Bastelalternative zum Downboy

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Ich bin seit langem auf der Suche nach einem hocheffizienten Schaltregler, der einen weiten Eingangsspannungsbereich besitzt und mit wenig externen Komponenten auskommt. Miniaturisierung der Platine und der Bauteile finde ich eher hinderlich ( bei meinen tatterigen Händen, alles was kleiner als DIP8 ist kann ich nicht verdrahten :( ). Die einfachen Controller Chips von National und Co arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip des step-down reglers, bei dem bei niedrigen Ausgangsspannungen viel Leistung in der Freilaufdiode verheizt wird. Will man die Effizienz steigern so muss man einen synchronen Schaltregler aufbauen, bei dem 2 MOSFETs komplementär geschaltet werden. Wählt man dann die Frequenz nicht zu hoch, erhält man noch geringere Schaltverlsute in den MOSFETs und kommt auf Wandeleffizienzen deutlich über 90% bei Ausgangsströmen von 0,5 bis 5 Ampere und 3,5 Volt (K2 und ähnliche)!
Nach entsprechenden Controllern fande ich schon länger und nun habe ich einen gefunden : bezahlbar, beschaffbar und schön einfach aufgebaut. Nur leider kann ich ihn nicht verdrahten weil ich keine Möglichkeit zum Platinen Ätzen habe, darum meine Frage: Wer hat noch Interesse an so einem Teil? Wenn sich geügend Leute finden, dann erbarmtsich vielleicht jemand aus dem forum und erstellt ein passendes Platinchen, dass dan jeder selbst bestücken kann. Gechätze Bauteilkosten: 5€
Die entscheidenden Komponenten ein IRU3037 kostet 1,21 bei big C und ein passender dual MOSFET IRF7313 87 cent, fehlt noch eine Spule, eine Diode, ein paar Kondensatoren und Widerstände and thats it. Ich habe mal eine typ. Schaltung sowie das Datenblatt angehängt, dort findet sich auch ein grobes Platinenlayout...

Der RedmEx
 

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Hallo redmex,

klar, ich bin sofort dabei. SMD ist sowieso mein Ding. Aber, wenn du dieses Datenblatt studierst, siehst du allein an der Anzahl der Seiten, was an Energie in den Design und in die richtige Auswahl der Bauteile gesteckt werden muss. Der Haken liegt nicht auf der Seite der Halbleiter, sondern eher bei den passiven. Conrad hat zwar löblicherweise einige low-ESR-Kondensatoren im Programm, aber das müsste man mal genauer studieren.

Ein zweiter Pferdefuss ist, dass wir geregelten Strom brauchen, eben nicht geregelte Spannung. Also ist ein weiterer OP fällig, der sicher die Energiebilanz nicht verbessert.

Will man einen Wirkungsgrad von 90% erreichen, so würden das rund 0,55W an Verlusten bedeuten. Nimm einen Standard-OP mit 1mA Stromaufnahme, so sind das schon wieder 12 mW. Der Shunt von 0,1 Ohm verbrät bei 1A auch schon 0,1W. Und schon bist du wieder bei 0,67W Verlusten, also einem Wirkungsgrad von 88%.

Dann baust du ein, zwei Exemplare, die du wegen SMD nicht weiter optimieren kannst, ohne eine neue Platine zu machen. Das kostet Zeit und auch Geld.

Ich habe mit links einen SEPIC-Schaltregler mit 80% gebaut (LT1512). Alles andere ist wegen der passiven Bauteile ein risikoreiches Spiel.

Gruß

Jürgen
 
...Will man einen Wirkungsgrad von 90% erreichen, so würden das rund 0,55W an Verlusten bedeuten. Nimm einen Standard-OP mit 1mA Stromaufnahme, so sind das schon wieder 12 mW. Der Shunt von 0,1 Ohm verbrät bei 1A auch schon 0,1W. Und schon bist du wieder bei 0,67W Verlusten, also einem Wirkungsgrad von 88%.
Hi Jürgen, hatte gehofft, dass du auf meinen post anspringst. Ich will nicht 90% erreichen, ich will 94%, von denen ich gern 2% für die Stromregelung opfere siehe Bild :lol:
Nein du hast recht mit deinen warnenden Hinweisen, aber unüberwindbare Hindernisse sehe ich da nicht, Tantal Elkos gibts z.B. bei reichelt en masse und wenn der Innenwiderstand entscheidend ist, nimmt man einfach mehrere parallel. Besser als die billigen Asienplatinchen dürfte das allemal werden, meinst du nicht ?

Der RedmEx
 

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Tantal Elkos gibts z.B. bei reichelt en masse und wenn der Innenwiderstand entscheidend ist, nimmt man einfach mehrere parallel.
Mach 'ne Mischung aus Tantals mit Keramik (X5R oder X7R). Damit sparst du dir die Sondertypen.
Das dumme im Augenblick ist nur, daß die guten Mosfets allesamt als SMD gefertigt werden, und dann auch noch in PowerSO8, diesen handlötunfreundlichen Format...
Spulen sind kein großes Problem, evtl. könnt ich ein paar Würths oder Vishays beiseuern. Layout kann ich auch machen, aber ätzen... nee.
 
Hi Jürgen, hatte gehofft, dass du auf meinen post anspringst.

Mist, da kennt einer meine schwachen Stellen...
Ich will nicht 90% erreichen, ich will 94%, von denen ich gern 2% für die Stromregelung opfere siehe Bild :lol:
Nein du hast recht mit deinen warnenden Hinweisen, aber unüberwindbare Hindernisse sehe ich da nicht, Tantal Elkos gibts z.B. bei reichelt en masse und wenn der Innenwiderstand entscheidend ist, nimmt man einfach mehrere parallel. Besser als die billigen Asienplatinchen dürfte das allemal werden, meinst du nicht ?

Der RedmEx

Das Problem ist, dass wenn man mehrere Kondensatoren parallelschaltet, erhöht sich die Leiterbahnlänge, damit die Induktivität und damit erhöht sich auch das ESR wieder.

Die Frage ist aber, ob wir für LEDs wirklich einen Hifi-tauglich geglätteten Strom brauchen, ich glaube eher nicht. Die heutigen LEDs vertragen auch etwas Stromwelligkeit, also dürfte das Filtern des Ausgangsstroms nicht so das Thema sein. Die Drossel aber eher. Wer weiß schon wo man eine passende Hochstromdrossel für >2A herbekommt, die man auch noch bezahlen kann?
@plattfusz: kannst du Details nennen?

Nochmals für alle: das, was hier angedacht werden soll, soll ein Schaltregler werden, mit dem man von irgend einer Spannungsquelle auf eine oder auch mehrere LEDs den Strom transformieren kann. Mit super-Wirkungsgrad und der Fähigkeit, Spannungsschwankungen auszugleichen. Klein und kompakt soll er auch noch sein, und nachbausicher, preiswert...

Gruß

Jürgen
 
@plattfusz: kannst du Details nennen?

Nochmals für alle: das, was hier angedacht werden soll, soll ein Schaltregler werden, mit dem man von irgend einer Spannungsquelle auf eine oder auch mehrere LEDs den Strom transformieren kann. Mit super-Wirkungsgrad und der Fähigkeit, Spannungsschwankungen auszugleichen. Klein und kompakt soll er auch noch sein, und nachbausicher, preiswert...
Danke Jürgen, das trifft schon des Pudels kern. Bestes Beispiel ist die mitgelieferte Platine des Conrad spots: Bei Eingangsspannungen zwischen 6 und 18 Volt liefert sie konstant 700 mA Ausgangsstrom, man ist also sehr frei in der Wahl seiner Energiequelle ( Dynamo, Akkus, Trafo usw.)
Schwächen sind nur der maßige Wirkungsgrad von unter 80%, z.B bedingt durch die hohe Schaltfrequenz von 1,2MHz und die Brenzung aud max 1 Amp Ausgangsstrom, mehr verkraftet der Chip nicht. Mit ein paar ausgewählten Komponenten wie oben dargestellt läßt sich das Konzept veredeln, wird allrdings dafür nicht mehr ganz so kompakt...
Mein persönlicher Verwendungszweck ist eine 5W Z-Power LED bei 1,4 Amp zu betreiben, die bei dieser Leistung 178 Lumen nach vorn wirft. Die werde ich in einen großen Reflektor einbauen, um dann die Nacht zum Tag zu machen:D

Der Redmex
 
@plattfusz: kannst du Details nennen?
Würth HC oder HCA
http://www.we-online.de/we_web/emc/eisos/layout/frameset.php?lan=0&sector=2

Je nach dem, vielleicht kann ich dem Würth-Vertreter ein paar aus den Rippen leiern.

Oder Vishays 2525cz, die kleinste Hochstromspule die es gerade so gibt
http://www.vishay.com/docs/34104/lp25cz01.pdf

Mal kuckn, so 10 Stück kann ich ohne weiteres organisieren. Problem wird die Stückzahl 10-999. Ab 1000 gibts ja dann 'ne Rolle :lol:

tschö,
Michael
 
Hallo Plattfusz,

da bin ich echt von der Rolle. Solche Spulen, wie die von Vishay sind genau das Richtige. Die Spulen von Würth sind wohl eher Filterspulen.

Dann werde ich mich doch wohl mal dranmachen, einen passenden Schaltplan auszuknobeln.

Die Step-down-Variante, die die synchrone Gleichrichtung verwendet, würde aber bedeuten, dann die Akkuspannung IMMER höher sein müsste als die LED-Spannung. Genügend Strom könnte der Regler ja liefern.

Das würde heißen, dass bei einer LED-Spannung von 4 x K2 (z. B.) = 15,2V die Akkuspannung mindestens 17V betragen muss. Das ist etwas hoch.

Bei drei Stück = 11,4V würde eine Akkuspannung von 13V reichen, das wäre immer noch zu hoch.

Also würde man einen 14,4V LiIonen-Akku nehmen, dann könnte man damit ein oder zwei K2 betreiben. Nicht gerade berauschend, die Variationsmöglichkeiten.

(Mit nem Linearregler könnte man vier betreiben, mit ebenfalls rund 90% Wirkungsgrad)

Die Step-up-Variante würde wesentlich mehr bieten: ein Akku von 7,2V und dann soviele LEDs dranhängen, wie es die Spannungsfestigkeit der Bauteile erlaubt. Nur, der Wirkungsgrad dieser Schaltung ist nicht angegeben.

Es ist also noch etwas Hirnschmalz erforderlich...

Gruß

Jürgen
 
Ich will euch jetzt eure Euphorie zu diesem getakteten Regler nicht nehmen, aber auch mit konventionellen Bauteilen ist ein Wirkungsgrad von über 90% möglich. Wem eine Step Down Variante genügt findet auf LED Treiber mehrere Schaltungen dazu.
Bei den wesentlich geringeren Taktfrequenzen sind die Anforderungen an die Spule und die C´s auch nicht so hoch.
Die 200kHz beim IRU3037 sind für Anfänger nicht ohne weiteres zu beherschen. Eine sauber gemachtes Layout (sternförmige Masse, kurze Leiterbahnen...) ist hier schon erforderlich.
Ich werde mich in nächster Zeit mit den Schaltungen im oben genanntem Link mal näher beschäftigen und hier dann auch mal berichten.
Falls jemand schon Erfahrungen mit diesen Schaltungen gemacht hat, bin ich an Erfahrungen darüber auf jeden Fall interesiert.

Grüße
Reinhold
 
hallo heatric,

klar, meine Rede, einfach ist das nicht. Industrielle Lösungen haben meist eine klare Interface-Definition wie Eingangsspannung und Ausgangsstrom. Das ist hier nicht soo einfach.

Ein weiterer Aspekt: die Schaltfrequenz von 200 kHz könnte so manchen drahtlosen Tacho stören.

Einen linear geregelten Stromregler bekomme ich locker in das Lampengehäuse mit rein, das wäre mit einem getakteten nicht mehr möglich.

Ich (und sicher auch die anderen) würde mich aber sehr freuen, wenn wir gemeinsam mal diese Möglichkeit austesten.

Ich kann auf jeden Fall meine Fähigkeiten im Platinenlayout und -herstellung einbringen. Für die Bauteile-Beschaffung bräuchte ich dann etwas externe Unterstützung, so wie vom plattfusz:daumen: .

Gruß

Jürgen
 
Interesse an einem effektiven Regler für die 5W LEDs habe auch ich.

Wir arbeiten gerade an einer Halterung für einen LED-Chip mit Optik für unsere Alugehäuse.

Ziel ist es mit Optik und LED unter den Preis eines Conrad-Spots zu kommen, damit wir eine preiswertere Lösung für die Stadt und lange Rennradtouren haben :)

Wenn am Ende ein Design rauskommt, was hier:

reinpasst, bin ich bei der Entwicklung mit dabei (so lange mein Wissen dafür langt) ;)
 
Hi Michael,

schön, dass du hochwertige Spulen beisteuern könntest. Ich sehe schon, das Projekt nimmt Fahrt auf. Wenn die fertigen Kerne nicht passen sollten, habe ich ein schönes Programm namens minRingkernrechner gefunden, dass für alle möglichen Ferritkerne die zulässigen magneteischen Flüsse berechen kann, so dass man sich die Spulen selber wickeln kann. Ich würde sagen, es kommt auf einen Versuch an.

Der RedmEx
 
Frage, weils mehrfach angesprochen wurde:

Ich dachte bisher: HÖHERE Frequenz, alles einfacher...:confused:
weil dann die INDUKTIONEN (nicht Drossel!) "kleiner" sein dürfen und solche viel leichter zu bekommen sind (nicht nur wirklich tolle, wie die im link vom platfuz, sondern einfache nicht-SMD-Varianten)
 
@yellow-ö: Die Antwort ist typisch nach Radio Eriwan: Im Prinzip schon, aaber...

Höhere Schaltfrequenzen erlauben kleinere Induktivitäten und kleinere Kondensatoren, weil für kürzere Zeit Energie zwischengespeichert werden muss. Die Schaltverluste steigen aber, weil die Schaltflanken der Transistoren und der Dioden endlich sind. Man kommt mit höheren Frequenzen auch in den Bereich, in dem die Induktivität eines jeden Bauteilanschlusses eine Rolle spielt. Das sind zwar nur Nano-Henry, aber es stört eben. Abgestrahlt wird auch ein Mehr an Störungen.

Ich habe mittlerweile etwas gegraben und eine Schaltung aus der Elrad 1998 gefunden: ein Akku-Schnelladegerät. Der Ladestrom wird über eine selbstschwingende Komparatorstufe verlustarm zum Akku transformiert. Diese Schaltung habe ich als Vorbild genommen und eine ähnliche für unsere Zwecke gemalt.

Wer sich auskennt, bitte mal einen Blick drauf werfen.Die Dimensionierung ist noch nicht ganz fertig.

Gruß

Jürgen

P.S.: stelle gerade fest, dass das Schaltbild eine miese Qualität hat. Sorry. Werds nochmal probieren.
 

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Wer sich auskennt, bitte mal einen Blick drauf werfen.Die Dimensionierung ist noch nicht ganz fertig.
Hallo Jürgen,
100µH sind deutlich zu viel. Versuche unter 10µ zu kommen. Bei 100µ bekommst du nix mehr vernünftiges. Leider.

Ich kann auch gebrauchte Spülchen besorgen. Vorteil: liegen hinter mir und sind sofort verfügbar :)
Nachteil: 10µ ist das Maximum, kleinere hab ich in ausreichenden Mengen da.
lg,
Michael
 
Hallo zusammen,
wollen wir doch dieses Thema neu beleben, weil es ein neues IC gibt, das in einem SO8-Gehäuse alle wesentlichen aktiven Komponenten beinhaltet, außer der Freilaufdiode. Es heißt LM3404 und hat einige bemerkenswerte Eigenschaften: Einstellen der Schaltfrequenz und nur 0,2V Shunt-Spannung. Hie der Link zum Datenblatt: http://cache.national.com/ds/LM/LM3404.pdf
Das alles verspricht einen Wirkungsgrad von 88% und mehr.
Wenn ich nun auf Plattfusz's Angebot zurückkomme, die passende Induktivität zu besorgen, zeigt sich, wie so ein Schaltregler-Design doch die Design-Freiheiten ziemlich einschränkt:
Will man eine geringe Differenz zwischen Eingangsspannnung und Ausgangsspannung, so sollte die Schaltfrequenz niedrig sein. Das Gleiche gilt, wenn man einen hohen Wirkungsgrad haben möchte. Dem widerspricht aber, dass man eigentlich eine kleine Induktivität einsetzen möchte (max. 10µHy). Eine kleine Induktivität würde auch einen höheren Ripple-Strom durch die Diode bedeuten.
Wenn sich also jemand im Design eines Schaltreglers gut auskennt, bitte vortreten. Ich mache gerne das Platinenlayout, wenn die Komponenten mal festliegen.
Gruß
Jürgen
 
Nachtrag: den LM3404 gibts beim Spoerle ind bei Digikey, Spulen von Würth gibts bei R&S.

Aber bisher scheint das Interesse an solchen Schaltungen wohl nicht mehr soo groß zu sein.

Gruß

Jürgen
 
Hallo,

habe ich bloß schlampig gelesen oder ist nicht klar, für welchen Strom/Spannung der Wandler ausgelegt werden soll? Ohne diese Angaben ist eine Diskussion ziemlich witzlos. Wenn es nur ums Ergebnis und nicht um den Spaß an der Entwicklung an sich geht, gibt es von diversen privaten und kommerziellen Anbietern schon fast alles. Es geht auch ziemlich klein, wie z.B. zwei Schaltregler in Raymunds 3er Lampe. (http://www.mtb-news.de/forum/showpost.php?p=2431731&postcount=1940)

Grüße Peter

P.S. Maik, ich arbeite in Kleinopitz, einem Vorort von DD, bei Interesse könnte man sich ja mal treffen.
 
2 Schaltregler?
2 Mal mindestens 10 % Verlust?
Ist das eine Anwendung mit unerschöpflicher Energiequelle? ;)

Gerade Led schreien doch eigentlich nach einer bestimmten Anzahl in Reihe (3 oder 4), einem Regler (Verluste minimieren) und dann mehreren unterschiedlich starken Leuchtkrafteinstellungen.
Das verlinkte Beispiel 1 Lux V (Flut) und mehrere Lux III (Spot) ergänzen sich so doch wunderbar, denn selbst bei hohem Tempo ist ein wenig "Nah"-Flutlicht sehr zu empfehlen.
 
Hallo Peter,

dein Posting damals muss ich wohl übersehen haben. Wo hast du den Schaltregler her? Das würde mich interessieren.

Den verwendeten LT3474 gibts für rund 12 Euros beim Segor, die Spulen sind auch kein Problem mehr.

Bleibt eigentlich nur noch das TSSOP-Gehäuse mit seinen engen Beinabstand.

Gruß

Jürgen
 
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