Hallo Ich hab mir einen Schaltregler mit einem TPS5430 Schaltregler von TI zusammengebastelt. Ausgangsspannung 5V 1,5Amax. Nun hab ich die Ausgangsspannung einmal mit meinem Oszi nachgemessen und siehe da es gibt nadelförmige Impulse auf der sonst eigentlich perfekten Ausgangsspannung. Diese nadelförmigen Impulse haben wie könnte es anders sein die genau gleiche Frequenz wie der Schaltregler selbst (es handelt sich um einen Schaltregler mit fixer 500kHz Schlaltfrequenz). Ich hab nun schon einige verschiedene Kondensatortypen, Tantal Elektrolyt kleinerer Kapazität (wegen der kurzen Impulsdauer) ausprobiert, jedoch ohne Erfolg. Am Ausgang hängen derzeit folgende Kondensatoren parallel vom Schaltreglerausgang beginnend: 220uF/ 6,3V Tantal Low ESR 100nF X7R Standard 3,3uF/ 50V Tantal Low ESR 10nF X7R Standard dann ein ferrit in Reihe danach: 3,3uF/ 50V 100nF XR7 Standard 3300uF/ 16V Hat jemand einen Tipp wie ich die hochfrequente Störung filtern kann? Oszibild im Anhang!
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Das glaub ich weniger! Hab das ausprobiert. Die Spannungsspitzen sind jetzt zwar kleiner, das Signal ist aber mehr verrauscht wie vorher (siehe Bild). P.S.: Die Spannungsversorgung versorgt eine µC Schaltung (ATMEGA32) und ein Display mit Hintergrundbeleuchtung. Ist die Hintergrundbeleuchtung an ist der Schaltregler schon gut belastet, ich vermute mal so um 85% der Maximallast.
50mVpp sind nicht wirklich ein Drama und werden weder den Controller noch das Display stören.
...wie sieht das Layout aus und wo klemmst Du beim Messen die Masse an? Welche Bauteile (Diode, Spule) verwendest Du? Stören Dich die Spitzen nur persönlich oder machen die sich auch in der Schaltung bemerkbar?
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Hallo A.K. hatte Recht. Ich hab das mit der Massefeder probiert, ist bei mir jedoch leider fehlgeschlagen, da ich alles in sehr kleiner fuzzeliger SMD Bauweise aufgebaut hab. So hab ich einen Workaround gefunden. Ich hab einfach an die vorderste Massefläche des Tastkopfs einen kurzen Draht hewickelt und damit den Ausgangselko kontaktiert. Somit hab ich eine Schleife von max. 1cm gehabt, sodass sich die Störung nicht ausgewirkt hat. Jetzt ist mir auch klar wo ich mir die steilen Spannungsspitzen eingefangen hab. Ich hab den Ground Clip direkt an den Minuspol der zu Platine führenden Stomversorgungsleitung geschlossen. Blöderweise führte bei dieser Kontaktierungsart die ca. 10cm lange Leitung des Ground Clips direkt über die nicht geschirmte Leistungsinduktivität des Schaltreglers was die hochfrequenten Störungen einkoppelte. Im Anhang die perfekte Ausgangsspannung mit nur mehr 7,5mV ripple!
Hallo Gregor, das Problem dürfte beim Ferrit liegen. Erstens, haben diese bei 500kHz meist noch keine nennenswerte Impedandz und zweitens, geraten sie bei DC-Strömen schnell in die Sättigung. Probier doch mal so etwas http://www.we-online.de/katalog/de/we/katalog/index.php?language=xx&key=EMC_Ferrites%2FFerrites_for_PCB_assembly%2FKatalog%2FWE-PBF eventuell mehrere davon hintereinander. >danach: >3,3uF/ 50V >100nF XR7 Standard >3300uF/ 16V Von denen hat aber auch keiner so richtig Biß bei 500kHz, oder? Der 100nF hat da noch nichts und der 3300µF nichts mehr. Und der 3,3µF, wenn es ein Tantal ist, hat auch nicht wirklich was. Probier doch einen keramischen High-Cap, 10µF/10V/0805/X7R oder ähnlich. Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > das Problem dürfte beim Ferrit liegen. Erstens, haben diese bei 500kHz > meist noch keine nennenswerte Impedandz und zweitens, geraten sie bei > DC-Strömen schnell in die Sättigung. 500KHz hat der Regler, nicht die Spitzen. Wenn die echt gewesen wären, dann wäre ein Filter für 1-2stellige MHz durchaus richtig gewesen.
Hallo A.K..
>500KHz hat der Regler, nicht die Spitzen.
Doch, doch, auch die Spitzen. Die Spitzen besitzen ein Spektrum von
500kHz, 1,0MHz, 1,5MHz, 2,0MHz, u.s.w. Ein Tiefpaß im 2stelligen
MHz-Bereich erscheint mir zu hoch.
Kai Klaas
Kai, ein Schaltregler kann durchaus ein Spektrum von der Schaltfrequenz bis 50 MHz erzeugen, und sogar nochmehr, wenn man sich einen passenden Schwingkreis in den Filter einbaut. Der 3300er ist alelrdings wirklich wirkungslos. Der 220er ist auch nicht so toll gewählt, denke ich - 47 µF müsste reichen. Und dann halt ein Kerko parallel dazu. 10 nF ist wahrscheinlich zu wenig, 100 nF hört sich gut an... Gruß
Hallo Dennis, >ein Schaltregler kann durchaus ein Spektrum von der Schaltfrequenz bis >50 MHz erzeugen, und sogar nochmehr, wenn man sich einen passenden >Schwingkreis in den Filter einbaut. Jetzt hast du mich aber falsch verstanden. Ich meinte, daß die Filterung nicht erst bei 50MHz einsetzen sollte, also nur für Frequenzen >50MHz, sondern schon ab 500kHz! Eine Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters von 50MHz ist viel zu hoch, besser ist eine Grenzfrequenz, die schon die Grundschwingung von 500kHz nennenswert dämpft. Kai Klaas
> "Ich meinte, daß die Filterung nicht erst bei 50MHz einsetzen sollte"
Da haste natürlich Recht, die sollte ab 500 kHz anfangen. Aber das
Problem in diesem Fall waren ja nur die kurzen Peaks alle 2 µs beim
Umschalten, und die liegen im Spektrum wohl jenseits von 50 MHz.
Hallo Dennis,
>Aber das Problem in diesem Fall waren ja nur die kurzen Peaks alle 2 µs >beim
Umschalten, und die liegen im Spektrum wohl jenseits von 50 MHz.
Also, wenn du unendlich kurze Nadelspikes alle 2µsec hast, dann bekommst
du ein Fourier-Spektrum mit gleich großen Spikes von 500kHz ab aufwärts.
Also bei 500kHz, 1,0MHz, 1,5MHz, 2,0MHz, 2,5MHz usw. bis in den GHz
Bereich, theoretisch, die Grundschwingung und alle Harmonischen mit der
gleichen Amplitude. Demnach steckt bereits im Frequenzbereich unter
50MHz beachtliche Energie, sodaß es sich wirklich lohnt, schon bei
500kHz und knapp darüber eine nenneswerte Dämpfung zu haben.
Wenn die Nadelspikes nicht unendlich kurz sind, so wie in der Praxis,
dann reichen die Harmonischen nicht so weit hoch und deren Amplituden
werden bei höherer Frequenz immer kleiner. Aber die Amplituden bei
500kHz und darüber sind immer noch gleich groß, genauer, sie sind dort
am höchsten.
Also, man muß wirklich schon ab 500kHz filtern, auch wenn die Spikes so
aussehen, als ob sie von der Grundsschwingung garnichts enthalten.
Kai Klaas
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Hallo Dennis, >Also, wenn du unendlich kurze Nadelspikes alle 2µsec hast, dann bekommst >du ein Fourier-Spektrum mit gleich großen Spikes von 500kHz ab aufwärts. Schau mal Abschnitt 6 von diesem Link http://www.phonetik.uni-muenchen.de/studium/skripten/AP/APKap1.html Kai Klaas
Hallo Kai, Ok, das hab ich mir angeschaut. Also, erstmal geht es nicht um Spikes, sondern um eine kurzzeitige exponentiell abklingende Schwingung. Das Spektrum sieht ein bisschen anders aus, das besteht zwar auf Spikes im Abstand von 500 kHz, die größten Amplituden treten dann aber bei der jeweiligen Schwingungsfrequenz auf, welche irgendwo im hohen MHz-Bereich liegen kann. (Ich nehme mal 100 MHz an.) Ein Filter mit einer Grenzfrequenz von 10 MHz (selbst 10 nF fangen da an zu filtern) kann dann immer noch den größten Teil der Spikes aus dem Spektrum rausfiltern - zwischen 10 MHz und 200 MHz (da werden die Spikes nennenswert schwächer) liegt immerhin noch ein großer Teil der im Signal enthaltenen Energie (380 Spikes). Zwischen 0 und 10 MHz liegen dagegen nur 20 Spikes, und die auch noch mit relativ geringen Amplituden (liegt an der Signalform - siehe oben). An anderer Stelle muss ich dir Recht geben, ein 10 µF Kerko dämpft auch diese hohen Frequenzen noch so gut, dass das Ergebnis dem oben angesprochenen 10 MHz-Filter kaum nachsteht. Das hätte ich so gar nicht gedacht. Noch viel besser geht es mit einem Ferrit dazwischen, der dann bei der Schwingungsfrequenz eine nennenswerte Impedanz hat. Das alles bezieht sich wie gesagt nur auf die Unterdrückung dieser Schwingungen - Dass es Schaltregler generell ab der Schaltfrequenz "bedämpft" werden muss will ich nicht bestreiten. Gruß Dennis
Hallo Danke für eure Antworten Folgender Ferrit wird verwendet: http://www.industrieshop.at/product_info.php/info/p82925_MLB-201209-0250PQ-FERRITE-BEAD--0805-CASE--250OHM--3A.html Kai Klaas schrieb: >Von denen hat aber auch keiner so richtig Biß bei 500kHz, oder? Der< >100nF hat da noch nichts und der 3300µF nichts mehr.< Der 3300uF Kondensator dient ja auch nicht der Störunterdrückung sondern der Glättung der Sägezahnartigen Spannung die aus dem Schaltregler kommt. Dennoch frag ich mich wieso ihr noch immer über die Spikes diskutiert wo ich ja in meinem letzten Betrag bereits geschrieben hab, dass die Spikes von dem Ground Clip, der ca. 10cm lang ist, und blöderweise direkt über die Leistungsinduktivität des Schaltreglers gelegt wurde, aufgenommen worden sind. Nachdem ich den Groundclip abmontiert hab und direkt vorne an der Tastspitze einen kurzen ca. 1 cm langen Draht fixiert hab, waren die Spikes wie vom Erdboden verschluckt und die Ausgangsspannung hatte nur mehr einen Ripple von 7,5mV, was schon sehr sehr wenig ist. In diesem Fall sollten wir uns nicht fragen ob der Ferrit passt, sondern ob die Leistungsinduktivität geschirmt ausgeführt werden sollte. Lg GRegor
Hallo, >>Von denen hat aber auch keiner so richtig Biß bei 500kHz, oder? Der< >>100nF hat da noch nichts und der 3300µF nichts mehr.< >Der 3300uF Kondensator dient ja auch nicht der Störunterdrückung sondern >der Glättung der Sägezahnartigen Spannung die aus dem Schaltregler >kommt. Ja, selbst dafür ist er noch zu groß. Diese Sägezahnartige Spannung ist eigentlich zusammengesetzt aus 500 kHz, 1,0 MHz, 1,5MHz, ... und selbst für 500 kHz sind 3300 µF viel zu viel. Ein zu großer Kondensator hat dann eine unnötig hohe parasitäre Induktivität, was ihn die hohen Frequenzanteile weniger dämpfen lässt. Der Ferrit ist ok - Da die Störungen ja sowieso nicht echt waren. Die Leistungsinduktivität abzuschirmen kann eigentlich nicht schaden - Ob es nötig ist, kann wahrscheinlich nur ein Besuch in einem Prüflabor aufzeigen... Gruß
Hallo Gregor, >Dennoch frag ich mich wieso ihr noch immer über die Spikes diskutiert wo >ich ja in meinem letzten Betrag bereits geschrieben hab, dass... Ob du es glaubst oder nicht, ich habe deinen angesprochenen Beitrag gestern nicht gesehen! Er erscheint mir in diesem Thread erst heute. Davon abgesehen mußt du es schon uns überlassen, worüber wir diskutieren. Kai Klaas
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Hallo Ich bin die letzten Tage nicht sonderlich viel zum Experimentieren gekommen, heute hab ich jedoch ein interressantes Phänomen entdeckt. 1. Ich hab alle Tantalkondensatoren mit mehr als 1µF ausgenommen dem Ausgangselko des Schaltreglers ausgebaut. 2. Interessanterweise Ist der Ausgangsspannungsriple mit einer Nennlast von ca. 5W minimal. Siehe Anhang. 3. Stecke ich nun die Displayhinterleuchtung aus, braucht die Schaltung nur mehr 0,4W. Siehe da die Ausgangsspannung schaut wieder wie ein Dreieck aus mit 100mV Peak to Peak. Ich verstehs nicht. Normalerweise müsste bei weniger Last der Ausgangskondensator die Spannung glätten. Bei hohen Ausgangsleistungen wäre es nicht verwunderlich, dass die Ausgangsspannung um einige 10mV Einbricht, doch in diesem Fall ist es völlig verkehrt. Bei hoher Ausgangsleistung schon knapp an der Grenze von 7,5W ist die Ausgangsspannung schön glatt. Sobald ich unter ca. 1W komme wird sie wieder Dreieckförmig. Hab ich irgenwelche wichtigen Punkte bei der Dimensionierung der Ausgangselkos übersehen oder wie erklärt ihr euch dieses Phänomen? Lg Gregor
Sieht für mich so aus als würde der Regelkreis schwingen. ... Was macht eigentlich diese 47nF-390Ohm-Kombi da? Gruß
Hallo
>Was macht eigentlich diese 47nF-390Ohm-Kombi da?<
Die sollte eigentlich das schwingen verhindern, da sie hochfrequente
Schwankungen am Feedback Pin des tps5430 ausgleichen soll
Hallo Gregor, >Die sollte eigentlich das schwingen verhindern, da sie hochfrequente >Schwankungen am Feedback Pin des tps5430 ausgleichen soll Nachzulesen hier: http://focus.ti.com/lit/an/slva237c/slva237c.pdf >Hab ich irgenwelche wichtigen Punkte bei der Dimensionierung der >Ausgangselkos übersehen oder wie erklärt ihr euch dieses Phänomen? Das hat zu tun mit der "discontinuous conduction operation". Such in deinem Datenblatt mal unter "continuous"... Kai Klaas
Hallo, Kai, meinst du dieses Feature dass bei niedriger Last zur Wirkungsgradsteigerung Pulse ausgelassen werden? (Macht das IC das überhaupt? Das Diagramm Efficiency vs Output Current sieht nicht gerade danach aus.) Diskontinuierlicher Betrieb alleine erzeugt keine solche Schwingung... Es könnte natürlich sein dass der Regler im diskontinuierlichen Betrieb per se instabil ist. Das halte ich aber für unwahrscheinlich... Die Grundwelle hat eine Frequenz von etwa 170 Hz, also das normale Ausgangsrauschen ist es jedenfalls nicht... Ich könnte mir vorstellen, dass die Verzögerung des RC-Glieds bei niedrigen Lasten die Regelschleife instabil macht... Die Spannung steigt bei jeder Schwingungsperiode so schnell an, dass der Regler viel zu spät wieder abregelt und dadurch überschiesst, eben weil er den schnellen Spannungsanstieg zu spät bemerkt. Gruß Dennis
Hallo Dennis, >Die Grundwelle hat eine Frequenz von etwa 170 Hz, also das normale >Ausgangsrauschen ist es jedenfalls nicht... Könnte das nicht auch ein Messfehler sein? Wenn ich die Ablenkzeit bei meinem Digitaloszi zu niedrig einstelle, sehe ich manchmal die wildesten "Artefakte". Kai Klaas
Hallo Kai, In dem Oszi-Bild steht unter Zeitbasis: "10MS/s". Das müsste ja eigentlich reichen um das Signal vernünftig darzustellen. Gruß
Nimm doch mal die FB-Spannung (R2) nicht erst nach der Filterdrossel L7 ab, sondern schon nach der Reglerspule L5. So ist es auch in der Standardbeschaltung im Datenblatt gemacht...
Hallo! Ich hab den Kondensator im Feedbackzweig einfach wieder ausgebaut und siehe da der Schalregler funktioniert einwandfrei. Die ganzen zusätzlichen Elkos >10µF hab ich bis auf den 220µF Ausgangselko entfernt und die Ripplespannung steigt unter ungünstigsten Bedingungen gerade mal auf 10mV an. Es wird wahrscheinlich von Anfang an so gewesen sein, dass diese unheilvolle Widerstands - Kondensator Kombi den ganzen Regelkreis destabilisiert hat.
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