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Thema: Konstantstromquelle als Schaltregler Problem Unterspannung?

  1. #1
    Benutzer Stammmitglied
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    Konstantstromquelle als Schaltregler Problem Unterspannung?

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    Hi,

    ich habe entweder hier oder im Microcontrollernetz mal was gelesen wie man einen Schaltregler (ich glaube den MC34063) als Konstantstromquelle "mißbrauchen" kann. Es geht darum eine Luxeon 3 Watt LED (700mA!) an einer höheren Spannung zu Betreiben und den rest nicht einfach zu verheizen.
    Das Ganze soll für eine Art "Taschenlampe" verwendet werden.

    Kann mir jemand eine Schaltung geben oder einen Tip dafür?

    Dann habe ich noch eine zweite Frage. Wenn ich mit einem MC34063 einen Step-Down Regler aufbaue und die Speisespannung sinkt unter den Wert der Eingestellten Ausgangsspannung (z.B. Weil die Akkus langsam leer werden) was passiert? Hört der MC34063 einfach auf zu oszillieren und der Strom rennt "ungeregelt" durch die Drosselspule oder fängt das ding an zu spinnen? Da die Spannung am Spannungsteiler ja auch sinkt könnte ich mir vorstellen das der anfängt mit Vollgas zu schalten und mir evtl mit dem Schalttransistor einen kurzschluß macht.
    Es geht darum einen Mega8 an einer Akkuspannung zu betreiben die mit fortschreitender entladung der Akkus ja immer kleiner wird. ein Linearregler hat aber zu viel Spannungsfall, vielleicht gibt es da was besseres?
    Hat jemand einen tip für mich?

    MfG
    KiR0

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Hi Kiro,
    schau dir mal led-treiber.de an. Die zweit-unterste Schaltung mit mosfet habe ich jetzt aufgebaut. Funktioniert auch mit der bipolaren Version und ist recht klein.
    Schalt aber paralell zur LED einen low-esr elko. Unter dem Oszilloskop hatte ich extreme Spitzen! Bei der Spule hilft nur ausprobieren, eher zu groß als zu klein. Wenn's fiept ist sie zu klein.

  3. #3
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Den MC34063 als Stromquelle für eine LED zu verwenden ist nicht weiter schwer.
    Du nimmst einfach die Step-Down Beschaltung aus dem Datenblatt und ersetzt den Feedback-Spannungsteiler durch einen Shuntwiderstand von der LED nach Gnd.

    Da der MC die Spannung am Feedback Pin immer auf ca. 1,25V (intere Referenz) konstant halten will, steuert er den internen Transistor entsprechend an.
    Da über dem Shunt (R2) je nach Strom eine Spannung abfällt, muss der Widerstand so gewählt werden, dass bei 700mA eine Spannung von etwa 1,25V abfällt.
    Als Formel: R = U / I = 1,25V (Referenz) / 0,7A = 1,8Ohm
    Der Widerstand muss aber eine Leistung von min. P = U * I = 1,25V * 0,7A = 0,875W aushalten können!

    Die Referenzspannung im MC wird nicht durch einen Spannungsteiler gebildet, sondern durch eine Diode. Das sichert eine konstante Ausgangsspannung auch bei schwankender Eingangsspannung.
    Der MC34063 braucht genau wie ein Linearer Regler etwas Luft zwischen der Ausgangsspannung und Eingangsspannung, nur das der MC diese Differenz nicht komplett in Wärme umsetzt. Mit 2V Differenz musst du auf jeden Fall rechnen, ansonsten wird einfach die gewünschte Spannung nicht erreicht.
    Eine Lösung für das Problem, dass die Eingangsspannung größer und kleiner als die Ausgangsspannung sein kann (also Eingang 3 bis 10V und Ausgang 5V), heißt Buck-Boost Regler. Das ist quasi ein Step-Up und Step-Down kombiniert.

    MfG

  4. #4
    Benutzer Stammmitglied
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    Hi,

    @avion23, danke die Seite kannte ich noch nicht sieht seht interessant aus *bookmark*

    @BASTIUniversal, Klasse Schaltung, gibt es noch eine möglichkeit wie man mittels PWM oder wenn dies nicht so einfach möglich ist in mehreren "Stufen" den LED-Strom und somit die Helligkeit regeln kann? Eine komplette Ausschaltung der Schaltung über den PWM-Eingang bei dann möglichst kleinem Verbrauch ist auch recht interessant, wenn dies ebenfalls möglich ist bin ich noch zufriedener Dann hätte ich die Grundvoraussetzungen meiner Schaltung im LED-Teil. Learning by doing ist bei den Luxeon recht kostspielig deshalb frage ich lieber
    Weiter hin hat der MC34063 ja einen Darlington als Schalttransistor. Laut Datenblatt bleiben an dem ca. 1.6 V hängen und werden somit (multipliziert mit dem fließenden Strom) als Wärme verheizt. Wäre es im sinne eines besseren Wirkungsgrades (Meine Schaltung läuft nur mit 6Volt höhere Spannungen sind nicht möglich) sinnvoll einen externen kleinleistungs-Fet an den MC34063 anzuschließen der den Strom schaltet? Da ein Mosfet ja einen sehr kleinen RDS-On hat würden Sich die Verluste in grenzen halten und der Wirkungsgrad würde steigen. Mit einer "dicken" Luxeon mit 700mA Flußstrom dürfte der interne Darlington meiner meinung nach überlastet oder zumindest ziemlich am Limit (verlustleistungstechnisch) sein.
    Da die Spannung recht niedrig ist werde ich wohl um einen Logic-Level Fet nicht herumkommen (oder doch transistor?) Kannst du das bestätigen oder habe ich irgendwo einen denkfehler drin?

    Als lösung für einen kombinierten Buck/Boost regler habe ich auch etwas mit dem MC34063 gefunden. (Dein Tip gab den Anstoß) Die Inverterschaltung kann beides, man muß halt mit den Potentialen aufpassen damit man keinen Rauch produziert. Das die Spannung anschließend invertiert ist, ist zwar etwas umständlich wenn man mit dem damit gespeisten Mega "externe" Verbraucher die auf der normalen Batteriespannung liegen ansteuern will, aber dafür gibts ja SMD-Optokoppler mit denen man das Problem erschlagen kann. Heute mittag werde ich mir (da ich eh Leiterplatten ätzen muß) ein Muster aufbauen und dieses Mal auf Stabilität und wärmeentwicklung untersuchen.


    MfG
    KiR0

  5. #5
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Also den Strom Regeln wird schwierig, das einfachste wäre ein großer Shunt und die Spannung dann mit nem (digitalen) Poti einstellen. Was am Effizientesten wäre, ist ein kleiner Shunt mit vielleicht 0,1 Ohm und dahinter ein OpAmp mit variabler Verstärkung (R3/R4 durch ein Poti ersetzen, R1 je nach max. Strom anpassen).

    Nach SwCAD bringt der MC mit dieser Schaltung leider keine 700mA mehr...in der Praxis hab ich das aber noch nicht ausprobiert.

    Am Darlington bleibt schon einiges hängen, das stimmt! Wenn du einen FET nimmst, musst du den aber trotzdem zur Ansteuerung verwenden und die Betriebsspannung muss trotzdem noch um einiges höher sein als die Ausgangsspannung.
    Ein Logik-Level FET wäre empfehlenswert. Der intere Transistor des MC kann übrigens bis 1500mA vertragen...!

    Bevor du den MC als Invertierer arbeiten lässt, schalte lieber zwei hintereinander. Der eine als Step-Up und der dahinter als Step-Down für die eigentliche Ausgangsspannung. Der Invertierer hat einen Wirkungsgrad von gerade mal 60% und die Gefahr das irgendwas aus versehen kaputt geht besteht auch noch.

    Für die wirklich hohen Wirkungsgrade von 85-95% brauchst du einen Modernen Schaltregler, der MC34063 ist ja auch schon etliche Jahre alt! Am besten schaust du dich mal nach LED-Treibern um, die sind dafür da...und wenn das ganze sowie so nur einmal gebaut wird, kannst du dir ja vielleicht ein Sample schicken lassen (also umsonst).

  6. #6
    Benutzer Stammmitglied
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    Hi,

    die ganze Sache wird eventuell auch mehrfach gebaut, das ist noch nicht sicher, je nach dem wie sich der Prototyp macht halt. Was für modernere Schaltregler kannst du mir empfehlen? Die Teile von LT sidn ganz gut, aber der Preis ist recht hoch und meiner meinung nach nicht ganz gerechtfertigt.
    Was für LED-Treiber kann ich für diese Sache ansonsten noch verwenden? ich hatte da einen MAX xxxxxxx mal wo gesehen, soweit ich weiß auch hier im Forum oder im Mikrocontroller.net. Mal sehen ob ich den noch finde...


    MfG
    KiR0

  7. #7
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Viel hab ich mit Schaltreglern noch nicht gemacht...ich hab eher selber welche entworfen und für unkritische Sachen den MC34063 benutzt. Den LM2576 hab ich auch schon mal verbaut, aber der dürfte hier nicht reinpassen.

    LT, National, TI, Maxim und wie sie alle heißen haben immer eine Suche nach Parametern.
    Die LED-Treiber von Maxim sind praktisch alle in Gehäusen untergebracht, welche nicht mehr von Hand lötbar sind.

    MfG

  8. #8
    Benutzer Stammmitglied
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    Hi BASTIUniversal,

    Ich selbst habe mit Schaltreglern ebenfalls noch nicht so viel zu tun gehabt, meistens ging es bei mir (wegen meinem Beruf) um "etwas" größere Leistungen. Entwicklung von Motorsteuerungen und Frequenzumformern. Ich hab noch im Keller irgendwo so einen "winzigen" Thyristorumrichter rumstehen (Gewicht ca. 45 Kilo ) Leider sind Strom/Frequenzregler für Wechselstrom eine andere kathegorie und ich kann mit dem damit erworbenen wissen bei DC-Konvertern leider (fast) nichts anfangen.

    Das Problem das man die Maxim-ICs nicht mehr vor hand löten kann (Stichwort BGA-Gehäuse usw) ist bei mir kein Problem, in der Firma habe ich vor kurzem mit meinem Chef geredet und kurz darauf stand ein kleiner Reflow-Ofen nebst zubehör bei mir in der Entwicklungsabteilung Damit dürfte die Bestückung kein Problem sein.
    Nun muß ich mir erst das benötigte Know-How der Schaltregler aneignen.

    Andere Frage, Ich will einen ATmega in meinem Lampenprojekt verwenden (steht ja weiter oben), wenn ich bei 5 NiMh-Zellen = 6 Volt Spannung bleibe und Den Mega daraus versorgen will welche möglichkeiten gibt es? (Der MC34063 als inverter scheidet aus, ich habe nachgerechnet nachdem du mich gewarnt hast, der Wirkungsgrad ist mehr als grausam...), Linearregler ist mehr eine Heizung als sonst was und der Spannungsüberhang reicht auch nur ganz knapp für einen linearen. Ich hätte auf dem 5Volt-Zweig eine maximale Last von 350mA (nen paar OPs, LEDs gesteuert mit PWM usw..).
    OK, die LEDs könnte ich auch direkt vom Akku versorgen und die per SMD-NPN Transi in Collectorschaltung gegen Masse schalten. Leider bringen dann die LEDs die benötigte Lichtleistung nicht mehr wenn der Akku in die Knie geht...
    Wenn ich nur den Mega speisen muß würde ich mit ca. 50 mA hinkommen denke ich. Eventuell gibt es eine Schaltung die als eine Art diskreter Linearregler fungiert (muß ja nicht gleich ein schaltregler sein bei den 50mA) die einen sehr geringen Spannungsfall hat. Unter 5 Volt kann ich mit den Zellen eh nicht, da diese dann tiefentladen werden. Wenn ich das richtig sehe kann ich als Mega die normale version nehmen welche von 4,5-5-5 Volt funktioniert, oder sollte ich lieber doch einen L-Typ (2,8-5,5) verwenden?
    Leider habe ich in diesem Segment nicht so viel erfahrung, ich hoffe du kannst mir helfen.

    MfG
    KiR0

  9. #9
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    So schön hätt ich's auch gern mal...mit dem Chef reden und dann nen Reflow-Ofen bekommen (aber ich arbeite ja leider auch nicht in der Branche ).
    Bei Maxim gibt's zum Beispiel den MAX16820 im TDFN Gehäuse, der kann bis runter zu 4,5V Betrieben werden und schafft ganze 3A LED-Strom. Einen PWM-Eingang zum Dimmen und ne relativ einfache Aussenbeschaltung hat er auch.

    Bei deinem Lampenprojekt musst du beachten, dass ganz frische Zellen etwa 1,4V haben und leere Zellen ca. 1,0V, die Spannung also zwischen 7,0 und 5,0V liegen kann. Da kannst du keinen Linearen Regler für 5V einsetzten!
    Du könntest jetzt zwei dinge machen:
    - Du nimmst nen LDO (Low Drop Out) Linear Regler für 3,3V (LF33) wobei du dein Design umstellen musst (bei OpAmps recht schwierig und teuer).
    - Du nimmst nen Buck/Boost Regler ala MAX710 oder einen Flyback (Sperrwandler) Regler wie den LM2585. Der Flyback Regler braucht eine Art Transformator statt einer normalen Induktivität...aber den kann man zur Not auch selber wickeln.
    Wenn dir der Trafo nicht zusagt, kannst du auch auf eine SEPIC Topologie zurückgreifen. Hier ist allerdings die Beschaltung etwas aufwändiger, aber der hohe Wirkungsgrad und Eingangsspannungsbereich sollten das entschädigen. Als Beispiel: LM3488/3478/2621

    Wie es um die Beschaffbarkeit der genannten Bauteile (außer dem LF33) aussieht, weiß ich leider nicht...da musst du evtl. bei Maxim bzw. National nachfragen oder dir nen passenden Distributor suchen.

    MfG

  10. #10
    Benutzer Stammmitglied
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    Hi BASTIUniversal,

    eine kleine Frage noch zu deinem ersten Schaltbild das du gepostet hast, der Widerstand R2 mit 2K wenn ich bei diesem noch ein Poti in Serie hänge kann ich den strom durch die LED doch auch in gewissen Grenzen Beeinflussen. Wird der Widerstand größer, so wird auch der Strom durch die LED größer. Evtl. würde ich bei R2 noch einen Spannungsteiler anbringen. Ich zeichne das mal und stellls hier rein.

    Habe übrigends einen passenden Baustein gefunden, den MAX774, habe mir von diesen schon bei Farnell 2 Stück bestellt. Laut Datenblatt scheint der sehr gut für meinen Zweck geeignet zu sein.


    MfG
    KiR0

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