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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltregler schwingt bei niedrigem Tastgrad


Autor: Marco W. (watz)
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Hallo zusammen,

für ein kleines Akkulader Projekt steuere ich einen Abwärtswandler per 
Mega8 PWM (~15kHz). Der Mega8 überwacht außerdem Ladespannung-/strom und 
Zellenspannung. Dabei wird regelmäßig der Tastgrad neu eingestellt, um 
einen konstanten Strom beim Laden zu erzielen. Das funktioniert auch 
alles ganz prächtig, der IRF5305 bleibt bei ~2,5A Strom durch die Last 
schön kalt. Auf dem Oszi fällt mir allerdings auf, daß der 
Abwärtswandler bei niedrigem Tastgrad (<10%) scheinbar zu Schwingungen 
von ~180kHz neigt (siehe Bilder). Die Frequenz der Schwingungen ändert 
sich, wenn ich den IRF5305 berühre. Bei einem Tastgrad von mehr als ca. 
10% läuft der Abwärtswandler einigermaßen sauber.

Ich hab noch ein Bild einer LTSpice Simulation angehängt. Der Mega8 
fehlt, und statt dem Lastwiderstand steckt in der echten Schaltung eine 
Kombination aus Shunt/Diode/1.2V NIMH Zelle drin. Ansonsten sind sie 
identisch. Allerdings ist in der Simulation nichts von diesen 
Schwingungen zu sehen (trotz extrem niedigen Tastgrad von 100ns : 66us). 
Ich hab auch markiert, wo ich in der echten Schaltung das Oszi 
drangehangen hab.

Mich würde jetzt interessieren, was ich da eigentlich sehe. Irgendwelche 
Ideen ?

Danke & Gruß,
Watz

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Das sieht nicht schön aus. Mein erster Tipp hätte was mit den 
Kondensatoren zu tun. Hast du mal mit der Kapazität gespielt, bzw. ESRs 
und ESLs auf reale Werte gesetzt?

Autor: nurmalso (Gast)
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Nennt man wohl "ringing". Solltest mal die Induktivität vergrössern.

Gruss

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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nurmalso schrieb:
> Nennt man wohl "ringing". Solltest mal die Induktivität vergrössern.

Oder halt die realen Parameter der Komponenten eintragen. Hast du auch 
den ohmschen Widerstand der Spule eingetragen?

Autor: Marco W. (watz)
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Danke erstmal für die Tips.

Also was die Kondensatoren angeht...selbst wenn ich die entferne (d.h. 
nur die NIMH Zelle dran), ändert sich an der Frequenz oder Amplitude der 
Schwingungen nichts.

Eine größere Induktivität habe ich gerade nicht zur Hand (vielleicht 
heut Abend nach der Bescherung :-). Aber ich habe alternativ mal die 
Schaltfrequenz von 15kHz auf 60kHz erhöht (d.h. größere Frequenz -> 
kleinere Speicherdrossel nötig). Auch das ändert nichts an der Frequenz 
oder Amplitude der Schwingungen.

Ich vermute fast, daß sich eine Kapazität im IRF5305 mit den Leitungen 
auf dem Steckbrett irgendwie aufschaukelt. Wie gesagt ändert sich die 
Frequenz, wenn ich den IRF5305 berühre. D.h. ist er vermutlich der 
kapazitive Teil des Schwingkreises, welcher die Schwingungen verursacht.

Autor: Marco W. (watz)
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Ja, Induktivität und Serienwiderstand hab ich in die Simulation 
eingetragen :-) Das LTSpice Projekt hängt auch dran.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Ach so, jetzt seh ich erst, dass du gar keine Simulation machst.
EDIT: Ah, doch hängt an.

Mach mal ein Bild vom Aufbau, also lange Leitungen sind bei 
Schaltreglern immer schlecht. So als Faustregel.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Welchen Sinn hat eigentlich R3 am Emitter von der 
Invertiererstufe/Pegelwandler? Der verhindert jedenfalls, dass die 
Push-Pull Stufe auf 0V runterkommt.

Außerdem hat der Q3 keinen Basiswiderstand.

Autor: HildeK (Gast)
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Schaltnetzteile sind allgemein empfindlich bez. der Leitungsführung. 
Steckbrettaufbau ist, gelinde gesagt, suboptimal!
Gerade die Kreise V1-M1-D1 und D1-L1-C1/2 müssen so klein wie möglich 
aufgebaut und gleichzeitig die Leitungen möglichst dick sein. Ein C nach 
Mass von der Drain des M1 ist auch sehr nützlich.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Bei dir faengt der Strom an zu luecken an. Dein Strom durch die Spule 
wird zu 0 . Mit den parasitaeren Kapazitaeten hast du dann einen 
Schwingkreis gebaut. Schalte mal parallel zur Spule ein RC-Glied un den 
zu bedaempfen.
C = ca. 4.7nF  R = 100 Ohm.

Mal sehen ob es dann besser wird. Oder du must dein Schaltregler so 
auslegen das der Strom durch die Spule nicht 0 werden kann.

Gruss Helmi

Autor: Martin (Gast)
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Genau, du kommt aus dem kontinuierlichen Betrieb raus. Diese Schwingung 
kommt von der Induktivität und der Sperrschichtkapazität der Diode. 
Stören tut diese Schwingung aber nich.

Autor: Marco W. (watz)
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@Helmut
@Martin

Ihr habt beide Recht. Natürlich entspricht die Last bei einem Ladegerät 
nicht einer simplen Ohmschen. Solange Die Ausgangsspannung des 
Abwärtswandlers noch nicht die des Akkus + Vorwärtsspannung der 
Schutzdiode davor erreicht hat, fließt dort praktisch auch kein Strom. 
Und genau dann entstehen die Schwingungen. Die lassen sich effektiv mit 
dem genannten RC Glied unterdrücken.

Korrigiere ich die LTSpice Simulation entsprechend, so treten die 
Schwingungen dort ebenfalls auf. Wenn ich die Diode im Wandler durch 
andere Typen ersetze, ändert sich auch die Frequenz der Schwingungen. 
D.h. es scheint neben der Drossel tatsächlich an der 
Sperrschichtkapazität der Diode zu liegen. Bei einigen Typen scheint es 
sogar garkeine zu geben. Ich vermute aber mal, daß das an unzureichenden 
Simulationsmodellen liegt.

Wieder was dazugelernt. Ich finde es immer wieder erstaunlich, wie 
realistisch die Spice Simulationen sind.

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