Geeignete Spannungsver. für uC Platine wählen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo geschätzte Experten,

ich habe wieder eine Frage, die mir sehr wichtig ist. Ich würde mich sehr freuen, wenn ihr mich an Eurer Erfahrung teilhaben lassen würdet.

Ich bin gerade dabei einen Schaltplan in Eagle für meine uC Platine zu entwerfen.
http://img713.imageshack.us/i/16484257.jpg/

Ich mache mir Gedanken über die Spannungsversorgung.

Würdet ihr mir bitte bei meinem Denkansatz helfen und mir Tipps geben, ob das so optimal ist oder wie es besser geht?

so ähnlich soll meine Platine mit einem Atmega Chip mit 16MhZ auch aussehen:
http://img143.imageshack.us/f/ucplatine.jpg/

mein ursprünglicher Ansatz einer Spannungsversorgung sah so aus:
http://img835.imageshack.us/i/spannungsversorgung.jpg/

Ein 24V Steckernetzteil mit Schaltreglertechnologie soll als Grundspannungsversorgung benutzt werden. --Eingang für die Hohlbuchse bei der uC Spannungsversorgung
http://www.conrad.de/ce/de/product/512781/

die 5V für den uC sollten! über einen Festspannungsregler aus den 24V gewonnen werden.
Dabei bin ich mir schon nicht sicher, ob ein T0220 Gehäuse eine Leistung von P=(24-5V)*0,2A=3,8 Watt abführen kann?

200mA Gesamtverbrauch für eventuell angeschlossene Transistoren, LED´s,LCD-Display usw…

Vertragen uC auch DC/DC WAndler oder reagieren diese darauf sehr empfindlich???
Wenn es geht, könnte man ja auch von UWi´s Schaltplan eine Schaltung nehmen.
siehe hier:
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/SV…

nächste Frage:

D es weiteren möchte ich aus dem ca. 24V Steckernetzteil mit Schaltreglertechnologie eine einstellbare Spannung ableiten. Für Motoren usw… Diese Spannung wird maximal 24V groß sein und soll im Maximum 1A liefern können.

Soll man da auch einen DC/DC Wandler nehmen???
Bei der Wahl wäre mir wichtig, ob man dann noch eine simple PWM-Motorsteuerung hin bekommt.
Ich habe gehört, dass das dann eventuell nicht mehr geht.

Ein Vorteil eines DC/DC Wandlers wäre ja der hohe Wirkungsgrad auch bei einer niedrigen ausgegebenen Spannung wie 12V und 0,3A = PV am Linearregler= 12V*0,3=4Watt -->sehr hoch

Ich hoffe, ihr helft mir ein wenig. Dann kann ich mich endgültig für eine Spannungsversorgung entscheiden. :smile:

Ich würde mich über Hilfe sehr freuen.
Bei weiteren Nachfragen stehe ich gern zur Verfügung.

Vielen Dank schon mal im Vorraus,

Matthias.

#2

Hallo,

mein ursprünglicher Ansatz einer Spannungsversorgung sah so
aus:
http://img835.imageshack.us/i/spannungsversorgung.jpg/

Von 24V auf 5V ist für einen Längsregler eine eher schlechte Lösung.
Gleich ein 5V-Steckernetzteil wäre viel einfacher.
http://www.conrad.de/ce/de/product/512683/

Da du aber alles aus 24V gewinnen willst, wäre ein Schaltregler
eine bessere Lösung.

Ein 24V Steckernetzteil mit Schaltreglertechnologie soll als
Grundspannungsversorgung benutzt werden. --Eingang für die
Hohlbuchse bei der uC Spannungsversorgung
http://www.conrad.de/ce/de/product/512781/

Das bringt aber nur 250mA!
Reicht dir das denn, wenn du noch irgend welche Motoren mit
ansteuern willst?
Diese hier habe ich vielfach im Einsatz:
http://www.conrad.de/ce/de/product/510824/

Dabei bin ich mir schon nicht sicher, ob ein T0220 Gehäuse
eine Leistung von P=(24-5V)*0,2A=3,8 Watt abführen kann?

Da brauchst du eben einen passenden Kühlkörper, um eben 80%
der Energie zu verheizen.

Vertragen uC auch DC/DC WAndler oder reagieren diese darauf
sehr empfindlich???

An sich kein Problem,
aber was willsr du mit DCDC-Wandler?
Das sind solche Dinger:
http://www.conrad.de/ce/de/product/154144/

Wenn es geht, könnte man ja auch von UWi´s Schaltplan eine
Schaltung nehmen.
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/ELEKTRONIK/SV…

Dann mach das doch :smile:

nächste Frage:
D es weiteren möchte ich aus dem ca. 24V Steckernetzteil mit
Schaltreglertechnologie eine einstellbare Spannung ableiten.

Du meinst von den restlichen 50mA?

Für Motoren usw… Diese Spannung wird maximal 24V groß sein
und soll im Maximum 1A liefern können.

Aha.

Soll man da auch einen DC/DC Wandler nehmen???

Warum willst du so ein Teil?
Ein normaler Schaltregler(Step-Down) macht es auch.
Nimmst du einen Regler, der frei einstellbar ist, kannst du
die Spannung variieren.

Bei der Wahl wäre mir wichtig, ob man dann noch eine simple
PWM-Motorsteuerung hin bekommt.

Wo ist das Problem?

Ich habe gehört, dass das dann eventuell nicht mehr geht.

???

Ein Vorteil eines DC/DC Wandlers wäre ja der hohe
Wirkungsgrad auch bei einer niedrigen ausgegebenen Spannung
wie 12V und 0,3A = PV am Linearregler= 12V*0,3=4Watt
–>sehr hoch

Ja, ist so. ca. 80-85% sind gut zu erreichen.
Bei 5V/200mA = 1W hättest du ca. 200mW Verlustleistung, die noch
auf Reglerchip, Drossel und Schottkydiode verteilen.
Gruß Uwi

#3

Guten Abend Uwi,

vielen Dank für Deine Unterstützung. :smile:

Nun habe ich keine Bedenken mehr zwei Schaltregler (5V fest und einmal einstellbar bis nahezu 24V) in meiner uC Schaltung einzusetzen.

Ich möchte nicht zwei Netzteile (5V und 24V) mit mir rumtragen, deswegen aus 24V beide Spannungen.

Meines Wissens nach strahlen diese Schaltreegler aufgrund der hohen Schaltfrequenz sehr stark ab und können uC und 10bit Analogmessungen empfindlich stören.
Desweiteren dachte ich aufgrund der getakteten Ausgangsspannung wäre nur eine schlechte PWM-möglich.

Deswegen hatte ich bedenken.

Ich habe leider das falsche Netzteil (nur 250mA anstatt 1000mA) verlinkt. :smile:

Aus Unwissenheit habe ich auch ständig einen DC/DC Wandler mit ins Spiel gebracht. Ich meinte Schaltregler und dachte das ist dasselbe. Ich informiere mich diesbezüglich die Tage noch.

Ich entwerfe in den nächsten Tagen diesbezüglich eine nSchaltplan mit passenden IC´s.
Dann zeig ich Euch meinen Entwurf nochmal, bevor ich diese uC Schaltung mitsamt der Spannungsversorgung mittels Eagle layoute.

Vorher lass ich euch gern auf die Gesamtschaltung schauen und höre mir Eure kritik an.
Auch das gelayoutete Board werde ich Euch gern in ein paar wochen zeigen, ob das soweit akzeptabel ist. :smile:

Deine 5V uC Schaltung werde ich sicher so übernehmen und mir dann noch einen einstellbaren Schaltregler raussuchen.

Wenn du magst, kannst du mir auch gern schon Einen empfehlen. Dann kann ich mich direkt in den Aufbau der Schaltung einlesen und den Schaltregler studieren.

Gibt es auch eine einfache Möglichkeit eine kleine! (z.B. zwei digits) Anzeigeeinheit für den eingestellten Spannunggswert am Schaltregler mit auf die platine zu bringen?
Mir fällt sonst nur noch eine Bargraphanzeige ein, wo man grob die Spannungshöhe abschätzen kann.

So, das wars dann erstmal.

Ich wünsche Dir noch eine angenehme Nacht.

Viele Grüße,
Matthias.

#4

Hallo Uwi,

einen schönen Samstag wünsche ich.

Ich habe mich bezüglich des Unterschieds eines DC/DC Wandlers und eines Schaltreglers kurz bei Wikipedia informiert.

Für mich sieht es aus, als ob es das gleiche ist.

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

Abwärtswandler (engl. Buck Converter) ist auch ein DC/DC WAndler unter der Überschrift.

Viele Grüße, Matthias.

Ein Gleichspannungswandler, auch DC-DC-Wandler genannt, engl. DC-DC Converter, bezeichnet eine elektrische Schaltung welche eine am Eingang zugeführte Gleichspannungen in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Die Umsetzung erfolgt mit Hilfe eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und einem oder mehrerer Energiespeicher.

#5

Hallo,
mag sein, dass rein nach Definition keine großen Unterschiede
zwischen DCD-Wandler und Schaltregler gibt, aber in der praktischen
Verwendung wird da doch genau unterschieden

  1. DCDC-Wandler
    Wird üblicherweise als komplette Baugruppe (oft Hybrid-IC) verstanden,
    welches eine Gleichspannung mit Schaltreglertechnologie in eine andere
    Gleichsspannung umsetzt.
    Meist geschieht dies auch noch mit galvanischer Trennung, was zwar
    nicht zwingend ist, aber in sehr vielen Fällen genau der Grund zum
    Einsatz eines DCDC-Wandlers ist, statt einem Schaltregler.
    Oder man nimmt einen DCDC-Wandler, wenn man verschiedene Spannungen
    braucht, die oft auch noch höher als die Ausgangsspannung liegen.

Was beim DCDC-Wandler aber nicht im Vordergrund steht, ist die
Stabilisierung der Ausgangsspannung.
Natürlich arbeitet ein DCDC-Wandler mit Schaltreglertechnologie.

Praktisch ersetzt ein DCDC-Wandler diverse Funktionen, die
vormals über verschiedene Trafowicklungen realisiert wurden.
DCDC-Wandler sehen eben so aus:

Neben dem DCDC-Wandler gibt es auch noch den ACDC-Wandler,
was als moderner Ersatz des altbekannten Trafos verstanden werden kann.

2.Schaltregler:
Hier steht die Stabilisierung der Ausgangsspannung ganz klar im
Vordergrund. Es ist eben nicht primär ein „Wandler“,
sondern ein „Regler“.
Nicht im Vordergrund steht auch die Problematik der galvanischen Trennung.

Im vorliegenden Fall wird eben kein DCDC-Wandler als käufliche Baugruppe
verwendet, sondern ein Regler aus Einzelbauelementen aufgebaut.

Gruß Uwi

Ich habe mich bezüglich des Unterschieds eines DC/DC Wandlers
und eines Schaltreglers kurz bei Wikipedia informiert.
Für mich sieht es aus, als ob es das gleiche ist.
http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichspannungswandler
Abwärtswandler (engl. Buck Converter) ist auch ein DC/DC
WAndler unter der Überschrift.
Viele Grüße, Matthias.
Ein Gleichspannungswandler, auch DC-DC-Wandler genannt, engl.
DC-DC Converter, bezeichnet eine elektrische Schaltung welche
eine am Eingang zugeführte Gleichspannungen in eine
Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem
Spannungsniveau umwandelt. Die Umsetzung erfolgt mit Hilfe
eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und
einem oder mehrerer Energiespeicher.

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#6

Hallo,

Nun habe ich keine Bedenken mehr zwei Schaltregler (5V fest
und einmal einstellbar bis nahezu 24V) in meiner uC Schaltung
einzusetzen.

solche Konzepte verwende ich in den von mir entwickelten Geräten vielfach.
Da wird z.B. eine 12V-Spannung aus 24V per Schaltegler bereitgestellt,
die für Analogschaltungen aber auch für Motoren gedacht ist.
In einem zweiten Schritt wird dann noch die 5V-Spannung für den
Prozessorkern abgeleitet. Wenn da bloß paar 10 mA benötigt werden,
reicht dann auch ein Längsregler.

Ich möchte nicht zwei Netzteile (5V und 24V) mit mir
rumtragen, deswegen aus 24V beide Spannungen.

ok, kann man machen.

Meines Wissens nach strahlen diese Schaltreegler aufgrund der
hohen Schaltfrequenz sehr stark ab und können uC und 10bit
Analogmessungen empfindlich stören.

Das ist eine Frage des soliden Aufbaus und auch der Auswahl der BE.
Da steckt aber auch sehr viel Erfahrung mit drin.

Ein paar Tips dazu:

  1. Schaltregler mit eher niedriger Schaltfrequenz stören nicht so stark.
  2. Solide Masseführung beachten. Bei Schaltregler den Massepunkt für
    IC, Drossel und Diode kompakt halten. Nachfolgende Block-C großzügig
    ausführen.
  3. Analoge Schaltungen mit zusätzlichen Tiefpässen in der Zuführung
    der Betriebsspannung beschalten.
    Beispiel siehe hier R51, C51, C52 und auch R58, C58, C59
  4. Dafür sorgen, dass Schaltfrequenzen und Nutzfrequenzen nicht
    im gleichen Bereich liegen.
    Wenn man also z.B. einen eines Sensors im Bereich bis 10kHz nutzt,
    dann sollten die Schaltfrequenzen der Regler deutlich drüber liegen.

Desweiteren dachte ich aufgrund der getakteten
Ausgangsspannung wäre nur eine schlechte PWM-möglich.

Da ist natürlich auf der Ausgangsspannung noch eine messbare
Störungspannung aufgeprägt, aber umso wichtiger ist eine solide
Beschaltung mit Block-Cs und Tiefpassen.
Kritisch ist so was eher beim sehr hoch verstärkenden Sensorschaltungen.
Aber auch da kann man so was beherrschen

Aus Unwissenheit habe ich auch ständig einen DC/DC Wandler
mit ins Spiel gebracht. Ich meinte Schaltregler und dachte das
ist dasselbe. Ich informiere mich diesbezüglich die Tage noch.

Ja, DCDC-Wandler meint diese fertigen Teile, die man genau unter
diesem Namen auch kaufen kann.

Wenn du magst, kannst du mir auch gern schon Einen empfehlen.
Dann kann ich mich direkt in den Aufbau der Schaltung einlesen
und den Schaltregler studieren.

Da schau erst mal, was du preiswert kaufen kannst.
Regler aus der LM7xxx-Serie sind nur eine Möglichkeit.
Wichtig ist dabei aber noch, dass du dir passende Speicherdrosseln
(Ringkern) dazu besorgst. Wenn du da was preiswertes findest, kannst
du das ja auch mal verlinken.

Gibt es auch eine einfache Möglichkeit eine kleine! (z.B.
zwei digits) Anzeigeeinheit für den eingestellten
Spannunggswert am Schaltregler mit auf die platine zu bringen?

Was soll die Anzeigen?
Machbar ist vieles, auch größere LCD mit z.B. 2x16 Zeichen usw.

Mir fällt sonst nur noch eine Bargraphanzeige ein, wo man
grob die Spannungshöhe abschätzen kann.

Für Spannung gibt es doch auch ganz preiswerte Module.
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=36413:stuck_out_tongue_winking_eye:ROVI…

Da kann es sein, dass du dann noch einen DCDC-Wandler brauchst, weil
diese billigen Module am besten mit einer galv. getrennten Versorgung
zu betreiben sind.
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=57508:stuck_out_tongue_winking_eye:ROVI…
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=57499:stuck_out_tongue_winking_eye:ROVI…
Gruß Uwi