Die Gruppe Spannungsregelung besteht aus Rebecca und Lutz. Hand in Hand arbeiten sie an der Spannungsdimensionierung um alle Projektgruppen mit dem nötigen Strom zu versorgen.
Anfängliche Planung und Ideen
In frühzeitigen Gesprächen mit anderen Gruppen kristallisierte sich heraus, das es ausreichen wird, zwei Versorgungsschienen zur Verfügung zu stellen. Eine universelle 5VDC und eine 10VDC Schiene für die Audiogruppe, die Aufgrund ihrer Schaltungen eine höhere Versorgungsspannung benötigt.
Nachdem ursprüngliche Ideen der Versorgung via USB [5V;1,5A], aufgrund von Stabilitätsproblemen bei Verlusten der Spannungsregelung, in den Sand gelaufen sind, wurde sich dazu entschieden eine weitaus höhere Gesamtversorgungsspannung für Netzteil und Akku zu wählen. Dadurch wurde es für die Spannungsregulierung möglich sich auf Step-Down Verfahren zu konzentrieren.
Nachdem bereits Schaltplaene mit linearen Spannungsreglern fertig waren, wurden diese dank unserem Tutor über den Haufen geworfen. Dieser meinte wir könnten das besser und sollten BuckConverter, also so genannte Schaltregler, nutzen. Da diese im Gegensatz zu Linearen Spannungsreglern einen hohen Effizienzgrad haben und verhältnismässig wenig Wärmeleistung umsetzen, sahen wir hier die Möglichkeit unsere Verlustleistung massiv zu senken und die Spiellaufzeit über unseren Akku signifikant zu erhöhen.
Nach weiterer Recherche wurde sich fuer den Schaltregler LM2576 aus dem Hause Texas Instruments entschieden. Dieser bietet, fur einen annehmbaren geringen Preis von ca. 2 Euro, die Mogleichkeit sowohl die 5V als auch 10V Schiene zu betreiben. Dafur mussen nur zwei ICs der gleichen Modellreihe Verwendet werden, welche fast identisch beschaltet und dimensioniert werden. Dies minimiert den Aufwand der Spannungsregulierung ungemein.
Außerdem haben wir uns Gedanken über das Schalten zwischen Batterie und Netzspannung gemacht. Ist das Netzteil angeschlossen, so soll Simon über Netz betrieben werden, sonst per Batterie. Nach längeren Üerlegungen wann und wie zwischen Laden und Spielen geschaltet wird, haben wir uns für eine Relaisschaltung entschieden bei der immer, wenn das Netzteil angeschlossen ist geladen werden kann.
Für die Schaltung wurden zwei Wechsler Relais verwendet undzwar den TRS-L-12V.
Wir halten es aber für sinnvoller, diesen Teil der Schaltung auf eine Platine mit der Batterie zu legen.
Simulation und Testaufbau
Nachdem sich für den LM2576 entschieden wurde, ging es fleißig ans Datenblatt lesen und aufbauen. In der Abbildung kann man exemplarisch einen Schaltplan für die Simulation in LTSpice erkennen. Dem Aufmerksamen Leser wird auffallen, das der Abgebildete IC nicht dem LM2576 entspricht sondern sich als LT1067 verkleidet hat.
Simulationsschaltung mit LT1076 als Ersatz
Dies liegt daran, das es uns auch nach stundenlanger Suche nicht möglich war ein SPICE Modell für den LM2576 zu finden. Doch bevor wir nochmals unsere Schalpläne über den Haufen werfen mussten, eilte unser Tutor erneut zur Hilfe. Er empfohl uns fuer die Simulation den LT1076 zu verwenden. Dieser aus dem Hause Linear Technologies kommende BuckConverter ist fast komplett identisch zum LM2576. Minimal anders beschaltet, konnten wir mit diesem zumindest das Einschwing und Einschaltverhalten unserer Schaltung Simulieren. Da wir allerdings auf Nummer sicher gehen wollten, haben wir die gleiche Schaltung mit dem LM2576 nochmal als Testaufbau aufgebaut.
Foto des Testaufbaus mit Lastwiderstand
Resultate unseres Testaufbaus waren unter anderem, das wir unsere Spannung sehr gut auf 5V einregeln konnten (Abweichungen waren nur im Bereich von ca. 20mV). Auch gelernt haben wir, das die Impendanz, die in Reihe zur Last geschaltet ist, für die entsprechende Leistung ausgelegt sein sollte [R.I.P. Drossel].
Auch müssen wir noch einen Undervoltage Lockout vor den Eingang des ICs letzen, der den Strom zum IC blockt, sollte die Versorgungsspannung zu gering sein. Ist kein solcher Niederspannungsschutz verbaut und die Betriebsspannung nicht im Arbeitsspektrum des ICs, leitet dieser intern den Eingang einfach als „Kurzschluss“ zum Ausgang. Dies führt zu einer sehr hohen Wärmeentwicklung am IC.