transistor ansteuern sodass ich das gate ge- und entladen bekomme? Also abgesehn davon dass ich einen anderen Mosfet verwenden muss wegen der komischen diode....

Ich werde mir mal angucken wie das mit einem Shunt läuft um den Strom zu messen...

Gibt es konkrete Empfehlungen für meinen Fall.?

Danke und Gruß
Luncher

[021aet04]

In der Elektrotechnik gibt es keine "in etwa" Angaben. Wenn die Spule für 16A ausgelegt ist, ist sie für 16A ausgelegt und nicht 17A oder 18A oder vielleicht einen anderen Wert.

Einen Fet kannst du direkt vom Gate aus ansteuern, einen integrierten Fettreiber verwenden oder selbst eine Push-Pull Stufe mit einer NPN/PNP Transistor Kombination (findest du im Internet).

Ich würde dir empfehlen klein anzufangen. Außer dir ist egal wenn viel mehr Geld in Material investieren musst weil so viel kaputt geht.

Mfg Hannes

[Besserwessi]

Wenn man den FET auf der VCC Seite haben will, so wie in der Schaltung, braucht man den extra Treiber nicht nur wegen dem Strom, sondern auch als Pegelwandler für die Spannung. Mit einem P-Kanal MOSFET könnte so etwas wie ICL7667 gehen, wenn die Eingangsspannung unter 16 V bleibt.
Mit einem N-Kanal MOSFET wird es komplizierter, denn man braucht eine Spannung über VCC: dafür gäbe es auch extra Treiber (z.B. IR2111), auch wenn man davon ggf. die Hälfte nicht nutzt. Allerdings ist da das Layout nicht ganz trivial. Oder man stellt die Schaltung um, das man die GND Seite schaltet. Der Regler wird dann aber einen Negativregler und hat kein durchgehendes GND mehr. Sofern die Spulen wirklich den Strom vertragen, könnte man den Wandler auch relativ langsam (z.B. 20 kHz) laufen lassen - das kommt den µC und den FETs entgegen, und der wesentliche Nachteil wäre das man halt größere Induktivitäten braucht.

Wie sind denn die Abmessungen der Spulen ?

Kleiner aufbauen ist nicht nur billiger, sondern auch etwas sicherer - bei 10 A fangen dünne Leitungen schon mal an zu glühen, und je größer der Elko, desto mehr Dreck wenn der platzt. Bei weniger Strom fliegt dann auch nichts um die Ohren. Für den Anfang reicht es da auch wenn die Spannungsquelle maximal 0,2 - 1 A liefern kann. Die Elkos / Spule und MOSFETs kann man auch gleich größer auslegen.

[BMS]

Also abgesehn davon dass ich einen anderen Mosfet verwenden muss wegen der komischen diode....

Nur am Rande: Dein p-Kanal-FET ist falsch herum drin, d.h. Source und Drain vertauscht. Beim Umdrehen liegt dann auch die Bodydiode wieder in Sperrrichtung und fällt dann erst mal nicht weiter ins Gewicht.
Grüße, Bernhard