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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltregler mit Tantalekos?


Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi ihr,
ich bin grade am entwerfen einer Spannungsversorgung. Wie immer mit 
Schaltregler, aber diesmal möchte ich es etwas kompakter - die 
low-ESR-Alu-Elkos sind selbst in SMD doch noch recht gross, wie ich 
finde.
Also, ich will einen LM2675 Schaltregler von National einsetzen. Laut 
WEBENCH brauche ich am Ausgang circa 100 uF - kann ich dazu einen 
Tantalelko von Kemet nehmen? Ich dachte an die T495-Serie, welche bei 
einigen Schaltreglern von Linear Technology empfohlen werden.
Taugen diese Tantals für meinen geplanten Schaltregler?
Ich benötige 3.3 Volt bei 1A.


Grüsse
    Tobias

Autor: TrippleX (Gast)
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Berechne den Stromripple und schaue einfach im Datenblatt
ob dein Elko diesen Stromripple liefern kann.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Ah ja, stimmt, auf die Idee bin ich noch nicht gekommen.

Aber mal grundsätzlich: sind Tantalelkos für Schaltregler tauglich?
Einerseits kann man hier oft lesen, dass es nicht geht. Im Wikipedia 
wiederum heisst es, Tantals hätten einen kleinen ESR - und in der Firma 
haben wir erst kürzlich darüber diskutiert, dass der ESR von Tantals gar 
nicht so toll ist.

Ja, was denn nun? Tantal oder nicht, das ist hier die Frage. ;)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Der LT1765 lässt sich auch mit TantalKos betreiben, steht im Datenblatt.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Simon,
ja genau, einen aus dieser LT17er Reihe hatte ich auch mal verwendet. 
Der 1788er war das, glaube ich! Oder 1766, ich bin mir nicht mehr 
sicher. Dort wurde explizit die T495-Serie von Kemet (sind TantalKos) 
empfohlen.
Du meinst also, es könnte schon passen?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Gute Frage :-) Habe keine Ahnung von Schaltwandlern, hoffe mal, dass 
mein Layout, was im Moment in der Herstellung ist funktioniert. Habe 
allerdings Keramikkondensatoren genommen, da noch kleiner. Geht aber nur 
bei so hohen Switch Frequencies.
Kommt also sicherlich auch auf die Schaltfrequenz an.
Wie schon gesagt, ich würd auch mal das Datenblatt des 
Tantalkondensators besorgen und mir den ESR angucken ob der da in den 
vom Schaltwandler empfohlenen Bereich passt. Problematisch bei Tantalkos 
ist immer das Surge Rating. Also hohe Ströme die entstehen bei 0 Ladung.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Hi Simon,
jau das werde ich wohl dann so machen - Datenblatt des Kondensators 
raussuchen. Mal sehen, ob sich da was finden lässt....

Wegen deinem Layout.
Du kannst ja denn Schaltreglerteil mal hier rein stellen wenn du willst. 
Ich hab schon einige Schaltregler gebaut, vielleicht kann ich dir einen 
Tipp geben. Ausserdem gibts hier ja auch noch andere, die wirkliche 
Experten sind auf dem Gebiet ;) jemand wird dir sicher sagen können, ob 
dein Layout funktionieren wird.
Ich habe allerdings festgestellt, dass das ganze nicht wirklich soooo 
kritisch ist, wenn man die Bauteile schön nahe beieinander platziert und 
kurze, dicke Leiterbahnen verwendet. Auch eine Massefläche macht sich 
immer gut.

Autor: Omega G. (omega) Benutzerseite
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Bei Frequenzen im MHz Bereich wird's aber ganz lustig. In einer 
Schaltung mit einem TPS63700 der mit 1,4 MHz arbeitet hatte ich aus 
Platzpgründen die Diode etwa 1 cm von Spule und IC entfernt, mit der 
Folge, dass ich Probleme mit der Kommunikation mit einem TUSB3410 hatte. 
Nach Umlöten der Diode ging es einwandfrei.

Allerdings sollte das im zwei bis niedrigem dreistelligen kHz Bereich 
nicht so extrem sein.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Jau, wenn da x MHz im Spiel sind, wird es anspruchsvoller.
Ich bin bisher nicht über 500 kHz gegangen - weil es einfach nicht nötig 
war. Wozu benötigt man denn einen Wandler mit 1.4 MHz? :o
Mein LM2676 läuft mit 260 kHz - da seh ich ja gleich alt aus ^^


@Simon
Was hast du denn für eine Schaltfrequenz vorgesehen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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1cm! Bist du wahnsinnig. Hier mal mein Layoutausschnitt.
Rechts der Eingang. Oben + unten -. Von da geht es dann in den Regler 
wobei unten die Massefläche relativ durchgehend ist. Dann Diode und 
Spule. Die Massefläche ist aber nur an einer Stelle mit der restlichen 
Masse der Schaltung verbunden (Da, wo die Eingangskabel angelötet werden 
sollen). Der Strom-Loop sollte also physikalisch gesehen wirklich klein 
bleiben.

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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Das sieht doch ganz hübsch aus. Auch das mit den Vias.
Werden die Pads der Bauteile ein Thermal Relief bekommen? (oder bist du 
einer, der einen Reflow Ofen zu Hause hat :-)). Es geht ohne nämlich 
nicht wirklich dolle zum Löten; aber ich hab hier mal gelesen, dass 
Schaltregler diese Thermal Reliefs nicht mögen. Ich hatte allerdings 
noch nicht Probleme damit....
BTW: Warum nimmst du als Eingangskondensator nicht auch einen SMD-Typen?

Autor: Omega G. (omega) Benutzerseite
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Die 1,4 MHz haben den Vorteil, dass ich eine kleine Spule einsetzen kann 
und somit das Ganze klein halten kann. Das 1,4 cm in diesem Falle viel 
zu viel sind habe ich befürchtet, aber testen musste ich es trotzdem. 
Mit befürchtetem Ergebnis.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Omega G. schrieb:
> Die 1,4 MHz haben den Vorteil, dass ich eine kleine Spule einsetzen kann
> und somit das Ganze klein halten kann. Das 1,4 cm in diesem Falle viel
> zu viel sind habe ich befürchtet, aber testen musste ich es trotzdem.
> Mit befürchtetem Ergebnis.

Ja klar, der LT1765 den ich oben benutze hat 1,25MHz. Hab auch nur eine 
6,8uH Spule. Das ganze ist nicht ganz 4cm Breit und ~1cm hoch ;) Aber 
1cm ist doch viel zu lang. Siehe die Referenz Layouts und AppNotes der 
Hersteller.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Tobias Plüss schrieb:
> Das sieht doch ganz hübsch aus. Auch das mit den Vias.
Danke! :-)

> Werden die Pads der Bauteile ein Thermal Relief bekommen? (oder bist du
> einer, der einen Reflow Ofen zu Hause hat :-)).
Die Pads von Diode, Spule und Kondensatoren bekommen keine Thermals. Hab 
aber auch keine Ofen zuhause ;) Mit ner dicken Lötspitze an der 60Watt 
Station sollte das aber ohne Probleme lötbar sein.

> Es geht ohne nämlich
> nicht wirklich dolle zum Löten; aber ich hab hier mal gelesen, dass
> Schaltregler diese Thermal Reliefs nicht mögen. Ich hatte allerdings
> noch nicht Probleme damit....
Könnte daran liegen, dass die Thermals die Leitungsinduktivität erhöhen 
und das versucht man ja immer zu vermeiden.

> BTW: Warum nimmst du als Eingangskondensator nicht auch einen SMD-Typen?
Meinst du den dicken? Hm. Konventionell bekommt man besser als 
Hobbybastler und mehrere Größen. Außerdem ist der vielleicht ein 
bisschen mechanisch stabiler. Und außerdem habe ich so ein dickes Via 
mit nem Stück draht durch für noch geringere Induktivität :-)

Autor: Tobias Plüss (hubertus)
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@Simon
Waaaas, dein Schaltregler Teil ist nur 1 cm breit? Krass!
Okay, ich hab hier auch nur wenig mehr als 2cm - allerdings, wie gesagt, 
nur 260 kHz. Aber wenn man die richtige Spule findet, wird die trotzdem 
schön klein ;) Ausserdem kann der '2675 1A, obwohl er nur in einem SO-8 
sitzt. Daher habe ich mir bisher auch dieses hochfrequenz-Zeug 
gespart... Wobei mir grade einfällt, dass die Ausgangsspannung von einem 
höherfrequenten Schaltregler womöglich noch besser in Bezug auf den 
Ripple ist? Ich muss nachher mal messen, wie viel Ripple ich so habe.

Hmm, wenn dein Schaltregler ja nur 1cm gross ist, dann braucht es wohl 
auch keine Thermals ;) die Flächen sind ja dann auch nicht mehr wirklich 
gigantisch.

Wegen deinem Eingangselko. Ist es nicht so, dass SMD-Elkos meistens noch 
bessere Daten haben bezüglich ESR & ESL, als die bedrahteten? Es sollte 
doch auch als Hobbybastler möglich sein, solche zu bekommen. Ich habe 
hier (CH) jedenfalls keine Probleme, SMD-Elkos zu kaufen - gibts beim 
Distrelec (Schuricht), auch Low-ESR typen. Klar, nicht ganz günstig, 
aber ist ja immer dasselbe... ;)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Tobias Plüss schrieb:
> @Simon
> Waaaas, dein Schaltregler Teil ist nur 1 cm breit? Krass!
> Okay, ich hab hier auch nur wenig mehr als 2cm - allerdings, wie gesagt,
> nur 260 kHz. Aber wenn man die richtige Spule findet, wird die trotzdem
> schön klein ;) Ausserdem kann der '2675 1A, obwohl er nur in einem SO-8
> sitzt. Daher habe ich mir bisher auch dieses hochfrequenz-Zeug
> gespart... Wobei mir grade einfällt, dass die Ausgangsspannung von einem
> höherfrequenten Schaltregler womöglich noch besser in Bezug auf den
> Ripple ist? Ich muss nachher mal messen, wie viel Ripple ich so habe.
Ja. Hab gerade mal in dem Datenblatt deines Wandlers geschaut. Da ist 
auch eine Output Capacitor Table und in der ersten Spalte (Sprague 594D) 
sind Tantaltypen. Die anderen habe ich nicht nachgeschaut, aber das 
sollte ja Beweis genug sein, dass es geht :-)
Such dir von den empfohlenen Firmen einen aus, schau die Daten nach und 
such was gleichwertiges.

> Hmm, wenn dein Schaltregler ja nur 1cm gross ist, dann braucht es wohl
> auch keine Thermals ;) die Flächen sind ja dann auch nicht mehr wirklich
> gigantisch.
Jenau. :D

> Wegen deinem Eingangselko. Ist es nicht so, dass SMD-Elkos meistens noch
> bessere Daten haben bezüglich ESR & ESL, als die bedrahteten? Es sollte
> doch auch als Hobbybastler möglich sein, solche zu bekommen. Ich habe
> hier (CH) jedenfalls keine Probleme, SMD-Elkos zu kaufen - gibts beim
> Distrelec (Schuricht), auch Low-ESR typen. Klar, nicht ganz günstig,
> aber ist ja immer dasselbe... ;)

SMD Elkos haben keine Anschlussbeinchen, deswegen evtl. eine geringere 
ESL. SMD Typen bekommt man auch beim Reichelt und CSD, aber leider nicht 
mit so viel Auswahl. Wie auch immer, der dicke Kondensator ist gar nicht 
nötig nach Datenblatt des Schaltreglers. Denn danach reichen ein paar 
Mikrofarad keramisch am Eingang (und die hab ich mit den 1206 Typen 
parallel unten drunter schon locker drin und das mit annehmbarem 
ESR/ESL). War halt noch Platz da, da kann man das ja mal vorsehen. :-)

Autor: Jörg (Gast)
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Diese Tantals von Kemet und Sprague sind spezielle low-ESR Typen.
Bei normalen von der Stange würde ich im zweistelligen kHz Bereich
bleiben. Und der Ripple allein ist es ja auch nicht.

Ein Problem bei den Elkos ist das die Schaltung auch bei ungeeigneten
Typen funktioniert. Nur nach einem halben Jahr gehen die dann halt 
kaputt.
Bei Hobby Projekten kann man das vielleicht riskieren, kommerziell kann
einer Firma das aber teuer zu stehen kommen wenn man z.B. bei 1000
Geräten 50% Rückläufer hat. Und der Ruf ist natürlich auch dahin.

Autor: Marcus Müller (marcus67)
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Gerade mit dem LM2675 funktionieren Tantals prima.

Wichtig ist nur, daß man (wie im Datenblatt beschrieben) Surge getestete 
Tanatals mit passendem ESR verwendet. Es gibt verschiedene Low ESR 
Tantalserien von Vishay oder AVX, die da prima funktionieren. Wir haben 
schon > 2000 Geräte mit LM2675 und Low ESR Tantals draussen (seit ca. 2 
Jahren), bisher ist noch nichts kaputt gegangen. Der Vorteil ist vor 
allem, daß es schön klein bleibt. Fläche mit Spule und Kondensatoren < 
20x20mm.

Gruß, Marcus

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