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Stromversorgung für µCs

Das A und O einer jeden Schaltung - besonders mit Microcontrollern ist eine gute Stromversorgung. Viele Modelle nehmen Spannungsein-brüche übel und quittieren diese mit spontanen Resets oder sonstigen Fehlfunktionen. Dieser Abschnitt widmet sich daher speziell dieser Problematik.

2 Varianten von Stromversorgung haben wir in der Vergangenheit schon vorgestellt - den Spezialfall Konden-satornetzteil und den einfachen 780x. In jedem PC oder sonstigen moder-nen größeren Geräten kommt meist eine 3. Klasse von Stromversorgun-gen zum Einsatz - die Schaltnetzteile.

Schaltnetzteile haben gegenüber den konventionellen Trafos verschiedene Vorteile - sie sind kleiner, effizienter und erzeugen weitaus weniger Ver-lustleistung (insbesonde Wärme). Leider sind sie relativ kompliziert und kritisch in Sachen Aufbau und Komponentenauswahl weshalb man ohne tiefgreifende Kenntnisse nicht so einfach ein Schaltnetzteil designen kann.

In diesem Text geht es um nahe Verwandte der Schaltnetzteile, den Schaltreglern. Diese bieten neben der im Vergleich zum 7805 enorm nie-drigen Verlustleistung weitere gravier-ende Vorteile - die Spannungswand-
lung kann nämlich nicht nur nach unten sondern auch nach oben und sogar in den negativen Bereich er-folgen.

Den offensichtlichen Nachteil der höheren Kosten, der Spule und der externen Komponenten machen die Schaltregler mit ihrer Effizienz wieder wett. Wer hat nicht: schon öfters zur Stromversorgung einen 7805 einge-setzt uns sich später darüber ge-ärgert, wie schwierig es ist, die Ab-wärme dieses Dinosauriers wieder loszuwerden - Lüfter und Kühlkörper sind oftmals nicht die angenehmste Lösung.


National Simple Switcher

Einen wirklich einfachen Einstieg in die Welt der Schaltregler bieten die Simple Switcher von National Semi-conductors. Neben einer äußerst einfachen externen Beschaltung hilft eine interaktives Designtool auf der Homepage des Herstellers bei der Dimensionierung der Komponenten.

SimpleSwitcher sind in den verschie-densten Ausführungen erhältlich - neben der Gehäuseform (DIL, SMD, TO220) unterscheiden sie sich in der Schaltleistung und der Ausgangspan-nung. Generell sind Schaltregler in einem weiten Spannungsbereich trimm-bar, aber NSC vereinfacht uns die Arbeit durch Modelle welche auf eine feste Ausgangsspannung (ge-bräuchliche Werte wie z.B. 3, 5 und 12 Volt) justiert sind.

Hier ein Beispiel mit dem LM2574:

Der eine oder andere Leser hat viel-leicht schon von Schwierigkeiten mit Schaltreglern gehört; auch eine ge-wisse Spulenphobie ist weit ver-breitet - im Falle der hier vorgestellten Regler sind solche Ängste jedoch unbe-gründet; diese Regler sind relativ gut-mütig zumal sie mit relativ niedrigen Frequenzen arbeiten.

Das Regler IC selbst stellt wie auch die Diode kein Problem da, auch die Kondensatoren sind relativ unkritisch wenngleich schaltfeste Exemplare (105 °) vorzuziehen sind.

Bleiben noch Spule und Layout. Beim Layout ist darauf zu achten, daß alle externen Komponenten so nahe wie möglich beim IC positioniert werden und die Leiterbahnen so kurz wie möglich zu halten - eine Massefläche (wenn man keine eigene Ground-plane hat) unter dem IC ist auch nicht verkehrt.

Bei Katalogdistributoren wie bei-spielsweise Farnell sind speziell auf die SimpleSwitcher abgestimmte Induktivitäten erhältlich. Legt man keinen Wert auf größtmögliche Effizienz funktionieren die Regler aber auch mit jeder anderen Spule welche die Parameter (Induktivität, Strombelastbarkeit und Sättigung - siehe Datenblatt) so gut wie möglich erfüllt.


Weitere Schaltregler

In der Industrie recht beliebt und vielseitig einsetzbar ist der MC 34063 von OnSemi (Motorola). Er beherscht alle Betriebsarten von Step-Up über Step-Down bis hin zum Inverter - Inverter sind ideal um negative Spannungen zu er-zeugen, beispielsweise für Audioan-wendungen oder als Kontrasteinstell-ungen bei LCDs.

Rechts ein Beispiel als Step-Up-Wand-ler:

Auch hier gilt hinsichtlich der Kom-ponenten das gleiche wie bei den Simpleswitchern. Für die genaue Be-



rechnung wird auf die Werte im Datenblatt verwiesen - man wählt in diesen Beispiel eine ungefähr passende Spule und R1 aus und berechnet die restlichen Komponen-ten laut Formel.

Ein weiterer verbreiteter Baustein (es gibt noch viele mehr) ist der TL497 von Texas Instruments; Im Ver-gleich zu den bisher vorgestellten ist dieser zwar älter, teuer und größer dafür aber absolut problemlos zu be-kommen.


 Stand: 15.05.2003
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