Schalt- vs linearregler 24V

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hummer87

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11. Apr. 2011
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Hallo Forum,

ich benötige eine kleine Entscheidungshilfe.

Für die Spannungsversorgung einer Relaisplatine benötige ich zwei Spannungen (+12V, +5V)

Die Versorgungsspannung kommt von einem 24V Netzteil.
ich möchte die Spannungsversorgungen gern etwas universell auslegen, da ich plane neben der Relaisplatine auch noch eine analoge Messplatine zu bauen.

Spannungsversorgung 12V:
- diese soll auf ca. 1A bis 1,5A ausgelegt werden.

Spannungsversorgung +5V:
- diehnt hauptsächlich für die Versorgung des µC, COM-Einheit, ggf. weiterer Schieberegister oder AD Wandler, sowie maximal 8LEDs (low Current led)
- Strom soll auf ca. 200-300mA ausgelegt werden


Nun zu meiner Frage:
um die Spannungsversorgungen möglichst effizient, aber dennoch recht klein zu gestallten, brauche ich eine entscheidungshilfe ob für die jeweilige Spannung ein Schaltrgler oder linearregler besser zu verwenden ist.


Die Platinen soll später in ein Hutschienen Gehäsue untergebracht werden, daher ist die Wärmeabfuhr nicht leicht zu realisieren


Als linerarregler würde ich den 78012 / 7805 oder LM317 verwenden
Als Schaltregler die LM 2575 oder lm2675 verwenden.



Über hilfe würde ich mich sehr freuen, ggf auch über alternaive Regler

Viele Grüße
 
Hi,

hummer87 schrieb:
Die Versorgungsspannung kommt von einem 24V Netzteil.

Spannungsversorgung 12V:
- diese soll auf ca. 1A bis 1,5A ausgelegt werden.

Spannungsversorgung +5V:
- dient hauptsächlich für die Versorgung des µC, COM-Einheit, ggf. weiterer Schieberegister oder AD Wandler, sowie maximal 8LEDs (low Current led)
- Strom soll auf ca. 200-300mA ausgelegt werden


Nun zu meiner Frage:
um die Spannungsversorgungen möglichst effizient, aber dennoch recht klein zu gestallten, brauche ich eine
...
Die Platinen soll später in ein Hutschienen Gehäsue untergebracht werden, daher ist die Wärmeabfuhr nicht leicht zu realisieren
Zum Vergrößern anklicken....

also bei der Gehäusegröße und der schlechten Wärmeabfuhr braucht man eigentlich nicht weiterzurätseln.
Nimm die Schaltwandler wenn du nicht nen dicken Alukühlkörper dranschrauben willst.
Kannst du aber auch selber ausrechnen. Alleine bei den 12V/1,5A wirst du bei 24V Eingang ...
( 24V - 12V ) * 1,5A = 18W an Wärme irgendwie an die Umgebungsluft bringen müssen.
Da schmilzt dir das Hutschienengehäuse zusammen. Die 5V-Versorgung fehlt bei der Rechnung nun noch.
( 24V - 5V ) * 300mA = 5,7W zusätzlich. Egal ob du nun den 5V-Regler aus den 12V oder den 24V versorgst. Das verschiebt lediglich einen Teil der Wärme von einem Regler auf den anderen.

Also zusammen etwa 23,7W an Verlustwärme die irgendwie weg müssen. :p Ist ja grade Winter. Stell das Gehäuse nach draußen :D Friert nicht ein und liegt auch nie Schnee drauf. (nee... nur nen Scherz)

Gruß
Dino
 
Vielen Dank für deine Antwort.

ja, mit der Wärmeabfur habe ich auch schon überlegt, und bin immer daran gescheitert.
Leider sind die Schaltregler immer teurer als die linear.
Auch der Platzbedarf ist größer

Aber egal, ich werde auf Schaltregler setzen.

Rückfragen sind immer besser als blind drauf los legen :)

hast jemand gute Erfahrungen mit Schaltregler?
Typ?
Aufbau?

interessant wäre auch der LM2672M-12 oder LM2674M-5

Diese sind jeweils schön klein.

Habt ihr weitere ideen?

Vielen Dank
 
Wenn du die Regler nicht sofort brauchst, auf Ebay gibt es gute Angebote.
371194505629 Das wäre sogar aus Deutschland.
 
Dino hat ja das meiste schon gesagt, ich erwähne nebenbei mal USB-Steckernetzteile (Handy usw, Dirk hat AFAIR auch noch die mit dem geringen Standby-Bedarf), aber das wird hier konkret nicht viel Sinn machen...
Jetzt mal die wesentlichen Fakten aus Deinem Beitrag kondensiert
hummer87 schrieb:
...
zwei Spannungen (+12V, +5V)

Die Versorgungsspannung kommt von einem 24V Netzteil.
neben der Relaisplatine auch noch eine analoge Messplatine zu bauen.

Spannungsversorgung 12V:
- diese soll auf ca. 1A bis 1,5A ausgelegt werden.

Spannungsversorgung +5V:
- diehnt hauptsächlich für die Versorgung des µC, COM-Einheit, ggf. weiterer Schieberegister oder AD Wandler, sowie maximal 8LEDs (low Current led)
- Strom soll auf ca. 200-300mA ausgelegt werden
Zum Vergrößern anklicken....
Mach mal bei dem Analogkram Nägel mit Köpfen, bevor das hier weitergeht - das würde ich an Deiner Stelle ungern (direkt) aus 'nem Schaltregler versorgen wollen. Also lieber die Versorgungsspannung mit 'nem Schaltregler auf 7V oder so runterhacken lassen, und von dort dann mittels LDO-Linearregler auf 5V(analog) runterbrutzeln...
Bei 12V(analog) ähnlich.
Wegen dem AD-Wandler - kommst Du da mit 0-??V aus, oder benötigst Du vielleicht auch noch negative Spannungen (zB um mit OPAMPs den Messwert zu formen)?

Warum eigentlich 24V?
 
Wenn du es nicht eilig hast, ich kann die KIS3R33 Module sehr empfehlen. Nur noch 2 LowESR Kondensatoren und ein Poti (/Spindeltrimmer), fertig. Die sind sehr klein und schaffen 2,5A (4A peak). Ich versorg da auch meine AVR Schaltungen mit, teils auch mit stark wechselnden Strömen, ohne Probleme. Restwelligkeit kann ich mit meinem "Skop" nicht messen. Natürlich könnte man wie LotadaC meinte auch mischen (Schalt- und Linearregler). Aber nur Linearregler ist wohl ein No-Go, außer du willst sicherstellen dass es im Schaltkasten niemals frieren kann ^^
 
LotadaC schrieb:
Warum eigentlich 24V?
Zum Vergrößern anklicken....

Nun ja, dies war mein erster Gedanke.
Berücksichtigt man Leitungslängen, Spannungsfall, usw.... Ebenfalls kommen dann noch Schutzdioden dazu, sodass daraus gern mal 1-2V Spannungsverlust werden
Des weiteren gibt es diese Spannungsversorgung zu genüge in verschiedensten Leistungs- und Preisklassen

das einzige was mich bisher an 12V gehindert hat, war die Verwendung von Relais, welche im großen 12V benötigen.
=> ja es gibt diese auch in 5V oder 24V Ausführung,

dennoch bin ich der Meinung, das zwischen Spannungsversorgung und µC ein Spannnungsunterschied bestehen sollte, sonst könnte ich ja gleich auf 5V gehen, aber dann werde ich mit Leitungslänge usw, zu kämpfen haben.

Fazit:
Ob es nun 24V, 15V oder 12V werden entscheide ich später, die Spannungsregler oder Schaltregler haben ein großen Eingangsbereiche, welchen ich außnutzen kann. Zum Schluss wähle ich die Variante mit der gerinsten Wärmeentwicklung.
kleiner als 12V wird es aber nicht werden, da für externe Relais ich mind. 12V benötige

Wenn ihr anderer Meinung seit, oder noch tipps und trickt habt, dann bin ich über jede Hilfe dankbar

Wenn ich es jetzt richtig verstanden habt, sollte ich zwei Stufen einbauen, Vin auf 7V und dann 7 auf 5V. welche Vorteil hat dies bei Analogschaltungen?
ich verbrate dann doch wieder 2V Sinnlos in Wärme, oder
ich wollte eher auf AD IC setzten, welch eine 5V spannungseingang besitzen, mit 10-12Bit Auflösung. Per Spannungsteiler werde ich diesen Eingangsbereich auf 10V erhöhen.

Ebenso ist eine Strommessung bis 20mA geplant. => aber ein anderes Thema

Viele Grüße
 
Hi,

hummer87 schrieb:
das einzige was mich bisher an 12V gehindert hat, war die Verwendung von Relais, welche im großen 12V benötigen.
=> ja es gibt diese auch in 5V oder 24V Ausführung,
Zum Vergrößern anklicken....

für Relais benötigst du keine stabilisierte Spannung. Wenn da 11V anliegen ziehen die auch noch stark genug an. Bei 13V werden die auch nicht gleich verglühen. Genaueres wird man aber aus den Datenblättern der Relais erfahren können.

Das für die Analogteile mit den Linearreglern was LotadaC so gesagt hat, macht schon Sinn. Kommt aber auch immerdrauf an wie genau das sein soll. Eventuell reicht da ne Drossel und nen paar Keramiks um die Spannung sauber zu bekommen. Müßte man etwas genauer wissen was du da nun messen willst. Alles eine Frage des Kosten/Nutzen-Faktors.

Gruß
Dino
 
dino03 schrieb:
...Analogteile...Eventuell reicht da ne Drossel und nen paar Keramiks...Müßte man etwas genauer wissen was du da nun messen willst. Alles eine Frage des Kosten/Nutzen-Faktors...
Zum Vergrößern anklicken....
Genau das meinte ich mit den Nagelköpfen...
Die Schaltregler zerhacken halt die Spannung, das kann man zwar versuchen, mit'nem LC-Tiefpaß zu filtern, aber wenns drauf ankommt hast Du vielleicht trotzdem mit den Schwingungen zu kämpfen. Und da hilft die Trennung der analogen von den digitalen Teilen, und bei den Analogen ggf noch'n analoger Spannungsfresser. Aber der muß dann eben nicht mehr 24-5=19V sondern nur noch 7-5=2V mal Leistung verbrutzeln...

Der 10bit-ADC des AVR reicht Dir nicht? Wenn's nicht so extrem drauf ankommt nehm ich den und pack ich 'ne 1206er 10µH-Induktivität vor AVcc, mit 100nF sollte man da auf'ne Grenzfrequenz von 5kHz kommen (Dino?) - die Schaltregler sind schneller...

Achso, bei Schutzdioden nimmste natürlich Schottkys mit 0,3V...
Leitungslängen... wie lang denn in etwa (bei den 12V 1,5A), und über welche Leiterquerschnitte? Das Netz mit 5V ist dicht am Netzteil, oder?
 
Vielen Dank für die Rückmeldung und Hilfe

Leitungslänge:
Das Netzteil wird im Schaltschrank sitzen, und sollte mehrere dieser "Relaisplatinen" oder "Analogplatinen versorgen können.
Es gibt recht leistungsstarke Netzteile a 24V (daher auch mein Ausgangspunkt 24V)
Von der Länge des Schaltschrankes gehe ich mal von maximal 5m aus, Querschnitt 0,5 bis 1,5mm² (hängt von der jeweiligen Anwendung ab).
Der Schaltregler sollte maximal auf 1,5A ausgelegt werden, um eventuelle Relais schalten zu können. bis zu 8 Stück.
Die restlichen Schaltungen werden sich auf bis maximal 500mA (bei maximaler Belastung) begrenzen. eher deutlich weniger.


AD Wandler:

die AD Wandler der µC reichen mir nicht ganz.
Ich wollte bis zu 16 Eingänge / Ausgänge haben.
Bei vielen µC werden schon 2ADC für I2C o.ä. benutzt, dann benötige ich noch 2 weitere für Spannungsmessungen.
Dann haben die meist nur 8Bit bis 10Bit Auflösung.

Anwendungsfälle Spannung: +10V , Strom: 20mA

deshalb möchte ich gern weitere AD-Controller über SPI verwenden.
werde hier den analogteil über Linearregler trennen, ist wohl die einfachste Lösung


Als Überspannungsschutzdiode werde ich eine P6SMB33CA (bzw. entsprechend der Spannungsklasse, und Eingangsspannungsbereich Schaltregler)
Dann steht da noch die Frage des Verpolungsschutzes.
da gibt es ja mehrere Möglichkeiten:
- Diode: 1N4004 o.ä. (Verluste ca. 8%)
- P-Mosfet im "+12V" Pfad (Rdson ca. 50mOhm)
- N-Mosfet im "0V" Pfad (Rdson ca. 4mOhm)




Viele Grüße
 
Irgendwie noch nicht ganz klar...
Du hast'n Schaltschrank (mit 5m Länge?).
Darin dann das/die Netzteile, bisher auf 24V und hinreichend Leistung geplant.
Du willst weiterhin in diesem Schaltschrank (oder in anderen?) Platinen für Controller/Sensoren/Aktoren unterbringen.
Aktoren sind zB Relais,
Sensoren externe ADC (SPI).

Was sollen die ADC denn nun konkret messen? Und wo?
Wenn ??V-10V gemessen werden sollen, und der ADC vielleicht nur bis 5V arbeitet, muß das Signal angepaßt werden. Ob da Spannungsteiler ausreichen (und das Signal selbst nicht belasten), ist dann zu entscheiden, werden stattdessen OPAMPs verwendet, stellt sich die Frage, wieweit Du runter willst.
Bei der Strommessung wird ein OPAMP eh wahrscheinlich sein...

Wie dem auch sei - nem externen ADC (inklusive der wahrscheinlich dann auch nötigen Spannungsreferenz) mit mehr als 10bit würde ich auf alle Fälle 'ne separate linear geregelte Spannungsquelle anbieten. Außerdem sollte die Signalleitung keine Antenne sein.

Eventuell ist es also sinniger, jeden Sensor-Teil direkt an den Ort des Geschehens zu verfrachten, und nur noch die Daten zu verschicken, da vielleicht besser seriell mittels RS485 oder CAN.
 
hummer87 schrieb:
Leitungslänge:
Das Netzteil wird im Schaltschrank sitzen, und sollte mehrere dieser "Relaisplatinen" oder "Analogplatinen versorgen können.
Es gibt recht leistungsstarke Netzteile a 24V (daher auch mein Ausgangspunkt 24V)
Von der Länge des Schaltschrankes gehe ich mal von maximal 5m aus, Querschnitt 0,5 bis 1,5mm² (hängt von der jeweiligen Anwendung ab).
Der Schaltregler sollte maximal auf 1,5A ausgelegt werden, um eventuelle Relais schalten zu können. bis zu 8 Stück.
Die restlichen Schaltungen werden sich auf bis maximal 500mA (bei maximaler Belastung) begrenzen. eher deutlich weniger.
Zum Vergrößern anklicken....
Wenn die ganzen Teile direkt nebeneinander gesessen hätten (so 5-20cm) dann hätte man über ne einfache Verkabelung für die 24V nachdenken können. So würde ich auf jeden Fall sternförmig vom Netzteil aus verkabeln. Jede Baugruppe mit eigener Regelung. Dabei die Verbindung der einzelnen GND nicht vergessen. Die Versorgungsspannungen sind dann einzeln.

hummer87 schrieb:
AD Wandler:

die AD Wandler der µC reichen mir nicht ganz.
Ich wollte bis zu 16 Eingänge / Ausgänge haben.
Bei vielen µC werden schon 2ADC für I2C o.ä. benutzt, dann benötige ich noch 2 weitere für Spannungsmessungen.
Dann haben die meist nur 8Bit bis 10Bit Auflösung.

Anwendungsfälle Spannung: +10V , Strom: 20mA

deshalb möchte ich gern weitere AD-Controller über SPI verwenden.
werde hier den analogteil über Linearregler trennen, ist wohl die einfachste Lösung
Zum Vergrößern anklicken....
Dann solltest du für Analog sowieso einzelne Linearregler mit guter Filterung am Eingang nehmen damit eingestreute Störungen in der 24V Zuleitung nicht durchkommen. Also Drossel, Elkos, KerKos, Verpolungsschutz (Schottky) und Überspannungsschutz.

hummer87 schrieb:
Als Überspannungsschutzdiode werde ich eine P6SMB33CA (bzw. entsprechend der Spannungsklasse, und Eingangsspannungsbereich Schaltregler)
Dann steht da noch die Frage des Verpolungsschutzes.
da gibt es ja mehrere Möglichkeiten:
- Diode: 1N4004 o.ä. (Verluste ca. 8%)
- P-Mosfet im "+12V" Pfad (Rdson ca. 50mOhm)
- N-Mosfet im "0V" Pfad (Rdson ca. 4mOhm)
Zum Vergrößern anklicken....
Die 1N4004 sind langsam und haben viel Spannungsverlust. Nimm Schottky-Dioden. Es gibt welche die genauso groß sind und auch 1-2A abkönnen. Wenn du sowieso Ü-Schutzdioden einsetzt,dann mußt du keine 200V Beim Verpolungsschutz haben wenn der Ü-Schutz davor ist. Die Sicherung wegen dem Ü-Schutz nicht vergessen!

Wenn dir bei den ADCs die 10Bit nicht reichen, dann wirst du sowieso etwas mehr an Filterung und Schaltungsdesign machen da du sonst die unteren 3-4Bit sowieso vergessen kannst (Zufallsgenerator:p).

Gruß
Dino
 
Hallo Vielen Dank für die vielen Infos,

ich möchte euch natürlich noch ein paar Infos auf eure Fragen geben.
Vieles hat man im Kopf, und drückt sich eventuell falsch aus, oder vergisst das ein oder andere

Bzgl. des Schaltschrankes verhält es sich so.
Größe: 200x80x60cm, Bei einer Netzteilanordnung rechts oben (ist fest vorgegeben) wird entsprechend die 24V /12V an das gesamte System verteilt.
Es gibt/ es wird geplant, Systeme mit reiner Schütztechnik, reiner Messtechnik und kombinierten Elementen aufzubauen.

zur Zeit werden PC mit entsprechenden Messkarten dazu verwendet, einfache 10V Signale auszuwerten. diese PC sind viel zu teuer, und können leicht durch andere Messkarten ersetzt werden. Daher auch die Planung mit mehreren AD-ICs

Dann wird auch Schütztechnik verbaut, welche Steueraufgaben übernehmen.

Kombinierte Systeme können entsprechend Steuern, Messen und regeln.

Je nach System werden mehr oder weniger die eine oder andere Karte verbaut, sodass es flexibel aufgebaut werden kann.


Mein Projekt ist es nun, einfache µC zur Schützschaltung zu entwerfen, welche unseren Ansprüchen genügt, die entsprechenden Kommunikationsmöglichkeiten(RS485/CAN/Eth) mitbringen und beliebig erweiterbar sind.

Da ich nicht weiß, wo die einzelnen Elemente im Schaltschrank sitzen, können Leitungslängen von 5m realistisch sein .

Relaiskarten werden meist dicht beieinander sitzen, genauso wie die Analogkarten, können aber verschiedene positioniert werden

Die Relais pro messkarte sind meist 6-8 Stück. somit ich ca. auf 1A komme (schlechtester Fall) wenn alle Relais eingeschaltet sind, zzgl. µC und Co.

Die Analogkarten werden sich dann auf entsprechende maximale 300mA belaufen (vorläufige grobe Rechnung)

Zu dem gesamten System sind natürlich auch noch Leistungsschütze, Switche usw. dazuzurechnen, welche die 24V ebenfalls benötigen.
Daher haben wir meist Leistungsstarke 24V Netzteile im Einsatz.

Ich hoffe ich konnte mein kleines Projekt etwas näher beschreiben. Bisher sammel ich hauptsächlich Informationen, um in den nächsten Wochen mein Konzept klarer definieren zu können, was möglich ist, und was nicht.

Über weitere Hilfe wäre ich dankbar.

Viele Grüße
 
Hi,

hummer87 schrieb:
Mein Projekt ist es nun, einfache µC zur Schützschaltung zu entwerfen, welche unseren Ansprüchen genügt, die entsprechenden Kommunikationsmöglichkeiten(RS485/CAN/Eth) mitbringen und beliebig erweiterbar sind.
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hast du wegen dem Ethernet schonmal an nen RaspberryPI gedacht? Den hibts auch in Gehäusen für Hutschienenmontage. Das Linux da drauf ist für Ethernet eigentlich super geeignet. Man könnte sogar nen kleinen Webserver draufpacken. Auf jeden Fall hast du da mit Ethernet wesentlich weniger Probleme als mit nem Mikrocontroller. Die Programmierung kann unter Python, C, ... also in einer Hochsprache durchgeführt werden. Das erleichtert auch so einiges. In der Version B+ hat die Kiste auch schon den Linearregler gegen einen Schaltwandler getauscht. Benötigt für die 24V wohl noch ne Vorregelung aber ist wegen dem komplett fertigen Modul bestimmt ne Überlegung wert. Man könnte auch Atmels als Slave an den RasPI hängen.

Gruß
Dino
 
dino03 schrieb:
Hi,



hast du wegen dem Ethernet schonmal an nen RaspberryPI gedacht? Den hibts auch in Gehäusen für Hutschienenmontage. Das Linux da drauf ist für Ethernet eigentlich super geeignet. Man könnte sogar nen kleinen Webserver draufpacken. Auf jeden Fall hast du da mit Ethernet wesentlich weniger Probleme als mit nem Mikrocontroller. Die Programmierung kann unter Python, C, ... also in einer Hochsprache durchgeführt werden. Das erleichtert auch so einiges. In der Version B+ hat die Kiste auch schon den Linearregler gegen einen Schaltwandler getauscht. Benötigt für die 24V wohl noch ne Vorregelung aber ist wegen dem komplett fertigen Modul bestimmt ne Überlegung wert. Man könnte auch Atmels als Slave an den RasPI hängen.

Gruß
Dino
Zum Vergrößern anklicken....


Hallo,

ja den PI habe ich mir auch schon angeschaut,
Hier würde dann aber das Problem kommen, das dies keine EIN-Systemlösung ist.
bedeutet, es ist nicht alles auf einer Platine, und das ist leider Voraussetzung.
Auch CAN muss wieder über eine zusätzliche Platine realisiert werden.

Linus ist meiner Meinung nach auch etwas zu übertrieben, um "nur" ein Relais zu schalten, Analoge Messwerte abzufragen oder Digitale Kanäle zu setzen.
Aber dennoch Danke für den Hinweis.
 
Hi,

hummer87 schrieb:
ja den PI habe ich mir auch schon angeschaut,
Hier würde dann aber das Problem kommen, das dies keine EIN-Systemlösung ist.
bedeutet, es ist nicht alles auf einer Platine, und das ist leider Voraussetzung.
Auch CAN muss wieder über eine zusätzliche Platine realisiert werden.

Linus ist meiner Meinung nach auch etwas zu übertrieben, um "nur" ein Relais zu schalten, Analoge Messwerte abzufragen oder Digitale Kanäle zu setzen.
Aber dennoch Danke für den Hinweis.
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Na denn mal viel Spaß mit Atmel-Mikrocontrollern und Ethernet ;)
Es geht. Aber es ist ein steiniger Weg. Du hast nicht wirklich viel Platz für den ganzen Ethernet-Teil und dann auch noch die Applikation. Es gibt viele professionelle Geräte bei denen einfach noch nen Modul draufgesteckt ist. Linux ist für Ethernet gemacht. Es gibt IP-Telefone mit Linux, und du wirst bestimmt auch irgendwo Waschmaschinen mit Linux finden. :rolleyes: Windows ist für manche Navis auch ziemlich übertrieben. Da hätte man auch nen kleineres System reinbauen können. Es ist alles eine Frage wieviel Kohle man in die Entwicklung versenken will. Wenn es bereits etwas gibt was die Aufgabe gut und einfach erledigen kann, warum sollte man es nicht nehmen? Außerdem könnte man den RasPI sogar übers Netzwerk updaten. Das wirst du beim Atmel nicht hinbekommen. Must du aber im Endeffekt selber wissen ;)

Gruß
Dino
 
:offtopic:
Auf Navis ist Windows CE drauf, das ist mit Windows (PC) nicht vergleichbar. Das System kann - und wird - von den Geräteherstellern nur mit dem nötigsten ausgestattet. Ähnlich wie BusyBox auf einem Router auch kein vollwertiges Linux ist.

Auch wenn das die Japanesen mit den billig eeePCs (Netbooks) etwas anders sehen.
 
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