Problem mit dualem Schaltregler - Lasteinbruch

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo zusammen,

ich setze den TPS54286 zur Erzeugung der beiden Spannungen 1,2V und 2,5V 
ein.

Nun habe ich das Problem, dass die 2,5V Seite unter Last im 
Einschaltmoment einbricht.

Genaueres Fehlerbild:
Im Leerlauf sind beide Spannunge da.
Hängt nun eine Last (22 Ohm ~ 110mA) an der 2,5V Seite und ich schalte 
die 12V Eingangsspannung zu, brechen beide Ausgänge auf 0,3-0,2V ein.
Schalte ich im Leerlauf ein (da sind ja beide Spannung sauber da) und 
hänge dann ein Last an, funktioniert alles tadellos.

Woran kann es liegen, dass im Anschaltmoment die Spannung 2,5V unter 
Last einbricht?

Die 1,2V verhalten sich so wie sie sollen. Egal ob mit oder ohne Last im 
Einschaltmoment... alles klappt.

Ich habe meinen Stromlaufplan und mein Layout angehängt.
Auf der Rückseite der Platine befinden sich auf Höhe der Eingänge nur 
noch die Eingangskondensatoren (C46/57) und die beiden 
enable-Widerstände (R69/69).

Vielen Dank!
Andi

[Andreas B. (loopy83)]

Ich habe gerade nochmal nachgemessen... es scheint also so zu sein, das 
die 2,5V erst ab einer bestimmten Last wegbrechen.
Ich habe auf dem Board einen Schaltkreis, der mit 2,5V versorft wird. 
Wenn ich diesen an die 2,5V anbinde, bleibt die Spannung stabil.
Erst wenn ich zusätzlich mein 22 Ohm Poti dranlöte, streiken die 2,5V 
und schalten scheinbar den ganzen IC ab.

Ich werde mal versuchen mit dem Oszi zu schauen was passiert, bevor die 
Spannung runter geht.

Danke!
Andi

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Das Layout auf der 2,5V Seite ist ungünstig...
Lies dir mal das durch:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
und zeichen die Strompfade in deine LP ein. Es geht nicht, weil:
Wo sind denn die C56 und C57 auf deiner Platine?

Die gehören ganz dicht und elementar zum Schaltregler dazu!

Führen da evtl. sogar noch Leiterbahnen unter der Spule durch?
Wo sind die Bauteile C77 und R60?

[Andreas B. (loopy83)]

Ich werde mir das gleich nochmal anschauen, Danke für deine Hinweise.

Ich habe mal den Ausgang der 2,5V mit dem Oszi angeschaut und sehe 
folgendes (Anhang), nachdem die Spannung einen kurzen Augenblick da war.

2A sind möglich, 3A overcurrent und er schaltet bei 110mA schon ab?
Was genau läuft da schief?

Ich muss noch erwähnen, dass ich die identische Schaltung mit einem 
etwas anderen Layout schon im Einsatz habe und da funktioniert sie 
tadellos.

Vielen Dank!
Andi

[Andreas B. (loopy83)]

Lothar Miller schrieb:
> Wo sind denn die C56 und C57 auf deiner Platine?
Andreas B. schrieb:
>> Auf der Rückseite der Platine befinden sich auf Höhe der Eingänge nur
>> noch die Eingangskondensatoren (C56/57)

Die liegen direkt gegenüber dem IC. Näher geht fast nicht.

Lothar Miller schrieb:
> Wo sind die Bauteile C77 und R60?

Oben rechts im Layout. Die eine Bezeichnung C77 ist 90° verdreht.

Lothar Miller schrieb:
> Führen da evtl. sogar noch Leiterbahnen unter der Spule durch?

Nein, keine Leiterbahnen unter den Spulen... darauf hatte ich geachtet.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas B. schrieb:
> die identische Schaltung mit einem etwas anderen Layout schon
> im Einsatz habe und da funktioniert sie tadellos.
Hast du da die selben Bauteile (Dioden, Spulen, Eingangs-Cs und 
Ausgangs-Cs)?
Wie sieht bei dem anderen Layout die Masseführung aus?

[Georg A. (Gast)]

Der Spannungsteiler R70/71 für die 2.5V hängt mit einem Bein an D6. Da 
werden ja schon ziemliche Ströme fliessen, also wird das eher wenig mit 
sauberem GND zu tun haben. Evtl. ist der GND-Pegel da pullsweise so 
hoch, dass die Regelung der 2.5V total ausser Tritt gerät. Das GND-Pad 
von U7 hat auch eine direkte Verbindung zu C71/C66, da könnte es auch in 
den Chip selber reinsauen. Bei Appnotes von Fairchild-Switchern steht 
schön dabei, welche GND man wohin legen soll. Die Chip-Bezugsmassen 
liegen dann immer abseits der hohen Ströme. Der TPS muss ja nichts gegen 
Masse schalten, also sollte es ja gut gehen, den etwas abseits der recht 
wackeligen GND-Schleife zwischen Dioden-Kathode und C-GND zu halten.

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo und vielen Dank!

Ich könnte mir schon vorstellen, dass durch ein mangelhaftes Layout die 
Spannung nicht sonderlich sauber und der Ripple hoch ist.
Das ist hier aber weniger entscheidend.

Ich kann mir nicht vorstellen, wieso der Regler mit wenig last 
funktioniert und dann mit höheren Strömen auf einmal seinen Dienst 
komplett einstellen soll.
Wie gesagt, ich kann es mir nicht vorstellen, leider fehlt mir weiterhin 
die Erfahrung in diesen Bereichen.

Mein anderes Payout habe ich mal angehängt.
Die schematics habe ich 1zu1 übernommen, nur die Bauteilenummern sind 
verändert. Deswegen habe ich die schematics nochmal mit angehängt.
Das war quasi eine Testplatine, die ich versuchsweise an meine 
eigentliche Schaltung gelötet hatte und dort funktioniert es in der 
selben zu bestromenden Schaltung mit gleichen Bauteilen fehlerfrei.

Dort hatte ich die Möglichkeit, die Masseflächen auf dem Toplayer etwas 
weiträumiger zu führen und das Layout ist etwas anders.

Das schlimmste für mich wäre es jetzt, dass es wirklich am Layout liegt. 
Denn die Platine hat mehrere Lagen (auch mehrere Vollkupfer-Masselayer) 
und die kostet doch immer ein paar Euro mehr als eine zweiseitige 
Testplatine.

Vielen Dank!
Andi

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas B. schrieb:
> Ich kann mir nicht vorstellen, wieso der Regler mit wenig last
> funktioniert und dann mit höheren Strömen auf einmal seinen Dienst
> komplett einstellen soll.
Hatte ich auch schon mal, zudem temperaturabhängig.
Und andersrum: der lief nur mit einer Mindestlast...  :-o

> Mein anderes Payout habe ich mal angehängt.
Das sieht gut aus. Wieviele Lagen hat die Platine?

Zeig doch nochmal ein schöneres Bild von deinem aktuellen Layout (mit 
den Eingangs-Cs und VIAs)...

Versuch mal, die C71 und C66 etwas besser an die "richtige Masse" 
anzukoppeln. Im Plan liegen sie parallel zum C65 aber auf der Platine 
haben die ja riesige Umwege...

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo Lothar,

ich habe jetzt mal dein Vorgehen von deiner Website verfolgt.
Das im Anhang ist dabei herausgekommen.

Da sieht man gut, dass der Entlade-weg für die 1,2V besser liegt als bei 
der 2,5V.
Auch die schon von dir angesprochenen C71 und C66 liegen mehr als 
ungünstig :(

Nun ja, ich werde mir diese Methode angewöhnen und immer in meine 
geplanten Layouts einzeichnen, bevor (!) ich sie herstellen lasse.

Nun habe ich aber immer noch diese teure PCB mit dem Layout vor mir und 
muss eine Lösung finden, wie ich die 2,5V zum Spielen bekomme.

Ich könnte also erstmal C71 und C66 direkt parallel zu C65 löten, damit 
wäre dieser Weg nicht versperrt.
Oder gibt es noch andere Maßnahmen, die ich vorerst treffen könnte?

Noch eine Frage:
Auf meiner Testplatine hatte ich aus Jux und Dudelei, einfach weil ich 
Platz hatte, einen 100uF an den 12V Eingang gehängt. Diesen konnte ich 
aus Platzgründen nun nicht mehr unterbringen. Die 12V sind aber an 
anderer Stelle (direkt am Eingang) ausreichend gestützt.
Könnte das noch eine Fehlerquelle sein?

Vielen Dank!
Andi

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas B. schrieb:
> Da sieht man gut, dass der Entlade-weg für die 1,2V besser liegt als bei
> der 2,5V.
Sitzen die beiden Eingangskondensatoren tatsächlich so direkt unter dem 
IC? Denn der Ladestrom für die Spule muß ja aus denen kommen.


Andreas B. schrieb:
> Oder gibt es noch andere Maßnahmen, die ich vorerst treffen könnte?
Probier mal einen 10u-Kerko am Eingangspin mit möglichst direkter 
Masseverbindung.

Du hast mit der hohen Schaltreglerfrequenz eine nicht ganz einfache 
Aufgabe. Immerhin lösen sich solche Frequenzen mitunter sogar vom Kabel 
ab... ;-)

[Andreas B. (loopy83)]

Die Eingangs-kerkos hängen tatsächlich genau da, wo ich sie 
eingezeichnet habe.

PS:
Was mir gerade noch einfällt.
Wieso sollte das Layout im Einschaltmoment falsch sein und im laufenden 
Betrieb funktionieren?
Denn wenn ich mit wenig Last starte und erst dann ein Poti dranhalte, 
bleiben die 2,5V ja an. Da sollte doch auch das Layout eine Rolle 
spielen und dann bei höherer Last einbrechen, richtig?
Ich werde mal die beiden Sequenz-Optionen austesten, dass erst die 1,2V 
und dann erst die 2,5V hochgefahren werden.

Vielen Dank für die Mühe!

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Andreas B. schrieb:
> Wieso sollte das Layout im Einschaltmoment falsch sein und im laufenden
> Betrieb funktionieren?
Richtig.
Hast du da evtl. Verbraucher, die einen hohen Anlaufstrom haben, und 
dann z.B. beim "Hochlaufen" des Reglers in einem ungünstigen Augenblick 
viel Strom brauchen?

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo,

große Verbraucher mit hohem Anlaufstrom habe ich nicht auf der Platine.

Ich habe auch gerade gesehen, dass die Spannung mit wenig Last auch 
nicht richtig stabil ist.
Die 2,5V brechen in ca. 1,5s Abständen für ca. 20ms weg und sind dann 
wieder da. Sind richtig kleine Pausen, die ich gerade auf dem Oszi 
beobachten durfte.

Ich habe jetzt den Sequenz Modus gewählt, wo die 1,2V vor den 2,5V 
aktiviert werden.
Werde das ganze jetzt nochmal ohne Sequenz testen, ob da die 2,5V 
wenigstens stabil sind.

Ansonsten muss ich wirklich nochmal Hand anlegen und das ungünstige 
Layout versuchen irgendwie auszugleichen, meinetwegen durch 
Umplatzierung der Cs.

Vielen Dank!

[Andreas B. (loopy83)]

Kann sich jemand einen Reim darauf machen:
Ich schalte mit wenig Last zu, 2,5V liegen stabil an.
Dann lege ich über ein Multimeter in Strommessung in Reihe zu einem 22 
Ohm Poti eine Last an und es fließen ca. 75mA.
Die gesamte Stromaufnahme der Platine auf 12V steigt aber durch die last 
um ca. 90mA an... sollte das nicht weit weniger sein?
100mA * 2,5V = 250mW
250mW bei 12V sind 21mA... noch ein bißchen Wirkungsgrad dazu, der 
sicher nicht optimal ist, aber Irgendwie haut doch die Größenordnung 
nicht hin.

Bei meinem Testboard steigt die Stromaufnahme um die erwarteten ca. 
20mA.

Vielleicht ist das für jemanden ein Hinweis?!

Könnte es Probleme machen, wenn das Thermalpad nicht sauber verlötet 
ist?
Also Probleme machen ja, aber deckt sich das mit dem Fehlerbild?

Danke!

[Andreas B. (loopy83)]

Die neuste Erkenntnis nach meiner gerade beendeten Vorlesung, um euch 
auf dem Laufenden zu halten:
Die Ausgänge SW1 und SW2 takten nicht.
Beim Testboard sehe ich je nach Last die PWM Taktung.
Bei 2,5V mehr positive Anteile als bei 1,2V.

Bei dem neuen Board liegt nahezu eine Gleichspannung am SW1 und SW2 an, 
die ziemlich genau der Ausgangsspannung entspricht.
Es sind lediglich ein paar Spannungsspitzen zu sehen, die auch in den 
negativen Bereich hinein gehen. Ich vermute hier aber eher Messfehler, 
auch wenn ich mit aktiven Tastköpfen und ganz kurzen Messaufsätzen die 
Spannung direkt über der Diode gemessen habe.

Grüße Andi

[Georg A. (Gast)]

Kannst du mal R71 als Grabstein aufrichten und seine Oberseite mit dem 
GND vom TPS statt der Kathode von D6 verbinden?

> Bei dem neuen Board liegt nahezu eine Gleichspannung am SW1 und SW2 an,
> die ziemlich genau der Ausgangsspannung entspricht.

Klingt nach fehlender Last...

[VHDL-User (Gast)]

Hmm, bin gerade im Urlaub und kann daher nicht mit Messdaten etc. 
dienen, aber mal so zur Beruhigung, dass der Chip selber ganz gut 
funktioniert:
Ich habe in einem Gerät den '386er Switcher aus der selben Familie im 
Einsatz und der läuft mit einer Last, die im 200Hz-Bereich 2A 
Lastspitzen abfordert, ganz prima. Wegen der hohen Schaltfrequenz und 
damit schnellen Ausregelung schlagen die Lastpulse erwartungsgemäß 
ziemlich auf den Eingang durch, was gewisse Anforderungen an die 
Pufferung stellt. Wenn Du deinen Eingangs-Puffer, wie Du oben schreibst, 
irgendwo weiter weg hast, ist das sicher nicht gut. Und Dein Layout ist 
für solch einen schnellen Switcher wirklich suboptimal!

Du solltest auch versuchen für Deine Ausgangskondensatoren welche mit 
X7er Keramik zu bekommen. Die Spannungs- und Temperaturabhängigkeit der 
X5er hat einem unserer Zulieferer schon mal böse ein Bein gestellt (der 
Switcher lief dann nur unterhalb einer bestimmten Temperatur).

[Andreas B. (loopy83)]

Georg A. schrieb:
> Kannst du mal R71 als Grabstein aufrichten und seine Oberseite mit dem
> GND vom TPS statt der Kathode von D6 verbinden?
Das werde ich mal versuchen.
Meinst du, dass unter Last der GND verschoben wird?

VHDL-User schrieb im Beitrag #2038283:
> Und Dein Layout ist
> für solch einen schnellen Switcher wirklich suboptimal!
Würde es denn etwas helfen, wenn ich die 300kHz Variante einsetze? Wären 
dann die Fehler im Layout weniger gravierend?

Der Regler auf dem Testboard taktet die SW1/2 Ausgänge auch mit wenig 
Last. Da kann man vor den Spulen eine schöne PWM messen. Aber auf dem 
neuen Board tut er nicht dergleichen. Könnte denn noch eine 
Fehlbestückung in Frage kommen? Wäre nicht das erste Mal, dass der 
Inhalt eines Tütchens nicht mit der Beschriftung übereinstimmt.

Die Widerstände kann ich alle relativ einfach nachmessen, aber bei den 
Kondensatoren wird es schon schwerer. Da kommen dann vor allem die 33nF 
und 470pF in Frage.

Die gesamte Stromaufnahme ist auch ca. 60mA höher als auf dem Testboard, 
bei gleichen Verbrauchern... es sieht also so aus, als wenn der Regler 
nur deswegen keine PWM am Ausgang zeigt, weil er die ganze Zeit die 
SW-Ausgänge anschaltet...

Vielen Dank!

[Andreas B. (loopy83)]

Hallo,

ich habe nun den Regler auf einer leeren Platine (man bekommt ja Gott 
sei dank immer einen ganzen Nutzen voll) aufgebaut.

Es ist also nur der Regler drauf und sonst nix.
Da funktioniert alles wunderbar. Die SW1 und SW2 Ausgänge takten schön 
und Last ist auch kein Thema mehr... alles wie es sein soll.

Nun stellt sich mir natürlich die Frage: Was kann von außerhalb 
passieren, dass der Regler so aus dem Tritt kommt?

Ist er vielleicht einfach nur defekt?

Wäre es ein Fehler nur bei diesem Regler, wäre es mir lieber gewesen. 
Jetzt wird es zum globalen Problem.
Immerhin weß ich aber erstmal, dass  das Layout zwar nicht gut ist, aber 
keinen Einfluss auf die reine Funktionalität hat.

Vielen Dank!

[Andreas B. (loopy83)]

Ich habe das Problem gefunden.
Ich hänge meine Erkenntnisse immer an meine Fehlerthreads an. Denn oft 
gibt es Threads mit Problem - zack gelöst und keiner weiß wie und warum.

Bei mir waren die Spulen falsch bestückt.
Sie waren also um genau 90° verdreht, so dass die Pads der Spule die 
Pads auf der Leiterplatte kurzgeschlossen haben. Die Spulen waren also 
Brücken.

Dadurch konnte ich am SW Ausgang auch die Ausgangsspannung messen, da ja 
keine Spule vorhanden war.
Dadurch konnte ich die PWM an den SW Ausgängen nicht messen.
Folglich hat sich der Regler ohne Spule abgemüht die Ausgangsspannung zu 
erreichen und brach dann unter Last ein.
Außerdem war die Stromaufnahme um ein Vielfaches höher als erwartet.

Ich habe den Fehler gefunden, weil ich ja eine weitere Platine mit dem 
Problemregler bestückt hatte und durch reinen Zufall ist mir durch die 
Beschriftung die 90° Drehung aufgefallen. Durch SMD konnte ich nicht 
unter die Spulen schauen und von außen sah alles gut aus.

Also wer mal einen Regler ohne Spule betreibt und statt dessen eine 
Brücke einsetzen will... dann sollte sich das ausführlich beschriebene 
Fehlerbild zeigen.

Vielen Dank!
Andi