Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LiPo 18V -> 5V Step-Down


von Tobias B. (xaser)


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Hi!

Ich würde gerne eine LED Schaltung mobil machen, und dabei möglichst 
lange Laufzeiten erreichen.

Vom Modelfliegen habe ich einen 5S 20C 5000mAh LiPo Akku zur Hand, den 
ich dafür gerne benutzen würde. Die LED Chips sind parallel geschaltet, 
ich brauche also einen Wandler mit 5V Ausgangsspannung.

Obwohl ich damit bisher noch keine Erfahrung gemacht habe, müsste doch 
ein Step-Down Buck Converter das sein, was ich suche. Linear Technology 
hat da eine gute Auswahl (rund 60 Chips die meine Anforderungen von Vin 
Vout und Ia >= 10A erfüllen). Da blickt man schon garnicht mehr durch.

Da ich - wie gesagt - noch keine erfahrungen mit diesen Dingern 
gesammelt habe, habe ich ein paar Fragen:

1. Bei den Linear Wandlern gibts es Sachen wie, RSense, Monolithic und 
Synchronous, was ist das alles?
2. In wie fern ist eine hohe Schaltfrequenz wichtig?
3. Da es sich um einen LiPo Akku handelt, würde ich gerne die Spannung 
überprüfen, gibt es Wandler, die einen Vin Spannungsmesser integriert 
haben oder standard chips, dei ich mit für solche Zwecke mit meinem TI 
MSP430 verbinden kann, oder muss ich das über die AD Wandler des MSP430 
machen?

4. Ich würde neben Akkuversorgung auch noch Netzstrom für die LEDs haben 
und bei Bedarf den uC lediglich per USB Bus Power betreiben. Was für 
Methoden gibt es, diese 3 Quellen zu verschalten, ohne das es zu 
Problemen kommt?


Ich würde ich über ein paar Tipps (auch gerne Links) freuen.

MfG

: Verschoben durch Admin
von mos6502 (Gast)


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Das gibts schon fertig, einschliesslich Spannungsüberwachung:

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__24753__Turnigy_dlux_10A_10_60V_HV_SBEC.html

von Tobias B. (xaser)


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Turnigy - *Schluck*^^ Akkus vielleicht ja noch aber denen meine 
wertvolle Schaltung anvertrauen :P ?

Danke für den Tipp, ich werde die fertig Module mal in Betracht ziehen. 
Wäre es allerdings nicht billiger, verlustfreier und lehrreicher, so 
etwas selber zu bauen? oder lässt man von soetwas lieber die Finger.

Achja, ich sehe auch, dass der Turnigy einen ziemlich dicken Kühlkörper 
hat. Werden die Dinger denn so heiß?

von Kai S. (kai1986)


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Hallo,

LEDs werden besser mit einer Konstantstromquelle, als mit einer 
Konstantspannungsquelle betrieben. Wenn du LEDs parallel schalten willst 
benötigst du normal Ausgleichwiderstände, die dafür sorgen, das sich der 
Strom gleichmäßig verteilt (bedingt durch die steile Kennlinie von 
Dioden geschieht das nämlich nicht automatisch). Von daher wäre es 
geschickter, die LEDs in Reihe zu schalten, damit ist auch die 
Spannungsdifferenz von der Akkuspannung zur benötigten Spannung kleiner, 
was sich oft positiv auf die Wandlung auswirkt.

Zur Schaltfrequenz:
Je höher die Schaltfrequenz des Wandlers ist, desto kleiner und leichter 
wird die benötigte Induktivität.

Zur suche des Bauteils empfehle ich dir bei einem Versender deiner Wahl 
die Parametersuche zu verwenden, da Schaltregler von sehr vielen 
verschiedenen Herstellern produziert werden.

Zur Versorgung über USB:
Bei der Reihenschaltung der LEDs bräuchtest du dann einen Boost 
Converter oder Step-up Converter genannt. Hier ist aber zu beachten, das 
ein USB Anschluss ein Datenbus ist und nur begrenzt Energie liefern kann 
(typisch 5V 0,5A für USB 2.0).

Gruß Kai

von Tobias B. (xaser)


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Hi!

Ich werd hier ja schon Misstrauisch bei den ganzen ordentlichen 
Antworten, wo haben sich denn die allseits bekannten Forentrolle 
versteckt?..

>> LEDs werden besser mit einer Konstantstromquelle
Das stimmt Grundlegend vollkommen, jedoch benutze ich wie gesagt LEDs 
mit ICs davor, WS2812 um genau zu sein. Die Beispielschaltung zeigt, 
dass jede WS2812 an +5V liegen sollte, also denke ich an eine 
Parallelschaltung.



Bezüglich USB: Ich will jedlich den uC über den USB Bus versorgen, damit 
ich ihn ggf. flashen kann ohne eine der anderen Stromquellen 
angeschließen zu müssen. Mir geht es hauptsächlich darum, wie ich die 3 
Anschlüsse für die 3 Spannungsquellen verschalte.

Mfg

von RAY (Gast)


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Tobias B. schrieb:
> 1. Bei den Linear Wandlern gibts es Sachen wie, RSense, Monolithic und
> Synchronous, was ist das alles?
Rsense -> Eingang für Strommessung über Shunt
Synchronous -> das IC kann einen FET als Diodenersatz ansteuern, um die 
Effizienz zu erhöhen
Monolithic -> das IC hat alles notwendige (idealerweise auch die FETs) 
im Gehäuse und braucht nur noch minimale Außenbeschaltung -> das 
schließt die Drosseln und ELKOs nicht ein, die lassen sich schlecht in 
Silizium bauen.

> 2. In wie fern ist eine hohe Schaltfrequenz wichtig?
Tendenziell - he höher die Schaltfrequenz, desto kleiner wird die 
Drossel, allerdings nehmen auch die Schaltverluste zu. Da muss man halt 
dann abwägen ...

Eine ganz gute Starthilfe für so etwas ist die WEBbench von National ak 
TI.

von RAY (Gast)


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Tobias B. schrieb:
> Bezüglich USB: Ich will jedlich den uC über den USB Bus versorgen, damit
> ich ihn ggf. flashen kann ohne eine der anderen Stromquellen
> angeschließen zu müssen. Mir geht es hauptsächlich darum, wie ich die 3
> Anschlüsse für die 3 Spannungsquellen verschalte.

Naja das einfachste wären Jumper, dann Dioden, die man zum verOdern der 
Spannungen nimmt -> wg. Drop der Diode + Drop bei hohen Strömen kommen 
dann FET-Schalter um die Dioden zu überbrücken. Kann man selbst stricken 
oder als ORing Controller fertig kaufen.

von Tobias B. (xaser)


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Hi nochmal!

Die Webbench habe ich gefunden, sehr nützliche Tools dabei, allerdings 
schaffe ich es nicht, im Power Supply Tool eine Load mit mehreren 
Supplies zu versorgen.

Beim R habe ich mal nach Step-Down Convertern gesucht, leider keinen 
passenden gefunden unter LT-LTC.

Vielen dank auch für die Erklärung der Begriffe, was ist jedoch die 
Drossel?

Für die mehreren Quellen werde ich mal Jumper und ORing Controller in 
Betracht ziehen (konnte zu ORing jedoch leider noch viel finden)

Mfg

von Tobias B. (xaser)


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Sorry fürs pushen aber bearbeiten geht ja nur 15 Minuten lang.

Ich konnte mir mitlerweile überlegen, dass die Drossel vermutlich die 
Induktivität der Schaltung ist?

Den Turnigy Regler habe ich mitlerweile so gut wie ausgeschlossen, da 
ich das Zeugs nur aus dem HK Warehouse gibt und ich hatte da schon 
Probleme mit dem Import.

Als Step-Down Chip bekommt man bei den großen Elektronik-Versandhändler 
in DE eig. nur den
http://www.reichelt.de/ICs-LT-LTC-/LTC-3780-EG/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=81605;GROUPID=2913;artnr=LTC+3780+EG
Hat den hier jemand schon einmal verwendet, ist der zu gebrauchen?

Für die verschaltung der mehreren Spannungsquellen habe ich mich jetzt 
für TIs Smart Diodes (effektiver als Schottky) entschieden.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tobias B. schrieb:
> Die LED Chips sind parallel geschaltet,
> ich brauche also einen Wandler mit 5V Ausgangsspannung.
Wie kommst du zu diesem etwas eigenartigen logischen Schluss?

Es wäre einfacher, wenn du sagst, was für LEDs du mit was versorgen 
willst, und was du damit anstellen willst. Denn idR. sind 5V ziemlich 
ungeeignet für LEDs, wiel LEDs ihr Licht aus Strom erzeugen und deshalb 
mit Strom angesteuert werden wollen und sollen.

Beschreib also lieber mal deine Versorgung und deine Verbraucher, dann 
können wir über das dazwischen diskutieren...

von mos6502 (Gast)


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Tobias B. schrieb:
> Ich konnte mir mitlerweile überlegen, dass die Drossel vermutlich die
> Induktivität der Schaltung ist?

LOL! Sorry, aber mit den Kenntnissen kannst du es vergessen einen 10A 
Schaltwandler zu bauen. Ist einfach nur realistisch. In dem Bereich 
gibts auch nicht viele 1-Chip Lösungen.

Aber falls dus wirklich versuchen willst, hier ist ein guter 
Ausgangspunkt:

http://www.sprut.de/electronic/switch/index.htm

Fertige Teile gibts dann noch auf eBay:

http://www.ebay.de/itm/DC-24V-12V-9-35V-to-5V-10A-50W-Converter-Step-Down-Regulator-Car-LED-Power-Buck-/260980703161?pt=US_Power_Inverters_&hash=item3cc3a97fb9

von Tobias B. (xaser)


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Ich hab schon ganz andere Sachen hinbekommen, von denen ich am Anfang 
keine Ahnung hatte ;) Wenn man dran bleibt, kommt man auch irgendwann 
zum Ziel. Außerdem bin ich ja auch so schlau, so eine Schaltung nicht 
gleich an den uC anzuschließen und ihn zu brutzeln.

Den Link kannte ich schon, außerdem lag ich doch mit meiner Aussage 
einigermaßen richtig.

das eBay-Teil ist auch wieder China-Ware und obwohl die schreiben bis zu 
95% efficency glaube ich, dass man mit einer eigenen angepassten 
Schaltung bessere Ergebnisse erzielen kann.


Achja noch etwas: ich suche mitlerweile auch ein 5V >= 50W netzteil, da 
habe ich auch die Wahl zwischen China und teuer, was meint ihr?
http://www.synergy21.de/shop/onlineshop/detailansicht/p/synergy-21-led-netzteil-5v-50w-1/
http://de.mouser.com/ProductDetail/Mean-Well/LPV-100-5/?qs=%2fha2pyFaduiBiUDvfQV8IzIVYDK2Qil%252b1CG8rSSBWpK4Cg5qfTsfSQ%3d%3d

MfG

von Eumel (Gast)


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Tobias B. schrieb:
> das eBay-Teil ist auch wieder China-Ware und obwohl die schreiben bis zu
> 95% efficency glaube ich, dass man mit einer eigenen angepassten
> Schaltung bessere Ergebnisse erzielen kann.

Das wird wirklich schwierig.
Und bis zu 95% sind halt nur BIS ZU und dazu noch die übliche China 
Übertreibung. Du als Modellbauer wirst wissen, dass die immer etwas 
übertreiben.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tobias B. schrieb:
> das eBay-Teil ist auch wieder China-Ware
Wenn du alles weglassen würdest, was aus China kommt, dann sähe es recht 
schnell duster aus...

> und obwohl die schreiben bis zu 95% efficency glaube ich, dass man mit
> einer eigenen angepassten Schaltung bessere Ergebnisse erzielen kann.
Mit viel Erfahrung und nach einigen Versuchen schon. Aber 
garantiert nicht als Anfänger.

Tobias B. schrieb:
> Wäre es allerdings nicht billiger, so etwas selber zu bauen?
Nein, niemals!
> verlustfreier
Nicht bei den ersten 4-5 Versuchen.
> lehrreicher
Das durchaus.


Allerdings sieht der "Kühlkörper" bei dem ebay-Teil doch recht putzig 
nach Plastik aus...  :-o

von Linüx (Gast)


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Tobias B. schrieb:
> Ich hab schon ganz andere Sachen hinbekommen, von denen ich am Anfang
> keine Ahnung hatte ;) Wenn man dran bleibt, kommt man auch irgendwann
> zum Ziel. Außerdem bin ich ja auch so schlau, so eine Schaltung nicht
> gleich an den uC anzuschließen und ihn zu brutzeln.

Das glaub ich dir gerne aber Schaltregler sind einfach ein wunderbarer 
Sonderfall. Da setzt man ein Via zu weit draußen und du bekommst nichts 
außer einen Ar*** voll EMV Problemen und keine / eine total 
oszillierende Spannung am Ausgang deren Form sich in dem Moment 
verändert wo du mit deinem passiven Tastkopf hingehst. Schon alleine die 
Auswahl der richtigen Induktivität ist ein absolut essentielles Thema. 
Bei deinen ersten Designs darfst du gerne von 95% Wirkungsgrad träumen. 
Aber mehr als ein Traum ist das nicht. Sei froh wenn du die 60% knackst. 
Bis du die richtige Spule gefunden hast vergehen 3-5 Layouts, und nein 
Lochraster geht nicht. Wenn du dir das wirklich antun willst, dann schau 
dir von LT die Regler an, Würth hat da passende Spulen dazu. Außerdem 
fang erstmal an das Layout 1:1 aus dem Datenblatt zu übernehmen und 
versuch dich dann mit kleinen Veränderungen zum Eigendesign.

von Tobias B. (xaser)


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Oh je, da habe ich in meinem post aber was entscheidendes vergessen, das 
tut mir leid ich werde hier mal klarheit schaffen :)

Natürlich will ich nicht die 90% knacken, wie Eumel schon goldrichtig 
gesagt hat traue ich den Angaben diese China ware einfach nicht, ich 
rechne bei dem ding da von einer effizienz von vill 60%. Mein Ziel ist 
es lediglich eine für mein in/out verhältniss gute (70% wäre schon toll) 
effizienz zu bekommen.



Auch habe ich nichts gegen China Teile nur gegen in china 
zusammengebaute, schaltungssicherheitsrelevante komponenten.

Billiger als diesen KfZ wandler da wirds sicher nicht gehen aber wenn 
man sich mal hochwertigere wandler anguckt sind die schon schnell um 
einiges teurer.

Ich habe auch nichts umbedingt dagegen etwas in ein paar experimente zu 
investieren, auch wenn ich glaube, dass die datenblatt schaltung für 
mich schon reichen sollte.


Sorry für die verwirrung

Ich hab auch weiterhin nichts gegen fertigwandler sie sollten nur sicher 
sein^^

von Tobias B. (xaser)


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Hi nochmal,


nach weiteren Nachforschungen, habe ich mich für den TI-TPS53319 
entschieden, die Werte im Datenblatt sehen gut aus und ich kann ich mit 
meiner Akkuspannung von 16V - 21V betreiben.

Die Webbench war bei der Auswahl richtig hilfreich!
(Link: 
http://webench.ti.com/webench5/power/webench5.cgi?VinMin=16.00&VinMax=21.00&O1V=5&O1I=8.00&base_pn=TPS53319&AppType=None&op_TA=30&lang_chosen=en_US&optfactor=4)

Ich würde jetzt allerdings noch gerne wissen, ob ich den 
Referenzschaltplan der Webbench direkt so in meinen Schaltplan 
übernehmen kann oder ob ihr was abändern würdet, sprich, kann ich mit 
meiner Schaltung das Element Iout ersetzen.

MfG, Tobi

von Harald W. (wilhelms)


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Lothar Miller schrieb:

> Wenn du alles weglassen würdest, was aus China kommt, dann sähe es recht
> schnell duster aus...

Gibts eigentlich noch LEDs, die n i c h t  in China gebaut wurden?

>> und obwohl die schreiben bis zu 95% efficency glaube ich, dass man mit
>> einer eigenen angepassten Schaltung bessere Ergebnisse erzielen kann.
> Mit viel Erfahrung und nach einigen Versuchen schon.

Genau, dann schafft man 96%! :-)
Gruss
Harald

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