Schaltregler

7698-mal angesehen • Hochgeladen: 20.10.2009

Was ist ein Schaltregler??
Ein Schaltregeler ist wie ein Linearregler ein Spannungsregler der aus einer bestimmten Eingangsspannung immer eine festgelegte Ausgangsspannung macht.
Unten bei den Bilder habe ich einen Schaltregler angeschlossen und verschiedene Eingangsspannungen eingestellt. Wie bei einen 7805 auch kommt immer eine eingestellte Ausgangsspannung raus (ich hatte 4.75V eingestellt). Dabei fällt allerdings auf, dass der Stromverbrauch mit steigender Spannung fällt. Das liegt ganz einfach daran, dass der Schaltregler eine hohe Effizenz im gegensatz zum 7805 hat. Der 7805 z.b. verbrät die überschüssige Leistung in Wärme und wird so schon bei 12v Eingangsspannung und 300mA ordentlich warm (zur Rechnung: (12V-5V)*0.3A = 2.1W reine Wärme ...) Schaltregler haben zum Teil effizenen bis zu 90% also werden nur 10% "verbraten" der Rest wird so zu sagen zurück geführt und das zeigt sich dadurch dass der Strom bei steigender Spannung fällt. Denn die Leistung hinterm Spannungsregler ist dann ungefähr (je nach Effizenz) so groß wie die vor dem.

Vorteil und Nachteile des Schaltreglers:
Auf die Effizenz bin ich oben ja schon eingegangen. Desweiteren haben Schaltregler eine hohe Ausgangsleistung ohne einen Kühlkörper zu benötigen, der den ich in den Bilder gezeigt habe hatte max. 2.5A Ausgangsstrom. Außerdem lässt sich bei einem Schaltregler die Ausgangsspannung beliebig einstellen. Durch bestimmte Schaltungen ist sogar der Einsatz als StepUp möglich, also dass der Regler eine höhere Ausgangsspannung als Eingangsspannung erzeugt. Allerdings benötigen Schaltregler im Gegensatz zu Linarreglern mehr Außenrum, z.B. eine Spule und 2 Widerstände für einen Spannunsteiler um die Ausgangsspannung einzustellen. Die Kondensatoren die man auch für den Schaltregler brauch sind ja auch beim Linearregler notwendig.

Einsatz des Schaltreglers
Es gibt auf dem Markt etliche Schaltregler. Im Datenblatt steht eigentlich immer die Grundschaltung und Widerstandsbeispiele für die gänigsten Spannungen wie 5.0V oder 3.3V. Trotzdem ist es nicht ganz einfach die Widerstände für einen Schaltregler zu berechnen.
Hier also die Rechnung:

1. Erst I berechnen
I = TeilerSpannung / WiderstandOben
Der obere Widerstand, welcher zwischen der Spule und FB liegt wird als erstes einfach festgelegt. Am besten probiert man einige Widerstände aus bis man einen genauen Wert für 2 hat oder man nimmt welche die man da hat. Die TeilerSpannung ist eine sehr genaue Spannung die von Schaltregler an FB ausgegben wird. Bei dem L5973D ist es 0,6V. Nun Teilt man die Spannung durch den Festen Widerstand: z.b. 0.6V / 10k = 0.6 / 10000 = 0.000006A = 6 * 10^-5 A
2. Vreg berechnen
Vreg = Vout - TeilerSpannung
Vout ist die gewünschte Ausgangsspannung. Von dieser zieht man dann wieder die FB Spannung ab. z.B: 3.3V - 0.6V = 2.7V
R berechnen
Vreg / I = R
I und Vreg haben wir ja vorher schon berechnet und müssen bloß noch eingesetzt werden! z.B: 2.7V / ( 6 * 10^-5 A ) = 45000 = 45k --> Diesen Widerstand kann man einfach bekommen. Hier kann es sein das ein ganz krummer Wert raus kommt. Man kann dann entweder den Festenwiderstand ändern oder auf einen beziehbaren Wert (z.b. E24) runden, dies gibt meistens nur Abweichungen von Millivolt.

Beispiele
Auf dem Bild und auch auf meinem ATxMegaBoard verwende ich den Schaltregler L5973D. Hier habe ich mal den Schaltplan des Schaltreglers aus dem ATxMegaBoards.

Hier habe ich den Spannungsteiler so eingestellt, dass 3.3V am Ende herauskommen. Würde man den 3k3 Widerstand durch einen 1k8 ersetzten würde man wie auf dem Bild ca. 4.75V herhalten also ca. 5V.

Weitere Anwendungen
Viele Schaltregler lassen sich zusätzlich noch als StepUp oder Inverter einsetzen. StepUp heißt, dass aus eine Eingangsspannung eine größere Ausgangsspannung erstellt wird, welche oft für Displays eingesetzt wird. Inverter machen aus einer positiven Eingangsspannung eine negative. Meistens muss man dazu die Schaltung völlig anders aufbauen, allerdings werden diese immer im Datenblatt erklärt.

Das Schaltreglerlayout
Beim layouten mit Schaltreglern muss man darauf achten extem kurze Leitungen und sehr dicke Leitungen (wegen des hohen Stromes) verlegt. Desweiteren sollte man unter der Schalteglerschaltung oder wenigstens unter der Spule die Massefläche weglassen. Ich habe mal ein Layout für den MC34063 gemacht.

Ich behaupte mal das man die Leiterbahnen an einigen Stellen sicher noch kürzer zeihen kann. Ich hab hier im Layout mal Durchsteckbare Teile genommen um es einfach Anfängerfreundlicher zu machen. Ich selber benutze mitlerweilen fast nur noch SMD. Ich hab das Layout unten nochmal als BRD datei angehangen, so könnt ihr das Layout einfach nach machen. Der MC34063 hat den Vorteil das er sehr einfach beschaffbar ist, z.b. bei Reichelt oder CSD.

Schaltregler Eagle Files

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Bilder