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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Versorgungsspannung filtern.


Autor: Gast (Gast)
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Hi Forum,
bitte nicht gleich schlagen wenn ich hier den 1001 Beitrag zu dem Thema 
eröffne aber ich habe nicht wirklich was passendes gefunden...

Ich bastel seit einiger Zeit an einer Sensorplattform herum. Da ich 
mittlerweile ein wenig Erfahrung gewonnen habe möchte ich meine HW 
verbessern.

Im Analogteil der Schaltung steckt u.a. ein 16Bit ADC und einige 
Sensoren. Benötigt werden hier +3.3V ~10mA und +5V ~100mA. Im 
Digitalteil stecken u.a. zwei Controller. Hier benötige ich +1.8V ~5mA, 
+3.3V ~700mA und +5V ~100mA. Die Batterie-Versorgungsspannung liegt bei 
12V.

In der "alten" Schaltung verwende ich Linearregler. Die werden 
entsprechend heiss, brauchen grosse Kühlkörper = unschön.

Deswegen möchte ich die Spannungsversorgung komplett überarbeiten. Ich 
bin auf die SMPS von TI gestossen ( z.B. PTH08080W / 300kHz switching 
frequency ).

Meine Idee war nun mit dem SMPS die Spannung von 12V auf 5.xV zu bringen 
und die LDO´s entsprechend nachzuschalten. Mein Problem ist nun die 
Ripple Spannung die bei 30mVPP liegt und mir natürlich den kompletten 
Analogteil verhagelt. Wünschenswert wär eine möglichst kleine 
Störspannung ( kleiner 50uV )( ist das realistisch ?! )

Die nächste Idee war einen LC Tiefpass zwischen SMPS und LDO´s zu 
schalten. Dazu habe ich verwendet ( gerade zur Hand ):
L: 47uH ( http://www.we-online.de/katalog/media/pdf/744031470.pdf )
C: 150uF ( www.reichelt.de / PXA 150/16 )

Die Ergebnisse waren nicht wirklich berauschend. Nun bin auf der Suche 
nach den "optimalen" Komponenten.

So wie ich es sehe brauch ich eine Induktiviät mit einer möglichst hohen 
Impedanz bei 300kHz und einen Kondensator mit möglichst geringer 
Impedanz (?). Blöderweise finde ich nichts passendes. Wenn ich mich z.B. 
bei Würth Electronic nach Induktivitäten umschaue, beginnen die 
Impedanzdiagramme erst bei 1MHz...

Bevor ich nun ewig weitersuche und dumm sterbe dachte ich mir ich frag 
mal welche die sich damit auskennen ;)

Deshalb:
- Ist ein SMPS in meiner Schaltung einsetzbar ?
- Wie kann ich die Ripplespannung effektiv von dem Analogteil fernhalten 
?
- Wie würdet ihr den / die Filter dimensionieren ?
- Wo plazier ich die Filter:
  - Zwischen SMPS und LDO
  - Hinter dem LDO
  - Zwischen SMPS & hinter dem LDO ?

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen :)

Grüsse
Maik

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Um wieviel dB möchtest Du die Störspannung dämpfen?

Impedanzkurven gibt man dann für Bauteile an, wenn Sie nicht den 
theoretischen Werten entsprechen. Bei 300kHz liegst Du bei vielen 
Induktivitäten weit unter deren Resonanzfrequenz. Daher kannst Du hier 
die Impedanz einfach ->ausrechnen<-. Bzw. läßt sich bei dieser Frequenz 
ein LC-Tiefpass wunderbar (naja, fast) nach Lehrbuch dimensionieren.

Autor: Gast (Gast)
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Wenn ich mich nicht verrechnet habe wären es min 55dB ( 30mV zu 50uV ). 
Eine grössere Dämpfung wär natürlich noch bessern :) Kannst du mir 
konkrete Bauteilempfehlungen ( SMD ) geben ?

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Las' es 60dB sein. Ein LC-Tiefpass macht 20dB pro Dekade. Somit legst Du 
Deine Grenzfrequenz auf 3 Dekaden unter Deinen Störer, also 300Hz. Das 
wird nicht funktionieren, weil die notwendigen Kapazitäten nicht den 
notwendigen niedrigen Innenwiderstand besitzen. Also eine neue Runde mit 
LC 4. Ordnung, 40dB pro Dekade -> 1.5 Dekaden, nehmen wir eine neue 
Grenzfrequenz von 10kHz und fangen (Du!) mal an, einen passenden Filter 
zu simulieren. Rechnen geht auch, macht aber manchen Leuten deutlich 
weniger Spass ;-)

Ich täte mal mit 2 x 10uF keramisch und 2 x 22uH einsteigen.

Autor: Gast (Gast)
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Bevor ich anfange zu rechnen ( wie, womit simulier ich sowas ? )...wär 
dein Vorschlag einen LC 4. Ordnung zu verwenden gleichwertig zu meiner 
Ausgangsfrage:

- Wo plazier ich die Filter ( = LC Filter ):
     - Zwischen SMPS und LDO
     - Hinter dem LDO
-->  - Zwischen SMPS & hinter dem LDO ( = LC Filter 4. Ordnung ) ?

Autor: Gast (Gast)
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Eddy, irgendwas stimmt nicht. Ein LC Filter ist doch ein Filter 2. 
Ordnung der macht 40dB pro Dekade nicht 20dB !?

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Jo, sehe ich genau so. Ich wollte nur das Publikum testen ;-) Ich würde 
trotzdem mit dem Filter 4. Ordnung weitermachen, da die Bauteile 
angenehmere Werte und Baugrössen aufweisen.

Noch ein Weg wäre, einen Regler mit höheren Schaltfrequenzen 
einzusetzen.

Autor: Anja (Gast)
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Zur Plazierung:

Bei etwas Überlegung kommst Du selbst drauf:
- Wird der LDO durch die Schaltspizten selbst gestrört?
- Wie sieht es mit der Lastausregelung aus wenn nach dem LDO noch
  ein Tiefpaßfilter installiert ist.

Viel wichtiger ist die Frage: Kannst Du von der Topologier her auch eine 
Drossel in die Masseleitung setzen um die Gleichtaktstörungen die über 
die Masseleitung transportiert werden auch noch auszufiltern?

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