Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltregler-IC Datenblattformel verstehen / auflösen


von Mike K. (zod)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Grüß dich, Schwarmintelligenz!

Aktuell beschäftige ich mich mit einem LTC3703 - das ist ein 
Schaltregler-Baustein, vornehmlich für Buck-Konverter gedacht, aber auch 
boostfähig. Es geht um die Berechnung der Verlustleistung eines Mosfets, 
daher habe ich den Beitrag dem analogen Bereich zugeordnet. Eigentlich 
geht es um Algebra.

Die PDF dazu (aus der auch der Ausschnitt oben stammt) ist hier:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/3703fc.pdf

Um mein Verständnis zu verbessern und auch bessere und sauberer 
dimensionierte Schaltungen erstellen zu können, arbeite ich mich 
konsequent durch den mathematischen Teil, in dem hier aktuell eine 
Verständnisschwierigkeit auftaucht.
Auf Seite 14 steht die Formel oben aus dem Bild; sie schätzt die 
auftretende Verlustleistung am oberen Mosfet in der im Datenblatt 
angegebenen Standardschaltung. Ich wäre gerne fähig, sie korrekt 
auflösen und ausrechnen zu können. Es geht um den Term zu Pmain.

Im Wesentlichen ist mein Problem in Zeile 3. Ich verstehe den 
vorangehenden schwarzen Punkt hoffentlich korrekt als ein explizites 
Multiplikationszeichen, aber die Tatsache, daß ich seeeehr hohe 
Ergebniswerte bekomme, wenn ich das Ding nach meinem bisherigen 
Verständnis ausrechne, läßt mich vermuten, daß ich etwas falsch 
verstehe.

Die erste Zeile erscheint mir klar.
Ich berechne das Quadrat zu Imax, multipliziere mit dem Quotienten der 
Spannungen, berechne die Summe aus 1 und Delta, und multipliziere sie 
und Rdson mit dem Vorangegangenen. Zwischenergebnis 1.

Die zweite Zeile verwirrt mich leicht.
Vin wurde zum Quadrieren nicht in Klammern gefaßt (und die hochgestellte 
2 hat eine irritierende Position), obwohl das Konstrukt mit dem Bruch 
prinzipiell gleichartig mit dem in Zeile 1 ist, nur in umgekehrter 
Reihenfolge. Dafür werden die Faktoren Rdr und Cmiller in Klammern 
gefaßt (ich nehme an nur zur klaren Trennung / Lesbarkeit?).
Ich quadriere also Vin und multipliziere mit dem halben Imax sowie den 
zwei anderen Faktoren. Zwischenergebnis 2.

In der problematischen Zeile 3 habe ich die eckigen Klammern erstmal als 
"Ersatz" für Runde betrachtet. Bei einer Suche nach Seiten, die 
erklären, welche Bedeutung und Funktion eckige Klammern in Formeln haben 
können, konnte ich nichts anderes als zutreffend erkennen.
Ich berechne also den Wert beider Brüche, addiere sie, und multipliziere 
mit der Frequenz f. Zwischenergebnis 3.

Hier mal konkrete Zahlen (wo sinnig dem Datenblatt entnommen):
Vout = 12     Vin = 50     Imax = 10   delta = 0,008   Rdson = 0,025
 Rdr = 2  Cmiller = 0,18    Vcc = 12     Vth = 3           f = 100.000

Wer selbst nachsehen möchte, der Mosfet ist ein Vishay Si7456DP. Link:
https://www.vishay.com/docs/71603/71603.pdf

Als Zwischenergebnisse (wie oben beschrieben verfahren) erhalte ich:
Z.E. 1: 0,6048. Seems halbwegs legit.
Z.E. 2: 4500.
Z.E. 3: 44444,444. Im Produkt mit 2. sinds schlappe 200 Millionen.

Wenn ich das korrekt verstehe, dann entspricht Teil 1 der 
Verlustleistung ohne Berücksichtigung von Schaltverlusten, die dann aber 
durch Zeile 2 und 3 der Gesamtverlustleistung hinzugefügt werden.

Welche mathematischen Regeln habe ich denn da gebrochen, daß das so 
immense Zahlen ergibt? Hoffentlich habe ich nur einen total dummen 
Tages-Blackout, daß ich das Problem nicht sehe.

Ich bin dankbar für jeden sinnigen Hinweis.
Und nebenbei auch mal ein herzliches, allgemeinadressiertes Danke für 
alle lehrreichen und guten Antworten hier auf Fragen, die ich selbst 
zwar nicht gestellt habe, von denen ich später als eher stillerer 
Mitleser aber dennoch einiges lernen konnte.

Zod.

von Stefan S. (chiefeinherjar)


Lesenswert?

Mike K. schrieb:
> Cmiller = 0,18

Ohne konkret nachgerechnet zu haben oder das DaBla genauer studiert zu 
haben: Hast du bedacht, dass die Kapazität in Farad (normalerweise) 
angegeben bzw. mit Farad gerechnet wird?
Bei 0,18nF sind wir bei 180 * 10^(-12) Farad. Das macht ein paar 
Zehnerpotenzen Unterschied...

: Bearbeitet durch User
von Guest (Gast)


Lesenswert?

Ich hab jetzt mal überschlägig die 2. Zeile gerechnet und ich bin mir 
relativ sicher das du die Einheiten falsch angenommen hast. Cmiller = 
0,18 ist garantiert in µF oder nF also noch mal 10^-6 bzw. 10^-9.

Vermutlich ist das auch das Problem bei Zeile 3.

von Mike K. (zod)


Lesenswert?

Stefan S. schrieb:
> Hast du bedacht, dass die Kapazität in Farad (normalerweise)
> angegeben bzw. mit Farad gerechnet wird?
> Das macht ein paar Zehnerpotenzen Unterschied...

Au backe! Das wäre extrem gut möglich, liest sich jetzt auch sinnig in 
deinem Beitrag. Bzw. euren beiden.
Die Einheit der gate charge im Datenblatt ist in nC angegeben, also 
hatte ich netto 9 Nullen zuviel. Das schmerzt tatsächlich.


Guest schrieb:
> Vermutlich ist das auch das Problem bei Zeile 3.

Bei Miller bin ich deiner / eurer Meinung, in Zeile 3 wüßte ich aber 
nicht, wo ich da noch eine Einheit falsch hätte. Mit der korrigierten 
Cmiller sieht das Ding sinnig aus, da paßt ein etwas größerer Faktor zu 
dem seeehr kleinen Miller wieder.


Na super.
Viele Worte für einen total dummen Facepalm. ^^

Danke euch beiden!
Daran habe ich Stunden unnötig festgehangen und sehe das nicht.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

Mike K. schrieb:
> Daran habe ich Stunden unnötig festgehangen und sehe das nicht.

Es ist nie eine gute Idee, ohne die Einheiten zu rechnen.

von Alexxx (Gast)


Lesenswert?

Und ich bin gerne rechenfaul. Wenn ich's wissen will,
simuliere ich die Schaltung in LTspice.
Einzige Aufgabe: Finde einen MOSFET der dem tatsächlichen ähnelt.
Wenn man dann nicht das Layout versaut, kommt man mit den
Simulationswerten gut hin.

von Mike K. (zod)


Lesenswert?

Wolfgang schrieb:
> Es ist nie eine gute Idee, ohne die Einheiten zu rechnen.

;) Das sieht hier nur so aus, weil ich (bis auf Cmiller) alles schon in 
die Grundeinheiten umgesetzt habe und wegen der Übersichtlichkeit hier 
wegließ.
Beim Cmiller habe ich das nicht gemerkt, weil ich von der 
Abschätzungsmethode in der LTC-PDF abgelenkt war und dadurch geschludert 
habe. Passiert mir aber nicht nochmal, schätze ich.


Alexxx schrieb:
> Wenn ich's wissen will, simuliere ich die Schaltung in LTspice.

Das kommt für mich aber nach dem Durchgehen des Datenblattes und dem 
sauberen Vordimensionieren aller wesentlichen Bauteile (auch wenn dein 
Argument in Bezug auf Verlustleistung, wie hier, legit ist). Und dann 
auch bevorzugt mit dem korrekten Modell, statt einem ähnlichen.

Wenn deren Editor auch endlich mal zumindest auf dem haptischen Niveau 
von Eagle v3.xx ankommen würde, dann würde ich damit auch lieber und 
öfter simulieren. ;)
Und Falstad ist da auch 'ne echte Offenbarung, weil es erlaubt, im Lauf 
noch Bauteilwerte zu verändern. E24-Reihe. Mit dem MAUSRAD! Wie schön! 
Schade, daß die noch keine so umfassende Modell-Bibliothek haben. Und 
ich mag auch Browserzeug weniger gerne als native Programme. Aber an 
manchem Browserzeug kann man sich mal ein kleines Beispiel nehmen.

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.