Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungswandler bauen


von Jochen S. (josigb)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Ich habe diverse Netzteile welche eine konstante Spannung liefern. Z.B. 
20V mit max. 3A. Nun dachte ich daran einen Spannungswandler LM2940 als 
Beispiel daran anzuschließen um eine konstante Spannung mit 5V zu 
erreichen. Parallel einen 2ten Spannungswandler um hier eine Spannung 
von 12V zu erhalten. Zwischen den Spannungswandler und dem Netzteil, 
dachte ich noch über eine Glassicherung nach wo ich mit 1 A absichere.
Mit diesem "selbstgebauten" Teil könnte ich dann 1x 5V bis zu 1 A 
anschließen und 1x 12V ebenfalls bis max 1 A

Bei der Suche nach den richtigen Bauteilen bin ich nun unsicher da es 
bei den Spannungsregler unterschiedliche Ausführungen gibt.

Da findet man STEPDWON, LOW DROP... bei 12V Variante finde ich bei 
Reichelt 3 unterschiedliche Modelle und anhand des Datenblattes bin ich 
mir nicht sicher worauf ich da achten muss.

Kann mich hier jemand aufklären was man da genau beachten muss.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:

> Ich habe diverse Netzteile welche eine konstante Spannung liefern. Z.B.
> 20V mit max. 3A. Nun dachte ich daran einen Spannungswandler LM2940 als
> Beispiel daran anzuschließen um eine konstante Spannung mit 5V zu
> erreichen.

Da wäre es besser, die vorhandenen Netzteile so zu modifizieren,
das sie die gewünschte Spannung erzeugen.

: Bearbeitet durch User
von Jochen S. (josigb)


Lesenswert?

Harald Wilhelms schrieb:
> Da wäre es besser, die vorhandenen Netzteile so zu modifizieren

Genau das wollte ich aus folgende Grund nicht.
Mein Ziel ist es für den Hundesport meiner Frau etwas zu basteln.
Ein Arduino Uno oder Mega läuft mit 5V, Lichtschranken wo ich habe 
laufen mit 12V.

Dies sind alles Niederspannungen und ich betätige mich da als 
Hobbybastler in Bereiche die unproblematisch sind.

Das Netzteil ist komplett und hat 200V und da will ich nichts machen. 
Sonst muss ich doch eine Zertifizierung haben wenn ich an solchen Dingen 
rumbastle und da will ich die Finger weg lassen da dies ein Hobby ist 
und ich keine Ausbildung dazu habe.

Wenn mein System läuft, werde ich womöglich einige Dutzend an andere 
Hundevereine weiter geben und da muss einfach sicher sein, dass ich 
keine Änderungen an hochstromigen Dingen mache

Da liege ich doch richtig oder?

von Stefan F. (Gast)


Lesenswert?

20V auf 5V runter zu regeln bringt 75% Verlustwärme. Bei 1A sind das 
immerhin 15 Watt!

Bei so großen Spannungsdifferenzen würde ich den Einsatz eines 
Schaltreglers erwägen. Oder drei Transformatoren, die nicht mehr 
Spannung als nötig abgeben.

Die Sicherungen sind unnötig, die Spannungsregler enthalten bereits eine 
Strombegrenzung.

von Jochen S. (josigb)


Lesenswert?

Stefan us schrieb:
> 20V auf 5V runter zu regeln bringt 75% Verlustwärme

Ich habe auch Netzteile mit 9V oder 12V. Diese haben natürlich nicht 
soviel Leistung wie das 20V mit 3A. Derzeit weiß ich noch nicht genau 
wieviel Leistung ich benötige.

Aber ich könnte dann sicherlich auch ein etwas kleineres Netzteil 
suchen.

Ich habe sehr viel alten Computerschrott wo es immer wieder 
Stromnetzteile von Routern oder auch Laptops gibt was ich dachte hierfür 
irgendwie zu verwenden um nicht jedes Mal ein neues Netzteil 
anzuschaffen.

Wäre es also Sinnvoller eher ein Gerät mit weniger Spannung zu suchen?
Ich dachte dass ich an den Spannungsregler noch eine zus. Metallplatte 
anbringe um die Wärme hier gut abzuführen. Was spricht dagegen ?

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Ich dachte dass ich an den Spannungsregler noch eine zus. Metallplatte
> anbringe um die Wärme hier gut abzuführen. Was spricht dagegen ?

Du willst also pro LM2940 15W verbraten. Das halte ich für ein sehr 
sportliches Ziel. Bei einer angenommenen Umgebungstemperatur von 25°C 
und Einsatz von Wärmeleitpaste dürfte der Kühlkörper maximal 3,3°C/K 
haben. Das müsste dann schon eine große Metallplatte werden.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2940-n.pdf

Edit:
http://www.vias.org/mikroelektronik/coolpacks.html

Laut dem dort gezeigten Diagramm müsste eine Aluplatte mindestens 
18x18cm bei 2mm Dicke aufweisen. Bei schwarz eloxiertem Aluminium 
entsprechend etwa 13x13cm.

Gilt aber nur bei mittiger Montage des Bauteils.

: Bearbeitet durch User
von Jochen S. (josigb)


Lesenswert?

Daniel H. schrieb:
> Du willst also pro LM2940 15W verbraten. Das halte ich für ein sehr
> sportliches Ziel.

Aah das sind also die Knackpunkte! Also ich will keine Hänchengrillbude 
mit meinem Teil eröffnen. Das sind eben genau die Fakten die mir hier 
fehlen und ich in der Theorie nicht richtig abschätzen kann.

Die Zusammenhänge sind mir da auch noch nicht ganz klar.
Die 75% Verlustwärme würde doch nur dann anfallen, wenn ich quasi auch 
die Leitung sprich Ampere voll ausschöpfe, oder?

Wenn ich nun am dem 20V 3A Teil nur 1 A Leistung benötigen würde, wären 
dann nicht die 75% nachmals durch 3 grob zu teilen und somit dann 
deutlich weniger.

Wenn man unter Step Down 20V 5V sucht kommen Teile wo zwischen 7V und 
20V Eingangsspannung haben können und 5V Ausgangsspannung allerdings 
dann auch nur 1 A. Daher dachte ich wenn ich den Strom mit Glassicherung 
auf 1A begrenze liege ich da richtig.

Das Ziel wäre es letztendlich mit eventuell kleinen Modifikationen der 
Bauteile, unterschiedliche externe Netzteile hier flexibel in das 
Projekt einzubringen. Das Projekt selbst sollte über 2 Spannungen 5V und 
12V verfügen und den Strom könnte ich sicherlich auf 1 A begrenzen.

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Ich habe diverse Netzteile welche eine konstante Spannung liefern. Z.B.
> 20V mit max. 3A. Nun dachte ich daran einen Spannungswandler LM2940 als
> Beispiel daran anzuschließen um eine konstante Spannung mit 5V zu
> erreichen. Parallel einen 2ten Spannungswandler um hier eine Spannung
> von 12V zu erhalten.

Kann man so machen. Ein Linarregler von 20V auf 5V hat zwar nur 25% 
Wirkungsgrad. Aber ob das weh tut, hängt natürlich davon ab, wieviel 
Strom man bei den 5V zu entnehmen gedenkt.

> Mein Ziel ist es für den Hundesport meiner Frau etwas zu basteln.
> Ein Arduino Uno oder Mega läuft mit 5V, Lichtschranken wo ich habe
> laufen mit 12V.

Dann sollte das kein Thema sein. Ein Arduino braucht ja nur einige 10mA.

> Bei der Suche nach den richtigen Bauteilen bin ich nun unsicher da es
> bei den Spannungsregler unterschiedliche Ausführungen gibt.
>
> Da findet man STEPDWON, LOW DROP ...
> Kann mich hier jemand aufklären was man da genau beachten muss.

Wenn es Linearregler sein sollen, würde ich zu den altbewährten 7805 
(für 5V) und 7812 (für 12V) raten. Lowdrop brauchst du nicht. Und ein 
Stepdown ist ein Schaltregler. Der wäre die Alternative für den 5V-Zweig 
und evtl. auch den 12V-Zweig, wenn du dort doch größere Ströme brauchen 
solltest.

Zusätzlich zu den Spannungsreglern brauchst du noch zwei Kühlkörper und 
4x 100nF keramisch. Schau ins Datenblatt des z.B. LM7805 für die 
empfohlene Beschaltung des Spannungsreglers.

Schaltregler gibts als kleine Module mit einstellbarer Spannung, z.B. 
http://www.pollin.de/shop/dt/MDE2ODQ2OTk-/ (oder gleich bei ebay direkt 
vom Chinesen zu einem Viertel des Preises)

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Wenn ich nun am dem 20V 3A Teil nur 1 A Leistung benötigen würde, wären
> dann nicht die 75% nachmals durch 3 grob zu teilen und somit dann
> deutlich weniger.

Jochen S. schrieb:
> Die 75% Verlustwärme würde doch nur dann anfallen, wenn ich quasi auch
> die Leitung sprich Ampere voll ausschöpfe, oder?

Nein, 75% Verlustwärme hättest du immer, lediglich die absolute 
Verlustleistung würde sich reduzieren. Bei 0,5A hättest du z.B. 2,5W 
Ausgangsleistung und 7,5W Verlustleistung. Bei 0,33A (durch 3) hättest 
du 1,65W Ausgangsleistung und 4,95W Verlustleistung.

Jochen S. schrieb:
> Wenn man unter Step Down 20V 5V sucht kommen Teile wo zwischen 7V und
> 20V Eingangsspannung haben können und 5V Ausgangsspannung allerdings
> dann auch nur 1 A. Daher dachte ich wenn ich den Strom mit Glassicherung
> auf 1A begrenze liege ich da richtig.

Eine Sicherung kann sicher nicht schaden. Sie sollte allerdings schnell 
genug auslösen, sofern der verwendete Regler über keine integrierte 
Strombegrenzung verfügt.

: Bearbeitet durch User
von Jochen S. (josigb)


Lesenswert?

Axel Schwenke schrieb:
> Kann man so machen. Ein Linarregler von 20V auf 5V hat zwar nur 25%
> Wirkungsgrad.

Ist ein LM2940 ein Linearregler?


Axel Schwenke schrieb:
> Dann sollte das kein Thema sein. Ein Arduino braucht ja nur einige 10mA.

mit dem Uno steuere ich dann noch 24 7Segmentanzeigen und 3 Max7219
Also do kommt dann schon etwas mehr als 10mA zusammen.

Ich brauche ich noch etwas Schalterzeugs und da bin ich noch nicht ganz 
fertig in der Planung. Ich gehe jedoch davon aus dass ich max 1 A Strom 
benötige.

Daher auch der Gedanke mit einer Glassicherung 1A Flink das noch 
abzusichern.  Die Lichtschranken brauchen eben 12 V daher ein zweiter 
Stromkreis.


Axel Schwenke schrieb:
> Wenn es Linearregler sein sollen, würde ich zu den altbewährten 7805
(für 5V) und 7812 (für 12V) raten.

Das verwirrt mich ich ist genau das was ich bei Reichelt auch nicht 
verstehe. Wenn ich nach 7805 suche kommt ein Bauteil das wiederum etwas 
von dem 2940 abweicht.
der 7805 kommt von den Daten ja eher dahin was der 2940 stehen hat
Eingangsspannung 7-35V (würde ja alle verschiedene Netzteile abdecken 9V 
, 12V, 20V was ich so rumfahren habe.
Ausgangsspannung 4,8-5,2 V wäre ja für meine UNO und IC + 
Segmentanzeigen ausreichend.


Kosten für ein solches Bauteil liegen bei 27 Cent
Noch eine Glassicherung dazu, so dass nicht über 1 A ziehe.
Dann wäre das doch die Lösung oder?
Hier wäre dann noch zu beachten, dass ich mich um das Wärmeproblem 
kümmern muss wenn ich an die 1 A Grenze komme.

Nun schreib Axel aber auch noch dass es die Schaltregler gibt, mit Bsp. 
von Pollin, ein Schaltregler ist dann quasi ein StepDown was ich auch 
schon kenne und da habe. So ein Teil kostet ja aber gleich das 
vielfache mehr.
Kann mir jemand sagen was man wo wann am besten einsetzt. In der 
StepDown Lösung habe ich nicht das Wärmeproblem wie bei dem Linearregler 
oder?

Danke schon mal für die vielen Informationen die ich hier wieder 
gewinne.

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Ist ein LM2940 ein Linearregler?

Jap.

Jochen S. schrieb:
> Das verwirrt mich ich ist genau das was ich bei Reichelt auch nicht
> verstehe. Wenn ich nach 7805 suche kommt ein Bauteil das wiederum etwas
> von dem 2940 abweicht.

Nunja, ein 7805 ist nun einmal kein 2940, und selbst "der" 7805 kann 
verschiedene Kennwerte haben, je nachdem von welchem Hersteller er 
produziert wird.

Jochen S. schrieb:
> Kosten für ein solches Bauteil liegen bei 27 Cent
> Noch eine Glassicherung dazu, so dass nicht über 1 A ziehe.
> Dann wäre das doch die Lösung oder?

Nicht zu vergessen die Kondensatoren am Ein- und Ausgang, sofern im 
Datenblatt angegeben.

Jochen S. schrieb:
> Kann mir jemand sagen was man wo wann am besten einsetzt. In der
> StepDown Lösung habe ich nicht das Wärmeproblem wie bei dem Linearregler
> oder?

Den Linearregler setzt man bevorzugt bei geringen Spannungsdifferenzen 
ein oder aber wenn die Ausgangsspannung möglichst "sauber", d.h. die 
Ripple-Spannung gering sein muss. Der entscheidende Nachteil ist hier, 
dass die Leistung, die nicht am Ausgang gebraucht wird in Wärme 
umgewandelt wird. Und ab einer bestimmten Leistung muss man sich dann 
Gedanken über ein gescheites Kühlkonzept machen, da sich der Regler 
ansonsten in Rauch auflöst.

Step-Down setzt man ein, wenn man eine hohe Effizienz bzw. eine geringe 
Baugröße (bei vergleichsweise hoher Leistung) benötigt und die 
Ausgangsspannung ruhig einen erhöhte Ripple aufweisen darf.

Ehrlich gesagt sehe ich in deinem Fall, außer den leicht höheren Kosten, 
keinen Grund, der gegen Schaltregler spricht. Vor allem sparst du dir, 
sollte tatsächlich 1A benötigt werden den großen Kühlkörper. Denn auch 
wenn du eine 1A-Sicherung einsetzt wird in diesem Bereich trotzdem eine 
vergleichweise große Menge an Wärme freigesetzt, die abgeführt werden 
muss.

Bei einem Ansatz mit Schaltregler würde sich auch ein zweistufiger 
Ansatz anbieten, erst mit einem Regler von 20V auf 12V runter und dann 
mit einem (mehreren?) Schaltregler von 12V auf 5V.

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Kann man so machen. Ein Linarregler von 20V auf 5V hat zwar nur 25%
>> Wirkungsgrad.
>
> Ist ein LM2940 ein Linearregler?

Ja.

>> Dann sollte das kein Thema sein. Ein Arduino braucht ja nur einige 10mA.
>
> mit dem Uno steuere ich dann noch 24 7Segmentanzeigen und 3 Max7219
> Also do kommt dann schon etwas mehr als 10mA zusammen.
> Ich gehe ... davon aus dass ich max 1 A Strom benötige.

Dann wird das nix mit einem Linearregler für den 5V-Zweig. Bei 1A muß 
ein Linearregler 15W verbraten (die Differenz von 20V und 5V, mal 
Ausgangsstrom). Hier solltest du auf einen Schaltregler (Stepdown) 
setzen.

>> Wenn es Linearregler sein sollen, würde ich zu den altbewährten 7805
> (für 5V) und 7812 (für 12V) raten.
>
> Das verwirrt mich ich ist genau das was ich bei Reichelt auch nicht
> verstehe. Wenn ich nach 7805 suche kommt ein Bauteil das wiederum etwas
> von dem 2940 abweicht.
> der 7805 kommt von den Daten ja eher dahin was der 2940 stehen hat
> Eingangsspannung 7-35V (würde ja alle verschiedene Netzteile abdecken 9V
> , 12V, 20V was ich so rumfahren habe.

Der Unterschied ist, daß der LM2940 ein low dropout Typ ist. Das 
bedeutet, er kommt auch dann noch klar, wenn die Eingangsspannung nur 
noch wenig über der Ausgangsspannung liegt ("wenig" sind ca. 0.5V). Ein 
78xx Regler braucht hier bis zu 3V "Überspannung". Dafür sind die 78xx 
gutmütiger, sie schwingen z.B. nicht.

> Kosten für ein solches Bauteil liegen bei 27 Cent
> Dann wäre das doch die Lösung oder?

Eher nicht, weil

> Hier wäre dann noch zu beachten, dass ich mich um das Wärmeproblem
> kümmern muss wenn ich an die 1 A Grenze komme.

Eben! Um 15W loszuwerden, brauchst du schon einen ordentlich großen 
Kühlkörper. Und der muß seine Wärme ja auch an die Umgebung loswerden.

> Nun schreib Axel aber auch noch dass es die Schaltregler gibt, mit Bsp.
> von Pollin, ein Schaltregler ist dann quasi ein StepDown was ich auch
> schon kenne und da habe. So ein Teil kostet ja aber gleich das
> vielfache mehr.

Ich weiß nicht du da hast. Aber die Pollin-Teile sind eigentlich 
spottbillig. Besonders wenn man sie direkt bei ebay kauft. Du kannst 
aber natürlich auch jeden anderen Stepdown-Schaltregler einsetzen, der 
dir gefält.

> Kann mir jemand sagen was man wo wann am besten einsetzt. In der
> StepDown Lösung habe ich nicht das Wärmeproblem wie bei dem Linearregler
> oder?

Nein. Dafür hast du u.U. andere Probleme. Z.B. "zappelt" bei einem 
Stepdown die Ausgangsspannung immer ein bisschen. Einem Arduino ist das 
egal. Aber einen Hifi-Kopfhörerverstärker oder andere empfindliche 
Analogelektronik würde man damit nicht versorgen wollen. Und die 
China-Module haben oft minderwertige Kondensatoren verbaut.

Daniel H. schrieb:
> Bei einem Ansatz mit Schaltregler würde sich auch ein zweistufiger
> Ansatz anbieten, erst mit einem Regler von 20V auf 12V runter und dann
> mit einem (mehreren?) Schaltregler von 12V auf 5V.

Wozu sollte das gut sein?

von Tobi (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Siehst du diesen Kühlkörper? So, oder größer muss dein Kühlkörper 
werden. Ich verbrate 3,6 Watt. Der Kühlkörper hat bei einer 
Zimmertemperatur von ~22°C über 50°C.

Schaltregler von Recom z.B. haben eine Abmessung von 12*10*9mm und 
erfüllen exakt deine Anforderungen - zudem benötigen keine weiteren 
Komponenten.

Nachdem du mit deinem Equipment mobil sein musst, ist das letztere doch 
bequemer, oder nicht? Streichholzschachtel oder kleiner Schuhkarton?

von Jochen S. (josigb)


Lesenswert?

Tobi schrieb:
> Schaltregler von Recom

habs mir gerade angeschaut. Bei Conrad gibt es die in allen Variationen.
Eingangsstrom zwischen 9V und nach oben somit wäre ideal für meine 
unterschiedlichen Netzteile. Als Ausgangsstrom mit 5V/12V und auch bis 1 
A möglich, kostet ein solches Teil fast 20 EUR bei 5V und 10 EUR bei 
12V.

Dafür aber kein Wärmeprobleme.

Ich würde dann auch hier nochmals zus. Glassicherung mit entsprechender 
Stärke wie der Schaltregler vorsehen.

Das würde so dann funktionieren, dass ich mit meinem 20V 3A Netzteil 2 
solche Schaltregler betreibe und dann keine zus. Kühlung brauche.

Somit auch wenig Platzbedarf und wenig Verkabelung habe.

Diese Teile liefern dann auch eine konstante Ausgangsspannung wo man 
keine Probleme mit ICs wie dem Max7912 bekommt. Sprich die "zappeln" 
nicht?

Habe ich das so richtig verstanden?

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Diese Teile liefern dann auch eine konstante Ausgangsspannung wo man
> keine Probleme mit ICs wie dem Max7912 bekommt. Sprich die "zappeln"
> nicht?

Die "zappeln" trotzdem, aber so gering (z.B. 20mV Vpp), dass zumindest 
bei digitalen Schaltungen keine Probleme zu erwarten sind.

von Tobi (Gast)


Lesenswert?

> Das würde so dann funktionieren, dass ich mit meinem 20V 3A Netzteil 2
> solche Schaltregler betreibe und dann keine zus. Kühlung brauche.


Richtig. Funktioniert. Könntest an deinem Netzteil mit Spannungsregler 
Flachstecker o.ä. anbringen, dann bist du in der Handhabung 
uneingeschränkt.

Und ja, die Teile benötigen KEINEN Kühlkörper

Kabel anlöten, Konfektionieren, Schrumpfschlauch -> Fertig (wenn keiner 
an den Kabeln zerrt und reißt). Ansonsten gibt es kleine Gehäuse 
20*20*30mm, mit zugentlastung für die Kabel.

Bei der "anderen" Lösung benötigst du ein stabiles Gehäuse mit 
Kühlkörper usw. Unterm Strich ist die Geschichte nicht preiswerter.

Übrigens, Conrad ist eine Apotheke

von Jochen S. (josigb)


Lesenswert?

Tobi schrieb:
> Übrigens, Conrad ist eine Apotheke

Yep ist mir klar. Kennt aber jeder.. Super Tipps vielen Dank !!!

von npn (Gast)


Lesenswert?

Jochen S. schrieb:
> Tobi schrieb:
>> Übrigens, Conrad ist eine Apotheke
>
> Yep ist mir klar. Kennt aber jeder.. Super Tipps vielen Dank !!!

Wenn dir 0,5A reichen sollten, kannst du mal bei www.elpro.org 
nachschauen. Da gibts z.B. den R-785.0-0.5 (5V/500mA) und den R-7812-0.5 
(12V/500mA) für 6,89€. Eingangsspannung jeweils bis 32V.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.