O-Ring Spannungsversorgung

[demmy]

Hallo zusammen,

Ich bin gerade eine Gerätschaft am Basteln die mit einer O-ring Spannungsversorgung ausgestattet sein soll.
D.h. das Gerät soll entweder per USB mit 5V betrieben werden können oder alternativ mit einer separaten Spannungsquelle von 5V - 24V DC.

Zudem möchte ich nicht, wenn das Gerät an einer separaten Spannungsquelle hängt und ich die USB-Schnittstelle benötige, das Gerät extra von der separaten Spannungsquelle trennen müssen. Sondern ich möchte dann auch einfach den USB-Stecker in den PC-stecken können ohne das etwas passiert.

Aus diesem Grund habe ich mir folgende Schaltung überlegt:



Zudem erhoffe ich mir durch die Verwendung der Mosfet anstelle von Dioden einen geringeren Leistungsverlust und daher eine geringere Wärmeentwicklung.

Verpolungssicher sollte das ganze auch sein.

Was haltet Ihr davon? Bzw. kann ich das so machen?

Viele Grüße

[Klebwax]

Was ein "O-Ring" in einer Schaltung zu suchen hat, weiß ich nicht. Was du sicher meinst ist "or" auf deutsch "oder". Und das macht man mit zwei Dioden, die bilden ein Oder.

Die Diode im jeweiligen Zweig bildet automatisch einen Verpolschutz, obwohl der beim USB-Anschluß eigenlich überflüssig ist. Hast du USB Kabel die intern verpolt sind oder liefert dein PC ab und an aus Spaß die USB-Versorgung verkehrt herum? Unwahrscheinlich, Verpolschutz überflüssig.

Nun zur Leistung. Ein USB-Anschluß darf bis zu 500mA belastet werden, bei einer Schottky Diode mit ca. 0,4V Durchlassspannung sind das maximal 200mW, das ist eigentlich unerheblich. Dein Regler, an dem 1,3V und bei 500mA 650mW abfallen ist da schon kritischer. Nehmen wir mal an, an der Diode würde nichts abfallen, müßte er 1,7V und 500mA, also 850mW aushalten (die Summe von 200mW und 650mW ergibt 850mW, die Abwärme deiner Schaltung bleibt die gleiche). Auch wenn du weniger Strom brauchst, bleiben die Verhältnisse gleich. Bei dem 24V Eingang spielt die Verlustleistung an der Diode im Vergleich zur Verlustleistung des Reglers gar keine Rolle. Wir haben wieder 0 oder 200mW an der Diode zu 10,35W oder 10,15W am Regler. Wie man sieht, Ist der Regler das Problem und nicht die Diode. Und wie man weiterhin sieht, ist die Gesamtleistung in deiner Schaltung unabhängig von der Durchlassspannung der Diode.

Der ganze Aufwand mit den "idealen" Dioden ist überflüssig, overengineered. Überflüssige Bauteile erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers, von falschem Bauteil oder verkehrtherum bestückt bis zu gänzlichem Ausfall. Hier kost außerdem IMHO die FET-Konstruktion massiv mehr als der Regler. Das wirkliche Problem, die bis zu 10W am Regler abzuführen, ist damit noch nicht angepackt.

MfG Klebwax

[demmy]

Hi Klebwax,

du hast recht das war ein Schreibfehler, ich habe natürlich or-ing gemeint!

Bei dem Regler handelt es sich um einen Step-down Schaltregler, der in einem Eingangsspannungsbereich (laut Datenblatt) von 4,75 V bis 30V arbeiten kann.
Ich habe diesen Schaltregler schon in einigen Schaltungen eingesetzt und mir ist noch nie aufgefallen das er irgendwie signifikant warm geworden ist.

Die Lösung mit der idealen Diode ist mir in den Sinn gekommen um die minimale Eingangsspannung des Reglers nicht zu unterschreiten. Im USB-Betrieb mit 5V
Versorgungsspannung hätte ich ja bei Verwendung einer Schottkydiode mit 0,4V nur noch 3,6V am Regler. Ich weiß nicht ob der Regler dann noch sauber arbeitet,
zumindest wäre das außerhalb der Spezifikation laut Datenblatt.

An welche Diode hattest du denn gedacht?

Bei dem Verpolungsschutz ging es mir nicht so sehr um die USB-Versorgung, da diese ja wie du gesagt hast eig. Verpolungssicher ist.
Sondern mir ging es dabei hauptsächlich um die 24V Spannung, da diese leicht verkehrt herum angeklemmt werden kann.

Den Strombedarf der Schaltung wollte ich zudem über die Sicherung auf 200mA deckeln. Mehr darf die Schaltung eig. nicht ziehen.
Falls doch, dann stimmt was mit der Schaltung nicht.

[Klebwax]

Bei dem Regler handelt es sich um einen Step-down Schaltregler, der in einem Eingangsspannungsbereich (laut Datenblatt) von 4,75 V bis 30V arbeiten kann. Ich habe diesen Schaltregler schon in einigen Schaltungen eingesetzt und mir ist noch nie aufgefallen das er irgendwie signifikant warm geworden ist.

Der Typ des Reglers ist für mich im Schaltplan nicht zu erkennen, er sieht für mich wie ein dreibeiniger Längsregler aus. Bei einem Schaltregler stimmen meine Rechnungen mit der Verlustleistung so natürlich nicht. Auch daß die Sicherung 200mA hat, ist nicht lesbar. Daher habe ich die 500mA der USB Spec. angenommen.

Die Lösung mit der idealen Diode ist mir in den Sinn gekommen um die minimale Eingangsspannung des Reglers nicht zu unterschreiten. Im USB-Betrieb mit 5V Versorgungsspannung hätte ich ja bei Verwendung einer Schottkydiode mit 0,4V nur noch 3,6V am Regler. Ich weiß nicht ob der Regler dann noch sauber arbeitet,

Ich komme da auf 4,6V.

An welche Diode hattest du denn gedacht?

An nichts spezielles, 200mA sind nicht die Welt, für eine BAR43, die ich gerne als kleine Diode einsetze aber zu viel. Die kann nur 100mA. Dafür gibts die als Doppeldiode, wenn man die richtige nimmt, braucht man nur ein SOT23 Gehäuse.

Bei dem Verpolungsschutz ging es mir nicht so sehr um die USB-Versorgung, da diese ja wie du gesagt hast eig. Verpolungssicher ist. Sondern mir ging es dabei hauptsächlich um die 24V Spannung, da diese leicht verkehrt herum angeklemmt werden kann.

Das erledigt die Diode automatisch mit. Ich versuche aber immer, ein Verpolen mechanisch zu verhindern. Man sucht sonst ewig, warum die Schaltung mit der USB-Versorgung funktioniert, aber mit 24V nicht läuft.

MfG Klebwax

[Defiant]

Der Schaltplan könnte echt größer sein... LM5050 halte ich für eine gute Wahl, Ich verwende den LM5050-2 zur Umschaltung der Akkus in meinem Roboter. Ich habe kurz in das Datenblatt des LM5050-1 geguckt, minimale Eingangsspannung ist 5V. Auch wenn USB nominell 5V hat, habe ich bei größeren Strömen eher so 4.8V gemessen (Zugegeben, das liegt vermutlich an den dünnen USB-Kabeln). Da hier die "alternative Spannung" deutlich größer als 5V ist, würde ich vermutlich nur ein LM5050 der zwei Mosfets ansteuert verwenden. Also bei Anliegen der 24V den Mosfet für 24V durchschalten und für 5V ausschalten.

[demmy]

Ich glaube gestern Abend war es doch einfach echt schon zu spät für mich!

Die Diodenvatiante habe ich auch aus dem Grund verworfen da ich keine passende Diode gefunden habe. Das Vf muss möglichst klein sein, so um die 0,1 - 0,2V bei gleichzeitigem If von min. 500mA und ich brauche ein Vr von min. 30 V wegen der 24V auf dem einen Kanal.
Ich hätte das evtl. lösen können indem ich eine hoffnungslos überdimensionierte Diode verwende die dann nur im unteren Bereich arbeitet.
Dann bleibt aber noch das Problem das bei diesen Dioden meistens der Ir sehr hoch ist.

Sorry für den schlechten Schaltplan, ich hab versucht ihn in besserer Qualität zu laden, hat aber irgendwie nicht funktioniert.
Ich versuche es heute Abend nochmal.

Defiant, wie soll denn die Schaltung aussehen mit den zwei Mosfet an einem LM5050 ?

Viele Grüße

[Siro]

Hallo zusammen,
ich hatte grade eine Idee, ich weis aber nicht ob das so funktionieren kann:

Erklärung anhand des angefügten Schaltplans:
Die P-Channel Mosfets sind bewust verkehrt rum angeschlossen. Also Source und Drain vertauscht.
Damit kann ich die internen Bodydioden gegeneinander schalten.
Wenn ein Mosfet leitend wird, ist die Bodydiode überbrückt. Der Drain/Source Übergang wird extrem niederohmig, paar Milliohm je nach Mosfet
Ist der Mosfet gesperrt wirkt die Bodydiode wie eine normale Diode.
Die beiden Zenerdioden begrenzen die Gate Source Spannung jeweisl auf 10 Volt. Die meisten Mosfets können auch 20V am Gate.

Fall 1:
USB hat +5 Volt
Netzteil ist nicht angeschlossen.
T1 leitet, da das Gate über R1 nach Masse gezogen wird.
Es erscheint die USB Spannung am Ausgang.
Spannungsabfall bei einem IRFR5305 mit 65mOhm bei 500mA 32,5 mV
Am Ausgang erscheinen also bei 4,967 Volt unter Last von 500mA
Die Zenerdiode ist hierbei nicht erforderlich, liegt also brach.

Fall 2:
Netzteil ist angeschlossen
USB ist NICHT angeschlossen
T2 leitet, da das Gate über R2 nach Masse gezogen wird.
Es erscheint die Netzteilspannung am Ausgang.
Spannungsabfall bei einem IRFR5305 mit 65mOhm bei 500mA 32,5 mV
Am Ausgang erscheinen also die Netzteilspannung - 32,5 mV
! Da die Netzteilspannung regelbar von 5-25 Volt ist, werden die Zenerdioden beide
irgendwann leitend und schützen die Gates der Mosfets.

Fall 3:
Netzteil ist angeschlossen
USB ist angeschlossen.
Jetzt würden wieder beide Mosfets leitend werden, aber:
Der R3 zieht das Gate von T1 nach oben und damit sperrt T1
es ist also nur noch T2 leitend.
Es erscheint die Netzteilspannung am Ausgang.

Das ist die Theorie, ob das geht weis ich nicht......

Erster Versuch ein Mosfet IRF4905 an 5 Volt mit 500 mA Last (10 Ohm Widerstand)
Es fallen 0,028 Volt ab entspricht einem RDSon von 56mOhm.

Zufrieden bin ich leider noch nicht mit der Lösung hab grad rumprobiert.....
Das Prinzip an sich funktioniert schon, aber die Widerstände sind ganz entscheidend.
So kann es passieren, dass die Netzteilspannugn am USB ankommt, das geht natürlich garnicht........

Siro

[Klebwax]

Ich glaube gestern Abend war es doch einfach echt schon zu spät für mich!

Die Diodenvatiante habe ich auch aus dem Grund verworfen da ich keine passende Diode gefunden habe. Das Vf muss möglichst klein sein, so um die 0,1 - 0,2V bei gleichzeitigem If von min. 500mA und ich brauche ein Vr von min. 30 V wegen der 24V auf dem einen Kanal.

Das löst dein Problem eigentlich auch nicht, der USB Anschluß garantiert dir nur 4,75V. Und die stimmen nach dem Widerstand deiner Entstördrossel auch schon nicht mehr. Sie hat, so sie denn nicht ein wirklich großes Teil ist, schon einen merkbaren ohmschen Widerstand.

Du machst dir das ganze aber unnötig schwer. Solange es nicht ein kommerzielles Produkt ist (dafür würde man einfach einen Schaltregler eindesignen, der auch mit einem normalen Diodendrop von 0,7V leben kann und die gibts für diese kleinen Ströme sicher zu Hauf), würd ich das einfach mal mit einer Diode versuchen. Es wird bestimmt funktionieren, die 3,3V mögen dann unter Vollast vielleicht nur 3,27V sein, Dafür entwickelt man sich nicht einen Wolf und muß alle möglichen Teile beschaffen sondern hat mehr Zeit für das eigentliche Gerät. Aber, es ist dein Projekt...

MfG Klebwax

[demmy]

Also grundsätzlich bin ich auch für die einfachste Lösung.

Welchen Schaltregler würde man denn in einem kommerziellen Produkt verwenden?

Ich habe eben mal ein wenig rumgesucht aber irgendwie nichts wirklich brauchbares gefunden.
Kennst du einen Schaltregler den du mir empfehlen könntest und der in die Anforderungen meiner Schaltung passt?

Gruß demmy

[Klebwax]

Also grundsätzlich bin ich auch für die einfachste Lösung.

Welchen Schaltregler würde man denn in einem kommerziellen Produkt verwenden?

Kann ich dir nicht sagen. Der, der schon auf anderen Produkten eingesetzt wird, oder der den Hausdistributor auf seiner Linecard hat (womit man den Umsatz mit ihm und möglicherweise die Rabattstaffel verbessert).

Nimm den, den du hast. Es wird funktionieren. Und sollte es was kommerzielles werden, machst du gerade Überstunden und ich hab Feierabend.

MfG Klebwax