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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsregler Cout und Last-C parallel: ESR unpassend?


Autor: Matthias (Gast)
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Einen fröhlichen Weihnachtsmorgen allerseits,

folgende Frage an die Experten: Ich nutze einen LP3966, um 3.8V (aus 5V) 
zu erzeugen für ein Telit-GSM-Modem.
- Der Spannungsregler erfordert einen Cout mit mindestens 200mΩ ESR lt. 
Datenblatt. Habe dafür einen 68µF-Tantal mit 490mΩ gewählt (AVX 
TRJC686K010R)
- Das Telit-Modul hingegen will einen "low ESR"-Tantal-Pufferkondensator 
mit 100µF. Habe dafür einen mit 65mΩ genommen (490mΩ wären für meine 
Begriffe nicht "low").

Entsprechende Ausschnitte aus Schaltplan und Layout anbei.

Nun sind Cout und der Pufferkondensator an der Last ja parallel, was in 
einem viel niedrigeren kombinierten ESR resultieren müsste. Auf dem 
Lochplatinen-Prototypen funktioniert es bislang problemlos, jetzt wird 
aber das ganze in die Produktion gegeben, daher wollte ich noch einmal 
kritisch drübergehen.

Fragen daher:
- Ist es Eurer Erfahrung nach ein Problem für den Spannungsregler, wenn 
der Lastkondensator den resultierenden ESR-Wert verändert?
- Im Layout sind die beiden ja ziemlich nahe beieinander -- sollte man 
das anders regeln?
- Sollte man die Schaltung verändern, um die Thematik besser zu lösen?

Für jegliche Hinweise dankbar,
Matthias

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Du hast den ESR der Elkos durch die Parallelschaltung der beiden 
Kondensatoren herabgesetzt. Das "freut" den Spannungsregler.

Was kann man tun?

1. "Hoffen und Beten", daß das Ganze trotzdem funktioniert.
2. In die Versorgungsleitung zu C30 eine Drossel schalten, ähnlich wie 
ATMEL es für die AVR-Processoren empfielt.
3. (Bei ausreichend konstanter und geringer Stromaufnahme des Moduls) an 
Stelle der in 2 vorgeschlagenen Drossel einen kleinen Widerstand (330 
mOhm) einsetzen.

Die erste "Lösung" behagt mir nicht so ganz, denn hier könnten häßliche 
intermittierende Probleme auftreten.

Bernhard

Autor: Matthias (Gast)
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Danke für die Antwort. Schon klar, wie geschrieben, dass der 
resultierende ESR niedriger ist. Nicht ganz so klar habe ich vielleicht 
geschrieben, dass er dadurch unter den Mindest-ESR des Spannungsreglers 
von 200mΩ fallen würde, d.h. in diesem speziellen Fall freut sich der 
Spannungsregler evtl. nicht über den niedrigeren ESR.

Das GSM-Modul kann bis zu 2A ziehen in Peaks, daher der relativ 
großzügige Spannungsregler. Ein 330mΩ-Widerstand würde in diesen Spitzen 
über 1W verbrennen, das kommt mir nicht praktikabel vor.

Bliebe also Variante 2 -- wie würde man die Drossel dimensionieren?

Viele Grüße,
Matthias

Autor: A. K. (prx)
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Matthias schrieb:

> Bliebe also Variante 2 -- wie würde man die Drossel dimensionieren?

So, dass deren Gesamtwiderstand (Impedanz+Ohmsch) im kritischen 
Frequenzbereich hinreichend gross ist. Was natürlich gleich die nächste 
Frage impliziert, und die wird überraschenderweise sogar im Text 
beantwortet: "between 20 kHz and 100 kHz".

Autor: Matthias (Gast)
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Danke. Hieße das nicht, dass von den 3.8V des Spannungsreglers bei 
höherer Frequenz eine umso höhere Teilspannung an der Drossel abfiele, 
so dass aus Sicht des GSM-Modems die Spannung genau dann einbricht, wenn 
es kurzfristig mehr Leistung haben möchte? Müsste man den 
Spannungsregler auf höhere Vout einstellen?

Nur zur Klarstellung, dass ich das richtig verstanden habe, anbei der 
leicht aktualisierte Schaltplan.

Viele Grüße,
M.

Autor: A. K. (prx)
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Matthias schrieb:

> Danke. Hieße das nicht, dass von den 3.8V des Spannungsreglers bei
> höherer Frequenz eine umso höhere Teilspannung an der Drossel abfiele,

Nur wenn du vorhast, dein Modem mit Wechselstrom hoher Frequenz zu 
füttern. Für Gleichstrom ist nur der ohmsche Widerstand der Drossel 
massgeblich.

> so dass aus Sicht des GSM-Modems die Spannung genau dann einbricht, wenn
> es kurzfristig mehr Leistung haben möchte?

Dazu gibt es kurzfristig den Kondensator dahinter und längerfristig 
spielt die Drossel keine Rolle.

Unklar ist mir allerdings inwieweit die Drossel bzw. der entstehende 
LC-Serienschwingkreis die Regelschleife des LDO beeinflussen könnte. 
Eine Spule hat nicht die gleiche Charakteristik wie ein gedacht ohmscher 
ESR.

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Das GSM-Modul "sieht" C30 mit seinem ESR (< 100 mOhm). Ein 
2A-Stromimpuls erzeugt daran einen < 200 mV Spannungseinbruch. Das 
entspricht den Spezifikationen des Herstellers.

Zur Dimensionierung der Drossel (Grobschätzung):
- Sättigungsstrom: oberhalb der Dauer-Stromaufnahme des Moduls,
- Induktivität: ca. 10 - 100 uH - entsprechend einer Resonanzfrequenz 
von 1,5 ... 15 kHz.

Bernhard

Autor: Matthias (Gast)
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Danke für die ganzen Tips! Habe gerade im Prototypen eine 47µH 
3.8A-Spule eingelötet, und das Modem funktioniert nach wie vor 
reibungslos. Dann werde ich im Layout dafür mal noch Platz finden 
müssen...

47µH hatte ich gerade zur Hand. Spielt die genaue Induktivität eine 
große Rolle, oder "passt das schon so"?

Viele Grüße,
Matthias

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Paßt schon so!

Bernhard

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