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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC-DC-Wandler: Ripple am Ausgang unterdrücken, um empfindlichen Verstärker zu versorgen


Autor: Paul_K (Gast)
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Einen schönen Abend zusammen!

Ich habe hier ein Problem, welches mich an den Rand der Verzweiflung 
bringt:
Ich würde gerne einen empfindlichen Transimpedanzverstärker (für eine 
Photodiode) mit einer von einem DC/DC-Wandler erzeugten Spannung 
versorgen.

Dafür habe ich einen Wandler von Vicor (Typ Micro/15V Ausgangsspannung) 
und ein aktives Filter von Picor (sic!) vom Typ QPO-1Z. Leider gibt es 
am Ausgang noch sehr unschöne Peaks, diese sind anbei zu sehen 
(50mV/div,100µs/div). Die Peaks kommen also ca. mit 15kHz und haben eine 
Amplitude von ca. 100mV.

Der Vollständigkeit halber eine kurze Beschreibung des Meßaufbaus:
Labornetzteil -> Vicor Micro -> Picor QPO -> ca. 200 Ohm Last
(30mA Mindestlast sind angeben, bei 15V passt das mit den 200 Ohm).

Ich habe nun schon einige Dinge ausprobiert:
- Diverse L-C-Glieder am Ausgang
- Kondensatoren unterschiedlicher Größe
- 12V-Spannungsregler, in der Hoffnung, daß die das wegregeln könnten

-> Hat alles nicht wirklich was gebracht...

Hat vielleicht jemand einen Tip bzw. einen Link zu einer Application 
Note o.ä., die beschreibt, was man hier sinnvollerweise machen könnte? 
Ich habe selbst schon einiges recherchiert, aber nichts gefunden, was 
hilfreich wäre.

Könnte es vielleicht ein Masseproblem sein? Oder mache ich grundlegend 
etwas falsch? Bin ich zu blöd? ;)


Bereits jetzt vielen Dank für jede Antwort!!


Viele Grüße,

Paul K.

Autor: mhh (Gast)
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Wenn der DC/DC-Wandler mit 15 kHz schwingt, kennst Du die Ursache.
Speise über eine analoge Regelschaltung.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Wie ist die Masse angeschlossen? Für den Falle einer Krokoklemme sind 
die Spitzen nichts ungewöhnliches. Schließe bitte die Tastkopfmasse 
direkt ohne lange Kabel an den Wandler an.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ja. Fuer empfndliche Aufbauten ist eine lineare Speisung natuerlich das 
idealste. Nur hat man heute den Platz nicht mehr. Ich verwende gerne 
lownoise switcher, die ich selbst aufbaue. Einfach bei den Switcher 
controllern nach lownoise, resp ultra low noise schauen. Der LT1777 ist 
gut als Stepdown. Es gibt aber noch andere.

Autor: Paul_K (Gast)
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Hi zusammen,

vielen Dank für die Antworten! Ich hatte leider die letzten Tage 
unerwarteterweise nur schlecht Zugang zum Internet, daher komme ich 
leider erst jetzt zum Antworten...

@mhh - Wie gesagt, Spannungsregler habe ich versucht... Ich gehe schon 
davon aus, daß diese 15kHz die Frequenz vom DC-DC-Wandler sind (Man kann 
ihn pfeifen hören, sollte daher hinkommen)

@Luk4s K.
-> Der Tastkopf ist in der Tat mit einer Krokoklemme angeschlossen, die 
ist ja auch an dem Tastkopf dran. Ich werde aber mal direkt ein 
(abgeschnittenes) BNC-Kabel anklemmen - danke für den Tip.

@Luk4s K.
-> Danke auch für Deinen Tip, das werde ich mir auf jeden Fall merken - 
wäre gar nicht auf die Idee gekommen, dafür selbst ein kleines 
Schaltnetzteil aufzubauen. Wird für den aktuellen Fall wohl etwas 
umständlich...


Ich werde jetzt wie folgt vorgehen:
- Ein paar geeignete Drosseln raussuchen, um sie nach das genannte 
Filter zu schalten; Vielleicht bringt das was.
- Einfach mal die Schaltung ein bißchen testen/vermessen, mit den 
"Peaks" - das Filter unterdrückt immerhin den Ripple um einen guten 
Faktor 40, vielleicht läuft das ja so zufriedenstellend.


Ich finde es etwas komisch, daß man keine Komponenten kaufen kann, die 
den Ripple von einem DC-DC-Wandler zuverlässig wegfiltern. Das braucht 
man ja bei ziemlich vielen Anwendungen. Aber nun gut.

Ich melde mich, wenn ich noch was bahnbrechendes herausfinde, ist ja 
vielleicht auch für andere interessant.


Gruß,
Paul

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das Ganze ist nicht ganz so einfach. Ich hab mal bei einem 600kHz 
Switcher die Spikes vermessen. Die hatten eine Breite von 1.5ns, 
entsprechen also 600MHz und hoeher. Abgesehen davon, dass das Layout 
sehr gut sein muss, um diese Freqeunzen nicht sofort abzustrahlen, ist 
die Ausbreitung auf der Leiterplatte nicht trivial, die Wirkung ist auch 
nicht trivial. Und die Filterung sowieso nicht.

Autor: Paul_K (Gast)
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@ Hä-jetzt Noch

Ja, das stelle ich auch fest. Das mit den 1,5ns kommt etwa hin, das sind 
schon hohe Frequenzen.

Habe noch ein paar Sachen ausprobiert:
-> Eine Drossel am Ausgang (1000uH) dämpft zwar den Peak, führt aber zu 
einer höheren Schwingneigung ;)
-> Diverse Filter von Murata, die ich so gefunden habe -> Keine 
wirklichen Auswirkungen festzustellen

Vielleicht streut das ganze wirklich in die Masse ein und ist daher 
"überall"; Ist nur ein fliegender Aufbau derzeut...

Naja, ich probiere das ganze mal aus - vielleicht tut es ja hinreichend 
gut... Viel ändern kann ich am DC-DC-Wandler leider nicht mehr... In 
einem Redesign würde ich eine Low-Noise-Typ wie von Dir vorgeschlagen 
verwenden. Schaun mer ml ;)


Grüße,
Paul

Autor: Ulrich (Gast)
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Das Problem mit den Störungen hatte ich auch. Bei mir haben es 2 Filter 
LC + RC und ein Linearregler getan.
Die Frage die sich da stellt, ist ob es nicht auch fertige DCDC-wandler 
für wenig Leistung ( z.B. 100 mW) und mit wenig Störungen gibt. Zu den 
Störungen zwischen den Leitungen kommt ja oft noch ein kapazitiv 
eingekoppelte Gleichtaktstörung dazu, die man nur schwer rausfiltern 
kann, wenn man die galvanische Trennung braucht.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Also. Man muss nicht die 600kHz filtern, sondern die 600MHz. Fuer die 
600MHz braucht man keine 1000uH, sondern eher eine mit 50nH.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Paul_K (Gast)

>Vielleicht streut das ganze wirklich in die Masse ein und ist daher
>"überall"; Ist nur ein fliegender Aufbau derzeut...

PATSCH

Für so ein Blödsinn musst du geschlagen werden. Wer einen Schaltregler 
"mal fix wild aufbaut", ohne gescheites Layout, dem ist nicht mehr zu 
helfen!
Aber super low noise haben wollen.

Ohje!

Autor: Thomas (Gast)
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Wie es der Zufall so will, hatte ich das selbe Problem erst vor ein paar 
Wochen. Hab beim Schaltungslayout leider sogut wie garnicht aufgepasst 
und Peaks von etwa 400mV auf der kompletten Massefläche!
Direkt an der Spule waren es sogar mehrere Volt.
Danach natürlich recherchiert wie man es richtig macht:

- Pufferkondensator und Spule so nah wie möglich an den Schaltregler
- diese Bauteile mit stark überdimensionierten Polygonen anstatt 
normalen Leiterbahnen verbinden
- "Massekäfig" rund um den Schaltregler und dessen Komponenten
- Keine Masse oder sonstige Leitungen unter der Spule
- Geteilte Masseflächen

Und was hats gebracht? Direkt an der Spule sind noch Peaks von ca 50mV 
zu messen. Ein paar mm entfernt schon garnichts mehr.

Bin echt erstaunt wieviel das ausmacht.
Und eines hab ich auch gelernt. Wenn man solche Störungen mal auf der 
Massefläche hat, kriegt man die nicht mehr weg. Was ich da (vergeblich) 
an Filterung versucht habe, bevor ich endlich das Layout überarbeitet 
habe...

Autor: Robert D. (hdldum)
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Probier mal ein LC Filter mit SMD Ferrit (mind. 100 Ohm Dämpfung) und 
Keramikkondensator. Wenn die Spitze am Ausgang nicht verschwindet
hast du wahrscheinlich eine Gleichtaktstörung, und das ist blöd zu 
bekämpfen.

Autor: Michael K. (michael007)
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fraglich ist doch auch, ob der peak überhaupt da ist und es sich nicht 
um einen messfehler handelt... einen 1,5ns peak mit nem oszi messen is 
eigentlich kaum möglich... vor allem net mit 1Meg Eingangswiderstand und 
den dann auftretenden reflexionen...

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Hi,

ich habe mich mit der Thematik auch auseinandergesetzt. Dieser Artikel 
hilft vielleicht:
www.analog.com/static/imported-files/rarely.../RAQ_tamingADC.pdf

Key Message des Artikels ist: Erstmal schaun was für eine "Glätte" man 
überhaupt braucht (siehe Gleichtaktunterdrückung) dann designen. 
Ansonsten kaskadierte Filter,  Schaltregler weit weg von 
Signalverarbeitung und guten GND.

Ganz erlich, dazu gehört Disziplin. Rote und Blaue Linien in Eagle 
ziehen ist irgendwie cooler als die Logarithmische Dämpfung eines OPVs 
auf ein Signal nach 4 Rechenschritten zu berechnen.

Übrigens ist das RAQ von Analog saugeil. Einfach total lustig und 
informativ.

Meien Erfahrung was so ein bischen hilft: Beads verwenden, Tantals auch 
an die Eingänge des Schaltreglers (Sehr nah!, wird auch von Traco 
empfohlen).
Keine Massenschleifen. Schaltregler in anderes Gehäuse. Schaltregler 
weiter abschrimen (mechanisch schwer umsetzbar).

Autor: Ein Gast (Gast)
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Hier der ein (hoffentlich) funktionierender Link:

http://www.analog.com/static/imported-files/rarely...

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Danke, sorry da habe ich was falsch gemacht.

Autor: Alex H. (hoal) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:
>>Vielleicht streut das ganze wirklich in die Masse ein und ist daher
>>"überall"; Ist nur ein fliegender Aufbau derzeut...
>
> *PATSCH*
>
> Für so ein Blödsinn musst du geschlagen werden. Wer einen Schaltregler
> "mal fix wild aufbaut", ohne gescheites Layout, dem ist nicht mehr zu
> helfen!
> Aber super low noise haben wollen.

Naja, es ist doch ein fertiges DC-DC-Modul. Ich tippe mal auf dieses:
http://cdn.vicorpower.com/documents/datasheets/ds_...
Daher ist körperliche Gewalt nicht angebracht ;)

Leider ist im Datenblatt keine Schaltfrequenz angegeben.

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