Frage zu Spannungswandlern

Moinsen,

Die Frage ist im Prinzip recht einfach zu beantworten. JAIN.
Abhängig von der Stromstärke die am Ausgang abgefordert wird steigt die Taktfrequenz bis zu einem gewissen Punkt an. Dann kann auch diese Schaltung / Verfahren nicht mehr alles kompensieren. Also muss je nach Differenz zwischen gewollter Ausgangsspannung auch die Eingangsspannung wieder ansteigen, um die gewollte Ausgangsspannung bei einer höheren Last liefern zu können. Das ist aber auch von den Bauteilen / Dimensionierung dieses Step-Down Wandlers abhängig.
Dann weil ich gelesen habe du willst es "nur" zum Laden von irgendwelchen USB Gerätschaften nutzen, noch diese Anmerkung, die ggf auch zutreffend ist, wenn du in der Erweiterung aus deinem Kurbelgenerator eine "Windkraft-Stromversorgung" bauen willst.
Je höher die Arbeitsfrequenz des Step-Down Reglers um auch mit den abgeforderten Stromlasten klarzukommen, um so höher kann auch der Bedarf einer Gleichspannungsglättung werden. Hier muss man die physikalischen Grenzen der Bauelemente besonders der Aluminium Elektrolyt Kondensatoren ( ELKOs) berücksichtigen. Einige dieser Schaltungen takten bei maximaler Stromlast auf über 35 kHz hoch, was an für sich erst einmal kein Problem ist. Nur die meisten ELKOs, wenn man nicht auf die teuren Tantal-Elkos zurückgreifen will, oder gar nur Keramik-Kondensatoren die es nur bis 47µF Nennkapazität erhältlich sind und dann eine Art Kondensator Array aufbauen müsste, sind bei solchen Frequenzen noch in der Lage eine ausreichende Glättung zu erreichen. ( Typische ELKOS halten nur bis 18 kHz aus, und beginnen dann sich übermäßig zu erwärmen, und verlieren noch mehr an Glättungsleistung )
Hier kommt es dann wieder auf die Ladeelektronik drauf an, wie diese mit den Gegebenheiten einer unzureichend geglätteten Gleichspannung klar kommt.
Da ich nicht erahnen kann welche Ladeströme du mit diesem Generator bereitstellen willst, kann man auch den Umweg Step-Down to LDO Regler gehen, und dabei immer noch eine bessere Effizienz erreichen, als mit einem klassischen µ78x5.
Das heist man stellt den Step-Down so ein, das er einem Bereich eine Ausgangspannung liefert, die der LDO problemlos verkraften kann, belässt die Glättung an dem Step-Down so wie sie ist, geht über eine Schottkydiode mit geringer Durchlassspannung ( 0,4 Volt ) in einen LDO, um Rückkopplungseffekte zu vermeiden, und hat hinten heraus weniger Sorgen mit einer ausreichend geglätteten Gleichspannung nach dem LDO, welcher dann als USB Ausgang dient.

Hier noch der Hinweis, was bei einigen Step-Down-Wandlern immer mal wieder auftritt, aber von deren Bestückung abhängig ist, dass diese dann bei größeren nachgeschalteten Glättungskapazitäten in Resonanz gehen, und üble teilweise Elektronik vernichtende Spitzenspannungsimpuls abgeben. Auf einem Oszillographen sieht man dann immer wieder Spannungspeaks die teilweise das drei- bis vierfache der eingestellten Ausgangsspannung erreichen können. Betonung können !

Moinsen,

Quote from Herr Kaiser

Die nicht auszuschließenden Spannungspeaks der Step-Down-Wandler klingen ja besorgniserregend - oder gibt es vielleicht bewährte Exemplare, die man entspannt einsetzen könnte?

Wie ich geschrieben hatte, treten diese Resonanzeffekte nur auf, wenn man am Ausgang eines Step-Down-Wandler zusätzliche Glättungskapazitäten nachschaltet. Also in der Originalbeschaltung, und wenn man damit leben kann, dass die Gleichspannung dann doch nur eine positive Mitschmatsch-Welle ist, musst du keine Angst haben. Was ich aber schon öfters hatte, besonders bei diesen Mini-Platinchen, dass diese kein all zu hohe Lebensdauer haben, wenn man diese permanent am Stromlimit betreibt. Dann werden die ELKOs auf der Platine sauer, und dann verlagern sich die Probleme auf die nachgeordneten Schaltungen.
Am besten du suchst dir im groben, jetzt mal nicht auf das letzte Quentchen ausgereizt, einen Step-Down-Wandler heraus, der eine Dauerlast ( bei angedachter maximal Belastung von 1 A ) ca. 1,5 A bei unter 20 kHz liefern kann und einen Stritzenstrom ( Peak-Strom ) von ca. 3 A liefern kann. Damit bist du auf der Seite Save, und hast eine vertretbare Lebensdauer der Glättungs-Elkos auf der Platine ( mehrere Jahre sind realistisch ).
Also rechnen wir mal weiter und etwas mit, eine Schottkydiode lässt 0,4 Volt verpuffen, also hat ungefähr diesen Spannungsabfall. Das kann man den Datenblättern entnehmen. Eine 2 A Schottky ist also vollkommen ausreichend.
Jetzt nehmen wir einen LDO, die haben bei guten Modellen irgendwo einen Drop ( Differenz Eingangsspannung - Ausgangsspannung ) von 0,2 bis 0,35V. Also musst du am Eingang des LDOs auf ungefähr 5,4 Volt kommen. Jetzt noch die 0,4 Volt für die Schottky Diode dazu bist du bei Minimum 5,8 Volt Ausgangsspannung am Step-Down-Wandler. Jetzt hat du natürlich noch Luft, also stellst du den Step-Down auf 6,2 Volt ein, und nimmst zB einen MCP1726 ( 1 A ) oder einen MCP1827 ( 1,5 A ) um deine 5 V für den USB Anschluß bereitzustellen.
Hier noch erwähnt, solange die Teile nicht zu heiß werden, kannst du sogar mehr abfordern als angegeben. Also Strom-Peaks bis 125 % sind kein Problem. Da diese beiden Vertreter der LDOs eine thermische Schutzschaltung besitzen kann eigentlich nichts passieren. Die Beschaltung der Festspannungsvarianten ist Minimal und liefern dir unabhängig der Schwankungen der Eingangspannung, bzw deren Restwelligkeit immer ein fast perfekte Gleichspannung. Falls du Angst um diese LDOs hast, kannst du auch noch eine 6,3 V- Z-Diode nach der Schottky-Diode und dem LDO Eingang zwischenschalten. Damit bleibst du im zulässigen Limit. Als SOIC-08 ist der MCP1726 wirklich ein Winzling, der auch eine Dauerlast von 1 A problemlos aushält. Ich verwende vorzugsweise für all meine µC Projekte diese LDO Spannungsregler. Und noch kein einziger ist mir um die Ohren geflogen, noch nicht einmal als ich einen MCP1827 aus Unachtsamkeit mit 1,8 A belastet hatte. Er wurde nur ordentlich warm ( Oder Daumen Aua )
Da die Abschaltspannungen dieser LDOs ungewöhnlich hoch ist ( ca. 150 Grad ), vertragen die wirklich einiges.

der gesuchte Regler heisst MPT Regler

Quote from Herr Kaiser

Meinst du MPPT

oder so, heisst ja auch nur maximum power tracking, also was du willst kurbelunabhängig maximale Leistung. Bei den Radfahrer solltest du fündig werden