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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Dokumentensuche: Optimierung von Spannungswandlern


Autor: Johannes H. (menschenskind)
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Hallo,

Nach erfolgloser google-Suche dachte ich mir, euch mal zu fragen, ob ihr 
ein paar dufte Links kennt.

Von Torex habe ich schon den DC-Converter Study Guide, aber vielleicht 
kennt ihr ja noch was.

Danke

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Die Frage ist, was du mit Optimieren meinst? Und welche Spannungswandler 
genau du Optimieren willst.
"Also ich hab da son Moped und will das optimieren..."

Größe, Gewicht, Lebensdauer, Lautstärke, Wirkungsgrad, Preis...??

Wenn du den Geruch optimieren willst: nimm nicht-Low-ESR-Elkos und 
streich sie außen mit eine Zimt-Zucker-Lösung ein und freu dich auf 
Bratapfelaroma ;-)

Ansonsten, google mal nach Quasi-resonant (Flyback), resonant etc.

Wenns Richtung Kosten geht: Single-Stage-PFC, Selbstschwingende 
Wandler...

Wenns um EMV geht: "ripple current steering" oder auch "resonant"

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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ich habe hier nen TPS65131, der aus 3,3V -15V macht
Problem ist nun, dass bei einer eingestellten Ausgangsspannung von -8V 
und einer Last von 80 Ohm, die Spannung auf 2,04V einbricht und ein 
Strom von 25mA fließt.
Eigentlich will ich 100mA entnehmen (der Regler schafft maximal 2A).

Diese Problematik ist Teil meiner Diplomarbeit und einer meiner 
Vorgänger hat die Schaltung testweise aufgebaut.
Er hatte eine Last von 1kOhm dranhängen und da läuft alles wunderbar.

Ich hab es dann noch mit 500 und 200 Ohm getestet, aber bereits bei 200 
Ohm schafft der Regler es nicht mehr.

Autor: Jankey (Gast)
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naja versuch erst mal das System zu verstehen, wenn du auf Effizienz 
Optimierung aus bist dann gibt es 3 Dinge...

1) Leerlaufstrom / Pulseskip Mode ( Energie die benötigt wird um Gates 
umzuladen )
2) NMOS/PMOS Switch Widerstände Reduzieren
3) Spule ( niedriger Ron, Sättigungsstrom der Spule )

Zeig mal deine Schematic auf, ist denn der Regler wirklich Stabil? Wie 
sieht das Layout aus?

lg

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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Primäres Ziel ist natürlich erstmal, dass es läuft und dann kann ich 
mich an die Optimierung setzen.
Also vorrangiges Ziel ist die Verminderung des Ripple-Stroms.

In dieser Richtung bin ich halt auf der Suche nach Material.

Zum Pulseskip-Mode kann ich leider nix finden, was steckt dahinter?

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Bei 1,5Mhz Schaltfrequenz ist ein gutes Layout notwendig.

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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Ich hab grad festgestellt, dass mein Vorgänger zur Berechnung der 
StepUp-Induktivität gar nicht die Formeln zur Berechnung dieser aus dem 
Datenblatt verwendet hat.
Und das Layout ist lt. externer Meinung auch nicht wirklich toll.

Da hab ich also erstmal noch 2 Ansatzpunkte.

Autor: Jankey (Gast)
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ripple strom.: gibt genügend DCDC Stepups mit 2 spulen die um 180° 
Phasenversetzt geschalten werden.

lg

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Herr Hofmann, warum fragen Sie auch hier an und nicht einfach mal in 
Ihrem Forum:

http://www.musiker-board.de/vb/

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hallo Johannes,

>...bei einer eingestellten Ausgangsspannung von -8V
>und einer Last von 80 Ohm, die Spannung auf 2,04V einbricht...

 - Bricht die Spannung auf -2Volt ein, oder auf 2Volt?

 - Bricht die Ausgangsspannung ein, oder die 3v3 am Eingang?

 - Wie sieht die Schaltung aus?
   Entspricht diese der Applikation aus dem Datenblatt?

 - Brauchst Du den TPS65131 wegen der positiven UND der negativen
   Spannung, oder brauchst Du nur eine negative Spannung also ginge
   evtl. auch ein anderer Regler (Für den Fall, das wir zu keinem
   Ergebnis kommen)?

Stell doch bitte mal das Layout rein (Wenns geht), danke.

Evtl auch ein Foto vom Aufbau. Das wäre sehr hilfreich.


Gruß
Axelr.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hartmut Kraus wrote:
> Herr Hofmann, warum fragen Sie auch hier an und nicht einfach mal in
> Ihrem Forum:
>
> http://www.musiker-board.de/vb/

Weil im Musikerboard sich sicherlich niemand mit 1.25-MHz Fixed 
Frequency PWM Schaltreglern von TI auskennen wird. Sie offensichtlich 
auch nicht!!

@Admin
Post kann mit gelöscht werden, kein Problem. Habe einen extra Content 
erstellt, damit der technische nicht leidet. (konnte mir allerdings eine 
Antwort nicht kneifen, sry.)

Gruß an die Moderation
Axelr.

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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Hallo,

Ja das war natürlich mein Fehler. Die Ausgangsspannung bricht auf -2Volt 
ein.
Testweise bin ich mit den Lastwiderständen noch nach oben gegangen und 
bei 400 Ohm ging die Spannung nur noch auf -4 Volt runter.
An der Testschaltung befand sich ein 1kOhm-Widerstand. Mit diesem gab es 
keinen Spannungseinbruch.

Es werden nur die -15 Volt benötigt.
Einen Schaltplan kann ich am Dienstag mal einstellen.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Einen Schaltplan kann ich am Dienstag mal einstellen.

Ok, mach das ;-)) Ich denke, dann können wir Dir helfen.

Gruß
Axelr.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Nein, nein - offensichtlich ein Missverständnis.

Axel Rühl wrote:
> Hartmut Kraus wrote:
>> Herr Hofmann, warum fragen Sie auch hier an und nicht einfach mal in
>> Ihrem Forum:
>>
>> http://www.musiker-board.de/vb/
>
> Weil im Musikerboard sich sicherlich niemand mit 1.25-MHz Fixed
> Frequency PWM Schaltreglern von TI auskennen wird. Sie offensichtlich
> auch nicht!!

Nein, aber mit dem Johannes Hofmann, der dieses Board betreibt. Möchte 
mich also beim Threadersteller entschuldigen, das kann der wohl nicht 
sein. Der wird kaum eine Diplomarbeit schreiben. <:-)

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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So da bin ich wieder.

Im Anhang das Datenblatt und das Schematic der 
Spannungswandlerschaltung.

Ich habe mittels der Formeln im Datenblatt die für meine Anwendung 
erforderliche Induktivität und Kapazität ausgerechnet und komme auf 
14,9uH und 2uF. Die Werte weichen natürlich von den vorhandenen ab, aber 
ich kann nur ahnen, ob es primär an denen liegt, denn einer meiner 
Elektronik-Professoren meinte, dass auch das Layout "mistig" sei.

Danke für eure Hilfe

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Na, da hat dein Prof leider mehr als Recht ;-((

Vergleiche mal bitte die Anschlussreihenfolge von U308 auf Seite 2 des 
Layouts mit dem Datenblatt auf Seite 4.

PIN3 ist PGND. In deiner Schaltung auf S2 ist PIN 3 allerdings INN.

Im Layout kann ich nicht erkennen, wo z.B C310 plaziert ist.

Bis gleich
Axelr.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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wieder da...

Du brauchst eine große Massefläche und musst für den Strom (Hin- und 
Rückweg) einen kurzen Pfad bereitstellen. Sowohl am Eingang, als auch am 
Ausgang.
Die Dimensionierung passt schon in etwa. 4.7uH und 22uF sind schon in 
Ordnung. Der recht hohe Rippelstrom setzt allerdings Kernmaterial 
voraus, welches bei 1.5Mhz noch vernünftig funktioniert. Die normalen 
Kernmaterialien sind idR. nur bis 500kHz spezifiziert.

Im Anhang habe ich mal ein Vorschlag von TI angehangen.
Daran kannst Du Dich orientieren.

Lege Dir mal den 65131 neu an und verbinde schon in der Schematic PIN1 
mit PIN24 usw.

Evtl. zeichnest Du den Chip in der Schematic auch nach allen vier Seiten 
wie eben auch im Layout. Oder eben wenigstens so, das das Pinning mit 
dem Layout übereinstimmt.
Wenn Du jemanden ein Layout mitgibst, dann wäre es gut, wenn die 
Designatoren und die Decals zu sehen sind. Für die Dokumentation, bei 
der nur um die prinzipielle Wirkungsweise geht, mag das so ok sein. Aber 
wir wollen Dir ja genau sagen, wo eine Massefläche hin soll und wo 
welches Bauteil hin verschoben werden sollte.

Gruß
Axelr.

http://www.ti.com/litv/pdf/slvu119a

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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Danke für die Tipps.
Das Schematic hat mein Vorgänger einfach aus dem Datenblatt des 
Konverters(S.23) übernommen und die Nummern wahrscheinlich eingenmächtig 
hinzugefügt.

Und C310 wird, wie alle Bauelemente der +15V-Schiene eigentlich gar 
nicht benötigt, da nur die -15V zum Einsatz kommen sollen.

Meinst du mit Kernmaterial einfach die Halbleiterstrukturen im Chip?
Die Taktfrequenz ist nach meinem Verständnis aber fest. Kann die 
geändert werden?

Und was ist mit der Verschaltung von AGND und PGND?

Autor: Arc Net (arc)
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Johannes Hofmann wrote:
> Danke für die Tipps.
> Das Schematic hat mein Vorgänger einfach aus dem Datenblatt des
> Konverters(S.23) übernommen und die Nummern wahrscheinlich eingenmächtig
> hinzugefügt.
>
> Und C310 wird, wie alle Bauelemente der +15V-Schiene eigentlich gar
> nicht benötigt, da nur die -15V zum Einsatz kommen sollen.
>
> Meinst du mit Kernmaterial einfach die Halbleiterstrukturen im Chip?
> Die Taktfrequenz ist nach meinem Verständnis aber fest. Kann die
> geändert werden?

Nein, das Kernmaterial der Spule

> Und was ist mit der Verschaltung von AGND und PGND?

Beide auf kürzestem Weg zur Massefläche. Siehe Post von Axel Rühl.
p.s. sieht das im ursprünglichen Layout nur so aus oder ist das PAD 
unter dem IC nicht mit Masse verbunden?

> Ich habe mittels der Formeln im Datenblatt die für meine Anwendung
> erforderliche Induktivität und Kapazität ausgerechnet und komme auf
> 14,9uH und 2uF.

Sicher?
ILN = (VIN - VNEG) / (VIN * 0.64) * IOUTN
ILN = (3.3 V - -15 V) / (3.3 V * 0.64) * 0.1 A
ILN ~ 0.87 A

LN = VIN * VNEG / (deltaILN  fs  (VNEG - VIN))
LN = 3.3 V * -15 V / (0.2  ILN  1.5 MHz * (-15 V - 3.3 V)
LN = 1.04E-5 ~ 10 uH

CMINN = IOUTN * VNEG / (fs  deltaVN  (VNEG - VIN))
CMINN = 0.1 A * 15 V / (1.5 MHz  10 mV  (-15 V - 3.3 V))
CMINN = 5.46E-6 ~ 5.5 uF

Autor: Johannes H. (menschenskind)
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Ich glaub schon, und da das mein Kollege mit der Hand gelötet hat kann 
das PAD auch gar nicht mit Masse verbunden sein.

Die Frage ist ja, ob man PGND und AGND einfach zusammenlegen kann. Laut 
Datenblatt-Skizze, ist das ja so vorgesehen.

Meine berechneten Werte sind deswegen anders, da ich mit -9V gerechnet 
habe.

Autor: steffen (Gast)
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also cross posting ist zwar nicht erlaubt, jedoch verweise ich nun mal 
auf folgenden Beitrag:

Beitrag "DC-DC-Konverter Tps65131 Funktionalität"

gab es irgendeine Lösung bzw. Erklärung für das Problem?

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