Abwärtswandler Effizentz-Problem

[Dshing S. (dshing)]

Hi,
ich hab mir einen Schaltregler gebastelt, der an sich auch funktioniert. 
Er regelt die Spannung von ca.12V auf 5V. Eigentlich sollte doch wenn am 
Ausgang 1A fließt am Eingang ca. 0.5 A fließen, bei den Spannungen 
12V->5V oder? Bei mir ist es aber immer gleich viel egal bei welcher 
Last.
Der MOSFET(IRFR9024NPbF) wird auch extrem heiß.
Könnt ihr mir sagen wo ich den Fehler gemacht hab?

[Knut K. (Gast)]

Na - wo ist denn die Schottky Diode?

[Michael H. (overthere)]

und poste mal bitte deinen Regel-Algorythmus - eventuell geht der in 
Sättigung oder so.

[MaWin (Gast)]

MOSFET, aha, also nicht wie gezeichnet ein JFET,
und IRFR9024NPbF, aha, also nicht wie angegeben 2N5116.

Wenn von dem Plan nichts stimmt, wie soll man dann
beurteilen, was falsch ist ?

Der Transistor ist falsch angeschlossen, der Ausgangselko
gigantisch überdimensioniert, wie soll denn da der Regler
die Ausgangsspannung ändern bei so viel Ballast am Fuss,
die Spule ist trotz exakter Bestellnummer unbekannt,
das Schaltungsprinzip enthält keine Strommmessung
und daher keinen Überstromschutz sondern da platzt der
Transistor einfach bei Keuzschluss am Ausagng,
und falls es ein Schaltrgker sein soll fehlt auf jeden
Fall die Diode von der Spule nach Masse, und wenn der
Schaltreglker schnell schalten soll, sollte man wenigstens
mal gucken ob die Gate-Ansteuerung über die Widerstände
überhaupt schnell genug ist.

Auf gut Deustch: Der Plan ist einfach Scheisse.
Falsche Vorlage genommen, falsch abgezeichnet, und dazu
die Arroganz zu glauben man könne alles besser als die
hunderten fertiger ICs die es für den Job so gibt, und
rechnen müsse man soweiso nicht.

So wird das nichts.

[Simon K. (simon)]

Mal davon abgesehen, dass das der bei weitem unübersichtlichste 
Schaltplan ist, den ich in letzter Zeit gesehen habe.

[Dshing S. (dshing)]

Also hierder Code, was meinst du mit Sättigung (entschuldige wenn ich so 
blöde fragen stelle).

Die Schottkydiode ist eigentlich schon im MOSFET mit drin, aber ich hab 
jetzt zur Sicherheit noch mal eine dazu gemacht, hat aber auch nichts 
gebracht.

 #define F_CPU 8000000
 
  #include <avr/io.h>
  #include <util/delay.h>
  #include <util/delay.h>
//////////////////////////////////////////////////////////////////

void HARD (void) {

DDRB=(1<<PB0);
TCCR0A = (1<<COM0A1)|(1<<WGM00)|(1<<WGM01);
TCCR0B = (1<<CS00);                
OCR0A =1;

ADMUX  |= (1<<MUX0);                
ADCSRA = (1<<ADPS0) | (1<<ADPS2)|(1<<ADEN);              
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////
uint16_t ADCWert() {
ADMUX  |=(1<<MUX0);
ADMUX &= ~(1<<MUX1);
ADCSRA |= (1<<ADSC);
while (ADCSRA & (1<<ADSC) ) {}
return ADCW;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////

   int main()
  {
  OCR0A =1;
_delay_ms(1000);  

     HARD();
  uint16_t Spannung;
_delay_ms(1000);
/////////////////////////////////////////////
    while (1) {

Spannung = ADCWert();

if (OCR0A >255)
{
OCR0A =255;
}
if (OCR0A <1)
{
OCR0A =1;
}
if (Spannung <352)
{
OCR0A ++;
}
if (Spannung >390)
{
OCR0A =1;
}
if (Spannung >352)
{
OCR0A --;
}
 }
  }

[Björn C. (bjoernc)]

Dshing Sung schrieb:
> Also hierder Code, was meinst du mit Sättigung (entschuldige wenn ich so
> blöde fragen stelle).
>
> Die Schottkydiode ist eigentlich schon im MOSFET mit drin, aber ich hab
> jetzt zur Sicherheit noch mal eine dazu gemacht, hat aber auch nichts
> gebracht.


Nein die Diode, die wir meinen ist einfach nicht vorhanden! Ob Dioden im 
MOSFet vorhanden sind oder nicht!
Hier einmal einen Schaltplan - an dem du dich gern orientieren kannst.

http://de.wikipedia.org/wiki/Abwärtswandler

[Simon K. (simon)]

Die benötigte Freilaufdiode ist nicht im MOSFET integriert.

Bitte lies dir erst mal Grundlagen an, bevor du einen Schaltregler 
komplett selbstbauen möchtest.

Dein Regelalgorithmus ist auch eher stümperhaft aber vermutlich nicht 
für das Problem verantwortlich.

[Knut K. (Gast)]

Ich würde sagen, du hast das ganze Prinzip noch nicht verstanden wenn du 
schon nach Sättigung" fragst... - sorry aber lass es lieber!

[Dshing S. (dshing)]

@MaWin&Simon K.
Entschuldige bitte, dass ich nicht so wie Ihr schon perfekt auf die Welt 
gekommen bin und schon alles kann.
BTW: Wer von uns ist denn hier bitte Arrogant?
Den Plan hab ich mir nirgends abgezeichnet oder so etwas, sonst wäre er 
ja wohl nicht so unsagbar scheiße O.o
Das ich die falschen Bauteilbezeichnung verwende liegt daran das ich die 
richtigen i.d.R. nicht finde ich würde die Bezeichnung ja löschen wenn 
ich wüsste wie.
Die Spule hab ich aus einem alten Sony Fernseher ausgebaut, ich dachte 
schaden kann es ja nicht wenn ich dazu schreibe was da drauf steht.

[Björn C. (bjoernc)]

na das ist schonmal ganz schlecht einfach wild irgendwelche Bauteile zu 
nehmen - ohne zu wissen welche induktivität uä. diese haben. Fang doch 
einfach mal ganz langsam an. Nimm zB. PSpice und bastel einen 
Abwärtswandler in PSpice. Dann kannst du an dem Simulationsmodell dir 
ALLES anschauen vom Strom bis hin zu den Spannungen. Dann suchst du mal 
im Internet und guggst einfach mal wie die dinger berechnet werden und 
auf was du achten sollst. Dann beginnst du das in deiner Simulation 
nachzuvollziehen und legst die ganze Geschichte aus. Sobald du das alles 
gemacht hast, gehste zu deinem Elektronik-Händler deines vertrauens und 
kaufst dir die benötigten Bauteile (die nat. die gleichen Daten haben 
sollten wie in deiner PSpice Simulation). Danach gehts dann ans 
programmieren usw. usw.

Nur wild etwas hinschmieren und dann irgendwelche Dinge zusammen suchen 
bei denen man nicht weiß was sie für Kenndaten haben - das ist 
vorprogrammiert das dies schiefgeht.

[Joey5337 (Gast)]

http://de.wikipedia.org/wiki/Abw%C3%A4rtswandler

Lesen und verstehen.
Dann ist zumindest das Funktionsprinzip klar.
Und warum man da eine Diode braucht.

[Michael H. (overthere)]

Das erste Problem das du beheben solltest, ist die Diode. Sonst kann das 
nichts werden. Lies dir mal bei Sprut bitte die Grundlagen durch.

Okay: Hier die Erklährung, was ich mit Sättigung (der Spule) meine - ich 
habe die Erklärung bewusst jetzt nicht 100% fachlich richtig formuliert:
Ab einer gewissen Strom (und dem damit verbundenen magnetischem Flus) 
kann die Spule keine Spannungsdifferenz mehr aufnahehmen (Magnetischer 
Fluss ist in der Sättigung) und der Strom steigt überproportional an. 
Z.B. ist das der Fall wenn deine Spule zu lange an ist. Und das wird 
eben durch den Regelalgo eingestellt. Bevor wir aber mutmaßen - nimm 
bitte ein Oszi und miss nach.

Wenn ich richitg sehe, arbeitest du mit 8Mhz, durch 256 mach 31k250Hz 
Schaltfrequenz - das ist verdammt wenig - sprich du brauchst eine extrem 
große Spule. (Ich unterstelle jetzt mal, dass du die nicht hast), dann 
tritt das ein, was ich oben beschrieben habe. Lösung: Takt hoch, 
Auflösung runter. Auch wenn das jetzt nicht die gelbe Lösung von Ei ist, 
für den Anfang könnte das helfen.

[u_d (Gast)]

Würde erstmal mit einen fertigen Chip anfangen. Da kann man noch genug 
falsch machen.

Weiterhin würde ich mich mal mit einen Tiefpaß "tau=R*C" 
auseinandersetzen.
guckst du hier.
http://de.wikipedia.org/wiki/Tiefpass

Gibt eine Zeitkonstante in Verbindung mit den Eingangskapazitäten des 
Mosfet. Bei 31 khz sollte tau mal kleiner als ... sein. Bzw. bei einer 
Eingangskapazität von 3 nF und 2,7 kOhm an 12 V ist tau= 81 us oder 12 
kHz. Kannst das ja mal Ausarbeiten und dann hier rein stellen. 
Überschlagen müßte dein Mosfet eine Eingangskapazität im unteren 
3stelligen pF-Bereich und weniger haben, damit da noch eine 
Schaltspannung am Mosfet ankommt.

Typische Fehler:
1) Falsche Spule
Schau mal hier und berechne eine Spule.
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html
Bei 31 kHz würde ich auf einen RM8 Kern mit Luftspalt kommen. Das ist 
schon ein netter Brocken. ;-)

2) Falsche Spule

3) Falsche Spule

In der Summe schaut es nach Handauflegen nach einem netten Längsregler 
aus.

[Michael H. (overthere)]

Stimmt, Mosfet Treiber, das hätte ich auch sehen müssen. Das ganze kann 
man diskret mit NPN-PNP Stufe "abfangen". Was hat den dein Mosfet für 
eine Gate-Charge? Wenn diese über 20nC ist --> Wegschmeisen, besseren 
FET suchen.

Spule hatte ich eigentlich noch nie Probleme - vorausgesetzt man weiß 
welche man verbaut hat. Den Wert kann man sich einfach ausrechen
U=L*dI
Integrieren über der Zeit:
U*t=L*I
Auflösen nach L
U*t/I=L
Jetzt nehmen wir als U mal 7 Volt an und 50us anzeit an. (Damit es 
einfacher zu rechnen ist). Sagen wir mal bei 1A ausgangsstrom 500mA 
Ripple in der Spule im Worst case. {Da er ja einen so großen 
Ausgangskondensator hat.}
7*50*10^-6/0.5=7mH ... Puh... Gibt es, aber effizente Spule ist was 
anderes. Ich würde als Richtwert bei dir +- 100µH vorschlagen.

Kannst dir ja mal ausrechnen, welche Anzeiten du dann haben "darfst". 
Entsprechend legst du deinen Timer aus.

Achso, noch eine Anmerkung. Überleg dir mal wie der Duty berechnet wird.

[Achim M. (minifloat)]

Dshing Sung schrieb:
> Die Schottkydiode ist eigentlich schon im MOSFET mit drin, aber ich hab
> jetzt zur Sicherheit noch mal eine dazu gemacht, hat aber auch nichts
> gebracht.

Die Diode muss ihre Kathode an dem Mosfet-Source-Seitigem Spulenende 
haben und die Anode an Masse. Die "eingebaute" Diode des MOS nützt dir 
garnichts, ebensowenig nützt es, eine parallel zu schalten.

Unter
http://www.ti.com/tool/powerstage-designer
kannst du ein nettes Tool ziehen, das vielleicht einiges klarstellt.
Wenn du deine Spule ausmessen kannst, dann gelingt dir damit vielleicht 
eine Abschätzrechnung, die zur Funktion des Wandlers ausreicht. Dies 
betrifft insbesondere z.B. die Schaltfrequenz und/oder den benötigten 
Stromripple.

mfg mf

[Nils S. (kruemeltee)]

OT: Mit Effizientz haben wohl mehrere ein Problem ;)

[Achim M. (minifloat)]

Auch OT: Nö, ich nicht. 
Beitrag "Re: 4 Mosfet´s mit einem Treiber ansteuerbar?"

BTT: Dshing Sung haben wir wohl vertrieben?? Melde dich mal bitte. Gibts 
schon neue Ergebnisse?

[Dshing S. (dshing)]

Super!
Danke an alle die mit konstruktiven Vorschlägen geholfen haben.
Ich hab jetzt die Frequenz erhöht und eine Spulen mit deutlich höherer 
Induktivität gesucht und eingebaut. Jetzt hab ich deutlich bessere 
Werte. Ich werde mit dem Material das ihr mir gegeben habt das demnächst 
mal genau durchrechnen, vielleicht bekomme ich es ja noch ein Stück 
besser hin, aber es ist jetzt schon sehr gut :)
Danke für die Hilfe.

[Achim M. (minifloat)]

Ja Super!
Wenn du wirklich wissen willst wie effizient dein Wandler läuft, mach 
doch ein paar Messungen mit verschiedenen Lastwiderständen etc.

Dshing Sung schrieb:
> if (OCR0A >255)
> {
> OCR0A =255;
> }

Ist das ein 16bit-Register? Sonst ergibt dieses if keinen Sinn :)

Habe hier auch noch ein paar Tiny13 liegen. Einen Schaltregler muss ich 
auch mal probieren...

mfg mf

[Michael H. (overthere)]

FET-Treiber nicht vergessen!
Häng mal einen 1:10 Tastkopf an dein Gate und miss nach, ob die 
Spannungen stimmen.