Ich habe den Plan, die Lampe zu basteln, mal Beiseite gestellt. Ich muss etwas an meiner GLT Infrastruktur arbeiten. Erster Teil ist das installieren eines Raspberry Pi 4 mit Docker, um darunter mindestens Mosquitto und Node Red.
Das Problem
Aber, vorher muss ich den RPI zum laufen bringen. Dazu benötigt er 5V und nach den Specs auf der Raspberry Produktseite auch mindestens 2,75A. Was also nehmen? Ich habe für meine GLT eine 24V Stromversorgung. Was bleiben mir für Möglichkeiten?
- Ein klassischer Linearregler wie z.B. der 7805. Allerdings, wenn man von 2,75A ausgeht, die um 19V herunter geregelt werden müssen, sind das 52,25W (!). Gut, die liegen nicht immer an, aber wenn man mal rund 1A Durchschnitt annimmt, verliert man schon 19W. Keine gute Lösung.
- Ein Schaltregler! Die werden immer mit über 90% Effizienz angegeben, ob man das nun komplett glauben darf, oder etwas relativiert, ist egal, man verheizt aber nicht so viel Leistung.
Also, AliExpress bemühen und nach „DC DC step down“ suchen. Oder, wie ich bereits ein paar auf Halde bestellt haben. Ich habe da für den Zweck zwei Reglertypen. Zum einen der LM2596 und zum anderen der XL4015. Beide kommen auf kleinen Platinen mit Kondensatoren und weiteren kleinen Bauteilen als fertige Module.
Die Probanden
Links sieht man den Raspberry als Größenvergleich. Dann sind da zwei LM2596. Mit zwei unterschiedlichen Ausstattungen. Aber derselbe Regler. Und rechts das XL4015 Modul als das größte im Test. Der XL4015 kommt mit einem Kühlkörper zum aufkleben. Ich werde unten dann Links zu den einzelnen Reglern auflisten.
Worum geht es genau?
Was interessiert mich? Zum ersten die Stabilität und Leistungsfähigkeit. Zum anderen die Restwelligkeit.
Dazu habe ich jedes Modul bei 1A Last auf 5V geregelt und dann jeweils bei 0A, 1A und 3A ein Foto der Oszilloskop Kurve geschossen. Hier ein Foto des Versuchsaufbaus.
Links unten der Regler. Von links speise ich die ca 24V ein. Rechts hängt meine elektronische regelbare Last. (Links zu den verwendeten Hilfsmitteln kommen im Anhang) und auch direkt am Ausgang des Moduls hängt das Oszilloskop.
Ein Hanmatek DOS1102 (s. Link unten). Leider bin ich noch nicht so erfahren, dass ich die kurven teilweise bei unterschiedlichen Settings der Darstellung abgebildet habe. Ich bitte das zu entschuldigen. Ich habe immer den effektiv Wert des Signals, den Peak Peak Wert der Restwelligkeit und ihre Frequenz, so dass Oszilloskop sie messen konnte, mit eingeblendet.
Eingestellt bei 1A Last
Die ersten Messungen an jedem Modul habe ich mit 1A Last aufgenommen, da ich bei der Last die Ausgangsspannung eingestellt habe.
Bei beiden LM2596 Modulen hatte das Oszilloskop keine Probleme zu triggern, da die Welle sehr eindeutig ist.
Zunächst der kleinere:
Hier schon gut zu sehen, ein schöner Sägezahn bei 50kH (mit einer leichteren Oberwelle) der ein Peak to Peak von mehr als 0,6 Volt hat. Er schlängelt sich tatsächlich mehr oder weniger mittig um die eingestellten 5V.
Beim größeren LM2596 Modul mit etwas anderen Komponenten sieht der Sägezahn nicht mehr so ganz gleichmäßig aus:
Die Oberschwingungen sind auch da, aber die Welle ist nicht gleichmäßig. Leider kann ich nicht sagen, woran es liegt, da sind eine andere Induktivität und andere Elkos verbaut. Da die Amplitude sich ändert, ändert sich auch die Frequenz zwischen den einzelnen Perioden. Das Oszilloskop misst dabei fast 30kHz
Und dann noch der XL4015:
Da habe ich mal ein wenig mehr an der Zeitauflösung gedreht, damit man überhaupt halbwegs etwas sieht. Eigentlich eine Sinuswelle. mit ein paar Spikes. und diese Spikes machen dann den Peak to Peak Wert von fast 0,2V aus. Ein wenig kann man auch eine leichte Oberschwingung erkennen.
Leerlauf (0A, vlt. ein paar Leckströme)
Und hier fangen wir wieder mit den LM2596 an:
Hier nehmen sich die beiden LM2596 Module nichts, das kleine oben, das große unten.
Triggern war nicht möglich und die 0,1V PtP sagen auch nichts weiter aus.
Beim XL4015 ist das Bild auch nicht anders (keine signifikannten Auffälligkeiten:
An der Grenze der LM2596 (3 Ampere)
Bis auf eine leichte verschlimmerung der bekannten Sägezahnwelle keine weiteren Ausreisser beim Arbeiten am spezifizierten Limit (zuerst das kleine, dann das große Modul).
Das kleine Modul zeigt hier keinen großen Unterschied zum 1A Betrieb, während beim größeren die Varianzen ausgeprägter werden und die Amplitude steigt. Beide regel aber immer noch wieder sauber auf die eigestellten 5V ein. Beim Lastwechsel habe ich allerdings gemerkt, das das Einpendeln ein paar Sekunden dauert, bei denen schonmal 4,89V auf dem Display der Last standen. Wenn ich mal Zeit finde, kann ich das mal mit einer Langzeitaufzeichnung der Messwerte überprüfen.
Das XL4015 Modul ist beim Lastwechsel stabiler, man sieht aber jetzt langsam bei 3A ein paar Spikes „am Horizont“ aber nichts besorgniserregendes.
Above and beyond (3A)
Die LM2596 sind mit 3A an der spezifizierten Grenze, die Chipgehäuse wurden auch kochend heiß und die Wärmeabstrahlung wurde fühlbar intensiv (sprich, es fing an nach langsam ausdünstendem Kuststoff der Arbeitsunterlage zu riechen). Beim kleinen Modul habe ich es übertriebn und aus versehen mal die Last hochgeregelt. Ich weiss nicht mehr, was anstand, den es ging so schnell. Das 24V Netzteil ging aus und Flackerte immer wieder auf, was hieß, dass es in die Überstromabschaltung lief, nach kurzer Erholung wieder kam und gleich wieder reinfiel. Ich habe die Last runter gedreht, der Effekt blieb. Das Modul, respektive der Chip hat den Geist aufegeben. Klammheimlich ohne Magic Smoke.
Auch will ich nichts sagen, wie lange die beiden den 3A Betrieb ohnehin noch mitgemacht hätten. Möchte man sie dauerhaft in der Nähe 3A betreiben, würde ich auch hier Kühlkörper vorsehen.
Das XL4015 Modul hat es noch ein wenig weiter geschafft. Bei 3A und ca. 5 min Betrieb konnte man den Kühlkörper noch bequem anfassen, man merke, dass er nicht mehr kalt war. Nachfolgend das Signal mit 4A Last und darunter mit 5A:
Hier sieht man unrunde Schwingungen mit regelmäßigen Spikes. Aber, alles noch in einem gewissen Rahmem. Der Kühlkörper wird bei 5A auch mehr als warm (so dass man ihn nach wenigen Minuten auch nicht mehr anfassen möchte).
Aber, ich dreht die Last weiter auf, und bei mehreren Versuchen (zugegebener Maßen bei heißem Chip) hat er recht deterministisch bei ca. 5,7A abgeschaltet und kam nach Erholung wieder. Hier noch ein Bild bei 5,6A, man sieht, er hat zu kämpfen und die Spannung bricht langsam ein (4,9V):
Fazit (für mein Vorhaben)
- Ich habe nicht nach Effizienz geschaut, d.h. den 24V Strom mit dem Ausgangsstrom verglichen. Das hätte ich einfach machen können (wer ablesen kann ist klar im Vorteil), aber die kleine Anzeige des Netzteils ist nicht richtig abgeglichen. Von daher zeigt die, was sie will, nur nicht viel verlässliches. Und jetzt kommt mir nicht mit, ich hätte doch Multimeter anschl…. – „Hätte-Hätte liegt im Bette, war nicht, is nicht, habe ich nicht gemacht.
- Die LM2596 regeln gut nach, aber langsam. Muss ich nochmal evaluieren, hat aber sowas von wenig Prio.
- Die LM2596 haben EMV verdächtige Restwelligkeiten. Das sollen aber Fachleute bewerten. Ich habe damit auch schon einen Raspberry Pi 2 ohne weitere USB Anbauten über mehr als 2 Jahre Störungsfrei dauerhaft betrieben.
- Ich habe ein Bauteil mehr in meiner Elektroschrottkiste….. (R.I.P. kleines Modul)
- Der XL4015 scheint ein Ackergaul zu sein. Im Bereich, in dem ich den Strom brauche ist er sehr gutmütig, auch was Wärmeentwicklung angeht.
- Ich werde für die RPI4 jetzt die XL4015 verbauen. Die haben mich soweit überzeugt.
Ich hoffe, ich konnte euch damit ein wenig nützliches mitteilen. Ich habe unten Ali Afilliate Links zu den einzelnen Teilen abgelegt. Wer es gut fand, kann ja die benutzen.
Viel Spaß noch.
Links (achtung: teilweise Afilliate)
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Mein Oszilloskop. Ein Hanmatek DOS1102. Vielleicht mache ich noch einen Eintrag dazu, wie ein Kollege es mal getestet hat. Fazit: für den Preis auf jeden Fall ein Schnäppchen. Hinweis: Den Link habe ich erstellt, als es im Angebot für 159,-€ war und es kommt aus China, also Zoll noch obendrauf. |
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Das Owon SDS1102 ist wohl baugleich. Und hier könnt Ihr es auch aus Deutschland bestellen, was den etwas höheren Preis wieder relativiert. |
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Die elektronische Last, die ich anwende. Bis 100V bis 180W. Die Anzeige ist im Vergleich zu (auch nicht geeichten oder kalibrierten) Multimetern und dem Osziloskop auf mehr als 95% genau. Das reicht als Schätzeisen. Es ist eine hocheffektive und präzise Energievernichtungsmaschine! |
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Ein Satz XL4015 Module mit Kühlkörper. Was es darüber zu sagen gibt, steht im Artikel und auf der Shopseite. |
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Ein Satz LM2596 Module. |
