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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Point of load DC/DC Converter


Autor: Severino R. (severino)
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Hat jemand Erfahrung mit sog. Point Of Load DC/DC Convertern wie z.B.
http://dsb.tracopower.com/upload/DSBUserFile/CPN_T... ?
Ähnliche Produkte gibt es von Power One, Murata, Fabrimex, TDK, ...
Konkret geht es um die Spannungsfestigkeit der Eingangskapazitäten:
Ich habe den TOS10-12 mit 4x22uF/25V und 4x47uF/16V Low ESR Tantal 
Kondensatoren eingesetzt.
Mir hat es beim Betrieb mit 12V Eingang (von einem grösseren DC/DC 
Converter und rund 0.7m Zuleitung auf zwei Exemplaren einen (!) 47uF/16V 
Kondensator zerstört. Nach Entfernen desselben lief die Schaltung schön 
weiter, und die anderen drei 47uF fühlten sich anscheinend wohl.

Brauche ich wegen dem Ripple einen wesentlich spannungsfesteren 
Kondensator (z.B. 20 oder 25V)?
Andere Ideen?

: Verschoben durch Admin
Autor: Ben (Gast)
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ohne schaltplan? nein.

Autor: Severino R. (severino)
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Ich denke, die Anschlussbelegung ist wohl trivial und das Problem dürfte 
in der Komponentenauswahl liegen.
Aber hier dennoch das Schema.

Autor: .... (Gast)
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ich verstehe nicht: warum diese Kondensatorbatterie?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Bei SMD-Tantal Kondensatoren ist der Strich der Pluspol.
Passt das bei dir?

Autor: Severino R. (severino)
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.... schrieb:
> ich verstehe nicht: warum diese Kondensatorbatterie?

Siehe AppNote in meinem ersten Post.

Autor: Severino R. (severino)
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Lothar Miller schrieb:
> Bei SMD-Tantal Kondensatoren ist der Strich der Pluspol.
> Passt das bei dir?

Jaja, passt schon.
Aber danke der Nachfrage.
Mein Motto: "Nichts ist so einfach, dass man es nicht falsch machen 
könnte."

Autor: .... (Gast)
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ja, ok, hab ich übersehen in der AppNote.
Aber warum nimmst du nicht komplett Kerkos? Die sind spannungsfester als 
Tantal und der ESR ist in der Regel niedriger.

Autor: Severino R. (severino)
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.... schrieb:
> ja, ok, hab ich übersehen in der AppNote.
> Aber warum nimmst du nicht komplett Kerkos? Die sind spannungsfester als
> Tantal und der ESR ist in der Regel niedriger.

Habe halt die Empfehlung des Herstellers befolgt, jedenfalls was die 
spezifizierten Parameter betrifft.
Ausserdem:
Keramische Chip-Widerstände (brauche SMD) mit 47uF sind schweineteuer 
und schwer erhältlich. Bei Farnell habe ich einen Typ gefunden, und der 
ist auch nur 16V (wie die Tantal, die ich eingesetzt hatte):
http://de.farnell.com/taiyo-yuden/emk325bj476mm-t/...

Deswegen wollte ich Erfahrungen zum Thema hören resp. lesen.

Meinst Du, mit keramischen vertragen bei gleichem Spannungsrating die 
Spannung besser als Tantal?

Autor: .... (Gast)
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Auf jeden Fall. Die Spannungsangabe bei den Kerkos bezieht sich auf die 
Spannung, bei der der angegebene Kapazitätswert noch zu x% eingehalten 
wird. Bei weiter steigender Spannungs sinkt nur der Kapazitätswert, aber 
die Kondensatoren gehen nicht defekt. Naja gut, einen 16V Typ würde ich 
jetzt nicht unbedingt mit 100V testen ;)

Autor: .... (Gast)
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> Keramische Chip-Widerstände (brauche SMD) mit 47uF sind schweineteuer

naja, Farnell hat da teilweise auch Apothekenpreise, da ist Bürklin 
besser.
Oder du fragst per Mail bei CSD an.

Autor: Rudolph (Gast)
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> Die Spannungsangabe bei den Kerkos bezieht sich auf die
> Spannung, bei der der angegebene Kapazitätswert noch zu
> x% eingehalten wird.

Das wäre mir neu, kannst Du das näher erläutern?

Autor: Karl (Gast)
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was gibs da groß zu erleutern? je größer die Spannung am keramik-C, 
desto kleiner dessen Kapazität. Steht in jedem Datenblatt. Und: Kerkos 
halten Spannungsmäßit schon einiges aus. 100 V bei 16 V Typen muss nicht 
zur Zerstörung führen.

Autor: Rudolph (Gast)
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> was gibs da groß zu erleutern? je größer die Spannung am keramik-C,
> desto kleiner dessen Kapazität. Steht in jedem Datenblatt. Und: Kerkos
> halten Spannungsmäßit schon einiges aus. 100 V bei 16 V Typen muss nicht
> zur Zerstörung führen.

Das ist schon klar. Obwohl ich "Steht in jedem Datenblatt" infrage 
stellen würde. Unklar ist genau das:

> Die Spannungsangabe bei den Kerkos bezieht sich auf die
> Spannung, bei der der angegebene Kapazitätswert noch zu
> x% eingehalten wird.

Es wäre mir neu, dass die Nennspannung eines Keramikkondensators eine 
Angabe über einen Kapazitätswert treffen würde. Wenn doch, würde ich 
gern ein entsprechendes Datenblatt einsehen wollen ;-)

Autor: .... (Gast)
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treiben wir jetzt Wortspielereien,ja?

Dreh den Satz doch um:
Der angegebene Kapazitätswert gilt nur bei der angegebenen Nennspannung. 
Über den Nennspannung-Wert hinausgehende, angelegte Spannung mindert den 
Kapazitätswert.

Autor: .... (Gast)
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> dass die Nennspannung eines Keramikkondensators eine Angabe über einen
> Kapazitätswert treffen würde

Das habe ich mit meinem Satz im Übrigen auch nicht gesagt.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Severino R. schrieb:
> Ich habe den TOS10-12 mit 4x22uF/25V und 4x47uF/16V Low ESR Tantal
> Kondensatoren eingesetzt.

Tantals haben in Netzteilen nichts verloren, da sie nicht für große 
Ströme geeignet sind.
Du mußt Alu-Elkos und Kerkos nehmen.


> Mir hat es beim Betrieb mit 12V Eingang (von einem grösseren DC/DC
> Converter

Der wird wohl ordentlich Ampere liefern, die dann die Tantals beim 
Einschalten sprengen.


Peter

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Die Tantals müssen Surge-fest sein. Es gibt da vorgetestete, die vom 
Hersteller gemäß der Badewannenkurve bereits gequält wurden. Stichwort 
TPS.

Die einfachste Lösung ist ein Widerstand am Eingang des Netzteils.

Ansonsten fällt dir immerwieder ein kleiner Prozentsatz deiner Tantals 
aus. Alle die, die winzige Fehler im Aufbau haben...


Und 16V Tantals an 12V. Naja, wie heißt das Gerät oder Hersteller, wo du 
arbeitest? Weil sowas möchte ich nicht aus versehen kaufen.

Autor: Rudolph (Gast)
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> treiben wir jetzt Wortspielereien,ja?

Nein.

> Dreh den Satz doch um:
> Der angegebene Kapazitätswert gilt nur bei der angegebenen Nennspannung.
> Über den Nennspannung-Wert hinausgehende, angelegte Spannung mindert den
> Kapazitätswert.

Das ist, ähm, jetzt aber auch nicht richtig.
http://www.murata.com/products/capacitor/tech_data... 
hat da z.B. ein Diagramm, bei Nennspannung ist die Kapazität um 80% 
vermindert.

>> dass die Nennspannung eines Keramikkondensators eine Angabe über einen
>> Kapazitätswert treffen würde

> Das habe ich mit meinem Satz im Übrigen auch nicht gesagt.

Vielleicht nicht gemeint, gesagt aber schon. Deswegen fragte ich nach.

Autor: Severino R. (severino)
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Peter Dannegger schrieb:

> Tantals haben in Netzteilen nichts verloren, da sie nicht für große
> Ströme geeignet sind.
> Du mußt Alu-Elkos und Kerkos nehmen.

Naja, der Hersteller des DC/DC Converters empfiehlt sie halt explizit:
"To minimize input voltage ripple, 4x47uF low-ESR tantalum capacitors 
in parallel with 4x22uF very low-ESR ceramic capacitors are recommended 
at the input of the module."

Bei den Alu-Elkos stört mich die z.T. relativ kurze Lebensdauer bei 
höheren Temperaturen. Bei gewissen Typen halbiert sich die Lebensdauer 
je 5°C höherer Temperatur.
Werde wohl doch entgegen der Herstellerempfehlung auch die 47uF 
keramisch einsetzen, wenn ich welche in Low-ESR und genügend 
Spannungsfestigkeit finde. Wenn ich richtig verstanden habe, reicht bei 
keramischen ein Rating von 16V für Betrieb mit 12VDC.

> Der wird wohl ordentlich Ampere liefern, die dann die Tantals beim
> Einschalten sprengen.

Nein, das Ding hat es erst nach etlichen Stunden erwischt!

Muss übrigens meine Aussage vom ersten Post noch präzisieren:
"Ich habe den TOS10-12 mit 4x22uF/25V und 4x47uF/16V Low ESR Tantal
Kondensatoren eingesetzt."

Die 22uF sind keramisch, nur die 47uF sind Low ESR Tantal.

Autor: .... (Gast)
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> Das ist, ähm, jetzt aber auch nicht richtig.

Ok.....da hast du mich ja schön auflaufen lassen. Darf ich dir zu deinem 
genüsslichen Grinsen ein Bier reichen?

Aber du scheinst dich ja aus zu kennen. Dann erkläre uns doch bitte 
warum muRata eine Kapazitätsangabe macht, die nur bei 0V stimmt.

Autor: Severino R. (severino)
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Abdul K. schrieb:
> Die Tantals müssen Surge-fest sein. Es gibt da vorgetestete, die vom
> Hersteller gemäß der Badewannenkurve bereits gequält wurden. Stichwort
> TPS.

Danke für den Tipp.


> Die einfachste Lösung ist ein Widerstand am Eingang des Netzteils.

Nicht eher ein NTC wennschon?

> Und 16V Tantals an 12V.

Aus Fehlern wird man klug. Deshalb diskutiere ich das Ganze ja hier. Der 
Lieferant des DC/DC Konverters hat übrigens auf Anfrage Alu-Elkos statt 
den Tantals empfohlen. Leider ohne Begründung. Und ohne Aussage zur 
Spannungsfestigkeit.

> Naja, wie heißt das Gerät oder Hersteller, wo du
> arbeitest? Weil sowas möchte ich nicht aus versehen kaufen.

Keine Sorge, Du kriegst keins davon.

Autor: .... (Gast)
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> "To minimize input voltage ripple, 4x47uF low-ESR tantalum capacitors
 An anderer Stelle spricht der Hersteller auch von "polymer tantalum"
Da ich keine Ahnung habe (wie oben schon dargestellt) möchte ich nur 
bemerken, das ich auch schon verschiedene "Tantal"-Kondensatoren bei den 
Lieferanten gesehen habe. z.B. "Tantal", "Polymer-Tantal", 
Nobium-Tantal". Vielleicht ist da die Ursache zu suchen.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Schmeiß die Tantals raus. Keramik genauso - denn die hochkapazitiven 
sind grundsätzlich aus ferromagnetischen Materialien gebaut und damit 
piezoelektrisch anfällig und wie du selbst merktest, muß man sie 
spannungsmäßig Faktor 3 überdimensionieren um genügend Kapazität unter 
Spannung zu behalten. Bei heftiger Impulsbelastung reißen ihnen 
irgendwann die Beinchen ab, da sie sich bei Impulsbelastung schlagartig 
verziehen.

Und nun setzt du Polymer-Elkos rein, z.B. OS-CON oder welche aus 
Pyrrolen. Dazu parallel dann noch kleinkapazitive Keramikkondensatoren, 
die nur den Rippel für jeweils wenige Schaltvorgänge des DC/DC-Wandlers 
der nächsten Stufe oder Digitalteil kompensieren müssen. X7R wäre da 
angebracht und ist nicht so krass piezoelektrisch aktiv.

50% Spannungsüberdimensionierung ist mindestens angebracht. Bei Z5U, 
Tantal oder Elko lieber 2-3 fach.


Der Hersteller des Wandlers hat seinen Fehler wohl selbst bemerkt und 
will dir einfach keine Vorlage liefern. Da schweigt er lieber...


Schön wäre dann noch eine Spule oder gleich kombiniert über den 
Spulenwiderstand mit einem R.

Autor: Rudolph (Gast)
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> Ok.....da hast du mich ja schön auflaufen lassen.

Das war, wirklich jetzt, nicht meine Absicht ;-).

> Aber du scheinst dich ja aus zu kennen. Dann erkläre uns doch bitte
> warum muRata eine Kapazitätsangabe macht, die nur bei 0V stimmt.

Wenn ich das wüsste. Ich bin auf diese Kurve auch erst kürzlich 
gestoßen. Ich hatte wohl auch schon mal davon gehört, dass die Kapazität 
spannungsabhängig sei, hatte das in diesem Maß aber nicht vermutet. X7R 
ist da wohl nicht ganz so schlimm.

Dein Post hatte mich dann neugierig gemacht, mal zu schauen, was denn 
nun solche definierten Werte wie Spannungsfestigkeit tatsächlich 
bedeuten. Gerade für die Spannungsfestigkeit hatte ich aber keine 
eindeutige Definition gefunden, also hab' ich hier gefragt, siehe 
unseren Dialog ;-).



Zur Eingangsfrage:
Üblicherweise hält man ein Derating ein, so dass die Spitzenspannung 
(also DC & AC!), der an einem Kondensator anliegt, einen bestimmten 
Prozentsatz nicht überschreitet. Bei Tantals nimmt man da gerne die 
doppelte Spannungsfestigkeit, Kerkos können etwas knapper kalkuliert 
werden.

Die Datenblattangabe für die Eingangskapazitäten bezieht sich auf 
bestimmte Werte des Ripples, den der DC/DC-Wandler in der 
Eingangsspannung erzeugt (also sozusagen eine Rückwirkung). Wenn dieser 
unkritisch ist, weil z.B. nur unempfindlicher Digitalkram versorgt wird, 
kann man die Eingangs-Cs auch kleiner wählen oder gar weglassen.

Autor: Severino R. (severino)
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Danke allen, die mir Tipps und Hinweise gegeben haben.

Severino

Autor: ... (Gast)
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> Das war, wirklich jetzt, nicht meine Absicht ;-).

ok...glaub ich dir das mal ;)

Hab auch noch mal in der Richtung gegoogelt und diese Seite dazu 
gefunden:
http://my.execpc.com/~endlr/ceramic.html
Anscheinend hängt es sehr stark vom Dialektrikum ab. C0G scheint da das 
Beste zu sein und Z5U scheint dem Datenblatt von dir zu entsprechen.

Zu Tantal hab ich noch dieses PDF gefunden:
http://my.execpc.com/~endlr/ceramic.html

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Grundlagen Kondensatorkunde. Sorry.

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