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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Ladungspumpe: welchen Low-ESR Kondensator nehmen?


Autor: Karel Marsalek (marsalek)
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Liebe Kollegen, in einem Batteriebetriebenem Gerät (low noise, mit 
14-bit A/D Wandler) benötige ich eine geregelte Ladungspumpe mit 5.5V 
Ausgangsspannung (REG71055). Der Stromverbrauch am Ausgang liegt bei ca. 
20 mA und die langsamen Spannungsschwankungen sind durch einen 
solid-tantal-Kondensator (10µF, ESR=5 Ohm) gut weg zu bekommen.

Die Umschaltfrequenz liegt bei 250 kHz und erzeugt unschöne kurzen Peaks 
von ca. 200mVpp. Welchen low-ESR Kondensator (ca. 10µF) würdet ihr mir 
empfehlen, um die Umschaltpeaks zu glätten?

Vielen Dank,
Karel
PS: Bei R-S gibt es z.B. kondensatoren (um die 22µF) mit ESR unter 0.05 
Ohm, was ich nicht glauben kann.

Autor: Arc Net (arc)
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Karel Marsalek schrieb:
> Liebe Kollegen, in einem Batteriebetriebenem Gerät (low noise, mit
> 14-bit A/D Wandler) benötige ich eine geregelte Ladungspumpe mit 5.5V
> Ausgangsspannung (REG71055). Der Stromverbrauch am Ausgang liegt bei ca.
> 20 mA und die langsamen Spannungsschwankungen sind durch einen
> solid-tantal-Kondensator (10µF, ESR=5 Ohm) gut weg zu bekommen.
>
> Die Umschaltfrequenz liegt bei 250 kHz und erzeugt unschöne kurzen Peaks
> von ca. 200mVpp. Welchen low-ESR Kondensator (ca. 10µF) würdet ihr mir
> empfehlen, um die Umschaltpeaks zu glätten?
>
> Vielen Dank,
> Karel
> PS: Bei R-S gibt es z.B. kondensatoren (um die 22µF) mit ESR unter 0.05
> Ohm, was ich nicht glauben kann.

Warum? Das dürften ganz normale keramische (X5R/X7R) Kondensatoren sein 
z.B. C2012X5R0J226M 22 uF, 0805, 6.3 V
http://www.tdk.de/templ/campaign30/DATA/C2012X5R0J...
oder ECJ2FB1A226M 22 uF, 0805, 10 V

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Bei einem unsauberen Layout werden die Stoerungen mit kleinerem ESR 
zunehmen, da die Stromspitzen zunehmen.

Autor: Jens G. (jensig)
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>14-bit A/D Wandler) benötige ich eine geregelte Ladungspumpe mit 5.5V

Ladungspumpen sind eigentlich nicht regelbar (wenn, dann nur mit 
Kompromissen).

>Die Umschaltfrequenz liegt bei 250 kHz und erzeugt unschöne kurzen Peaks
>von ca. 200mVpp. Welchen low-ESR Kondensator (ca. 10µF) würdet ihr mir
>empfehlen, um die Umschaltpeaks zu glätten?

Tja, das liegt an den harten Stromimpulsen, die zum Umladen der C's 
nötig sind. Da kommte es schwer auf das Layout der Ladungspumpe an, ob 
bzw. wie sehr diese Spikes auf den Ausgang durchschlagen. Man könnte 
evtl. mit zusätzlichem kleinen R (vielleicht 10Ohm bei 20mA) vorm 
letzten C etwas die Spikes dämpfen, reduziert aber den Wirkungsgrad 
evtl.
Zumindest den Ausgangs-C würde ich als Low-ESR definieren. Die anderen 
vielleicht nicht.

Autor: teta (Gast)
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Siehe Anhang!

Bessere Kondis gibt es praktisch nicht!

z.B. hier erhältlich:

http://www.reichelt.de/?;ACTION=2;LA=2;GROUP=B31B;...


Nicht gerade das billigste aber dafür das Beste :-)

Autor: Karel Marsalek (marsalek)
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Hallo zusammen, vielen Dank für eure praktischen Tipps!

A...aha Soooo. schrieb:
> Bei einem unsauberen Layout werden die Stoerungen mit kleinerem ESR
> zunehmen, da die Stromspitzen zunehmen.
Die Stromspitzen sind in der Tat größer, aber an dem Low-ESR Kondensator 
muss doch die Spannung glatter sein, oder? Und wenn die Kondensatoren 
direkt an der Ladungspumpe angeschlossen sind (kurze Leiterbahnen), 
müsste es dann OK sein. Für Tipps bin ich aber immer dankbar!


teta schrieb:
> Siehe Anhang!
> Bessere Kondis gibt es praktisch nicht!
> z.B. hier erhältlich:
> http://www.reichelt.de/?;ACTION=2;LA=2;GROUP=B31B;...
> Nicht gerade das billigste aber dafür das Beste :-)

Danke, sind schon bestellt. Sollte man parallel zu denen noch kleine 
Kerkos anschliessen?

Karel

Autor: Jens G. (jensig)
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>Danke, sind schon bestellt. Sollte man parallel zu denen noch kleine
>Kerkos anschliessen?
Machen sicherlich noch was gut.
Ich würde aber schon noch das Layout prüfen, bezüglich Masseführung. 
Wenn's dort nicht stimmt, dann kannste Spikes noch und nöcher haben.
Auserdem kommts drauf an, zw. welchen Punkten Du gemessen hast.

Autor: Karel Marsalek (marsalek)
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Danke Jens,
ist es besser, die "minus-Pole" der Kondensatoren an eine Massefläche 
anzuschliessen, oder lieber in der Top-Layer eine dezidierte 
Masseleitung zu verlegen und erst diese an einem Punkt mit der 
Massefläche zu verbinden?

Karel

Autor: Jens G. (jensig)
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Es sind ja nicht alle C's der Ladungspumpe an Masse angeschlossen. Aber 
wenn, dann muß man sich nur vorstellen, welchen Weg die Ladeströme über 
die Masse nehmen werden. Und da muß man eben sicherstellen, daß diese 
Ströme nicht über Massewege gehen, die dann auch von der zu versorgenden 
Schaltung als Stromweg benutzt werden. Das wichtigste ist hierbei, den 
Ausgangs-C als Bezugspunkt zu nehmen - also mehr oder weniger 
sternförmige Masseverteilung von dort aus - zumindest Richtung Ausgang, 
und Richtung "Hinterland" (also Pumpentreiber und Dioden).
Von diesem Ausgangs-C kannste auch eine Massefläche auf dem anderen 
Layer anbinden, als Abschirmung, die meiner Meinung nach aber sonst 
nirgends wo anders mit irgendweiner Masse verbunden ist.

Autor: ulrich (Gast)
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Bei der kleinen Spannung kann man gut die 10µF als Keramik nehmen. Nur 
etwas Vorsicht, wenn die Platine stärker mechanisch belastet wird. Der 
Pumpkondensator sollte besser nicht Low ESR sein - da lieber noch extra 
1 Ohm dazu in Reihen, damit die Ströme begrenzt werden.
Wenn das nicht reicht, dann ggf. Induktivitäten zur Hilfe nehmen, oder 
gleich einen richtigen Schaltregler nehmen.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Zu der Zeit, als es noch keine bzw. wenig Halbleiter gab, hat man in 
Netzteilen so einiges an Ripple mit PI-Siebgliedern weg gebügelt. Z.B. 
in Telefonnetzteilen. Da hat man mit Prüfhörern an der Gleichspannung 
rein gar nichts mehr gehört. Und das Ohr ist doch recht empfindlich.

Autor: Arc Net (arc)
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ulrich schrieb:
> Bei der kleinen Spannung kann man gut die 10µF als Keramik nehmen. Nur
> etwas Vorsicht, wenn die Platine stärker mechanisch belastet wird. Der
> Pumpkondensator sollte besser nicht Low ESR sein - da lieber noch extra
> 1 Ohm dazu in Reihen, damit die Ströme begrenzt werden.
> Wenn das nicht reicht, dann ggf. Induktivitäten zur Hilfe nehmen, oder
> gleich einen richtigen Schaltregler nehmen.

Was sollen diese merkwürdigen Empfehlungen?
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/reg71055.pdf
Abschnitt Peak current reduction:
"The regulator incorporates circuitry to limit the input peak current, 
lowering the total EMI production of the device and lowering output 
voltage ripple and input current ripple. Input capacitor (CIN) supplies 
most of the charge required"
und weiter im Abschnitt Capacitor selection:
"For minimum output voltage ripple, the output capacitor COUT should be 
a ceramic, surface-mount type. Tantalum capacitors generally have a 
higher
effective series resistance (ESR) and may contribute to higher output 
voltage ripple. Leaded capacitors also increase ripple due to the higher 
inductance of
the package itself. To achieve best operation with low input voltage and 
high load current, the input and pump capacitors (CIN and CPUMP, 
respectively) should also be surface-mount ceramic types. In all cases, 
X7R or X5R dielectric are recommended....
To minimize output voltage ripple, increase the output capacitor, COUT, 
to 10mF or larger"

Also die normalen Keramikkondensatoren nehmen und auf's Layout achten 
reicht.

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