DC-DC Wandler die zweite

[Chris T. (chris0086)]

Nachdem mein ersten Layout mit dem TPS 5450 in die Hose gegangen ist.
Beitrag "Warum packt der DC-DC Wandler den Strom nicht? Was gibts für Fehler?"

Hier mal ein Laoyut mit dem LM3150.

Hab mich bei den Bauteilwerten an die Webench Software gehalten.
Beim Layout habich versucht das Layout von den Evaluation Board zu 
nutzen.
Leider hab ich nicht soviel Platz.

Könnt ihr mir sagen ob das nun besser funktioniert als das erste und was 
man noch verändern könnte?

Grüße Christian

[Floh (Gast)]

Zeichne mal deine Stromwege ein.

[Chris T. (chris0086)]

Hm läuft der nicht einfach durch die Spule? Und natürlich durch die 
Fets???
Die Leistung fließt um den Wandler drum herum, nicht durch.

[Chris T. (chris0086)]

Kann das so funktionieren? Müsste heute die Platine bestellen und will 
nicht wieder großen Murks machen. Kleiner Murks ist schon genug.

[Floh (Gast)]

Schau dir mal den Link an:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

[Phil (Gast)]

Es kann sein, dass es so funktioniert, muss aber nicht...
> Es ist wichtig die Wege, die dein Strom nimmt möglichst KURZ zu halten.
> Trenne den Logiktei lvom Powerteil.
> Leiterbahndicke im Powerteil so groß wie möglich, wenn man sich die
  Arbeit machen mächte ist es von Vorteil Flächen zu benutzen
=> Schau im Daten Blatt nach LAYOUT regeln

Eventuell gibt es ja auch ein Demo/Eval/Disvocery... Board mit dem du 
dein Layout vergleichen kannst

Mein erster DC/DC Wandler hat auch nicht richtig funktioniert
Beim zweiten habe ich dann penibelst auf das Layout, Bauteile etc. 
geachtet und habe nun einen Wirkungsrad von bis zu 96%

gruß
phil

[Chris T. (chris0086)]

Also ich hab mich nach dem evaluation board gerichtet:
http://www.ti.com/lit/an/snva371c/snva371c.pdf
Hab alles nur ein wenig kleiner gemacht wegen Platzmangel.
Die Bauteile sind grundsätzlich am gleichen Platz.

Hab mir den Link oben angeschaut wegen den Strompfaden, Ne Diode hab ich 
hier ja nicht. Das übernimmt wohl der zweite Fet.

[Falk B. (falk)]

@  Chris tian (chris0086)

>Hab mir den Link oben angeschaut wegen den Strompfaden, Ne Diode hab ich
>hier ja nicht. Das übernimmt wohl der zweite Fet.

Ja, nennt sich Synchrongleichrichter.

[Chris T. (chris0086)]

Hallo Leute,
hab das jetzt mal so aufgebaut, prinzipiell schéint es erstmal zu 
funktionieren. Das Ausgangssignal ist ohne Schwingungen.
Allerdings ist die Ausgangsspannung mit ca. 5V zu niedrig und ich weis 
nicht woran das liegt, ich habe alles so aufgebaut wie im Webbench 
report gesagt(Im Anhang). Hat jemand eine Idee warum die Ausgansspanung 
zu niedrig ist und was ich mal messen und überprüfen kann woran es 
liegt,hab im Anhang auch nochmal die Ansteuerkurven der FETS angehängt. 
Eigenartig ist die urve des High Side Fet.
Hoffe ihr könnt mir helfen, ist wirklich wichtig.
Grüße Christian

[Chris T. (chris0086)]

Soo ich melde mich zurück.
der zweite Entwurf mit dem TPS5450 funktioniert. Allerdings wird der 
Regler bei 60W und die zwei Kondensatoren C1 und C2 sehr warm. siehe 
Wärmebilder. Der TPS schaltet dann irgendwann ab um abzukühlen. Ich mein 
der TPS soll ja 60W können. Wie kann ich das noch optimieren? Hab jetzt 
nen aktiven Lüfter daneben, damit läufts natürlich. Aber das sollte 
natürlich nicht so krass sein. Geht da noch was?

Grüße Christian

P.S. Die Strompfade hab ich auch eingezeichnet und die sehen meiner 
Meinung nach gut aus.

[Falk B. (falk)]

@  Chris tian (chris0086)

>der TPS soll ja 60W können.

Die Ausgangsleistung ist zweitrangig, entschweidend ist der effektive 
Strom, den der Schalttransistor im IC sieht, das macht nämlich die 
Wärme.

> Wie kann ich das noch optimieren?

Ist das Power Pad angeschlossen? Sind dort thermische Vias drin? Ist auf 
der Unterseite eine größere Kupferfläche, um die Wärme zu verteilen?

[Chris T. (chris0086)]

Das Powerpad ist angeschlossen Vias sind drin.
Bottom siehe Bild.
C1 und C2 sind Tantal mit einer Kapazität von 1µF drinnen, sollte ich 
die besser größer wählen? Ich denke dann bleiben die auch kälter. Hat 
das auch Vorteile für den Regler?
Was kann man da noch machen?

[MaWin (Gast)]

> Allerdings wird der Regler bei 60W sehr warm.
> Der TPS schaltet dann irgendwann ab um abzukühlen.

Hmm, 75 GradC sind die obere Grenze,

> Ich mein der TPS soll ja 60W können.

aber 60W sind auch die obere Grenze, passt also.

Mach mal unter der Spule die Kupferflächen weg
und versuche etwas mehr Kupferfläche am IC.

> und die zwei Kondensatoren C1 und C2

Die sind mit 100 GradC aber überfordert.

[bitte löschen (Gast)]

Da ist noch eine unbeantwortete Frage im ersten Teil:
Beitrag "Re: Warum packt der DC-DC Wandler den Strom nicht? Was gibts für Fehler?"
Die Auswahl einer Spule die bei entsprechenden Strömen nicht in 
Sättigung geht, ist eigentlich die zentrale Frage beim Design eines 
Reglers mit Speicherdrosseln. Deshalb wundert es mich, dass diese Frage 
nicht wieder aufgegriffen wurde.

[Chris T. (chris0086)]

Also die Spule wurde vom Webench vorgeschlagen, sie hat einen Nennstrom 
von 5,3A und einen Sättigungsstrom von 6,5 A.
Meint ihr die ist zu klein?
Bringt eine Vergrößerung eine Temperaturreduzierung?

[... (Gast)]

Chris tian schrieb:
> C1 und C2 sind Tantal mit einer Kapazität von 1µF drinnen

Da haben Tantal-Kondensatoren überhaupt nichts zu suchen.Viel zu hoher 
ESR.
Nicht umsonst gibt TI in ihrem Bauteilevorschlag keramische 
Kondensatoren an.

[... (Gast)]

Chris tian schrieb:
> Also die Spule wurde vom Webench vorgeschlagen, sie hat einen Nennstrom
>
> von 5,3A und einen Sättigungsstrom von 6,5 A.

?

Die im Webbench von hier 
Beitrag "Re: DC-DC Wandler die zweite"

ist eine Bourns SRP1250-100M und die hat Irms = 9A und Isat = 16A.

[Chris T. (chris0086)]

Ne das war der webench vom LM3150.
Bin ja nicht alleine dadrauf gekommen die Spule zu verwenden.

[... (Gast)]

Chris tian schrieb:
> Bin ja nicht alleine dadrauf gekommen die Spule zu verwenden

Und wo bist darauf gestoßen worden?

Chris tian schrieb:
> Allerdings wird der
>
> Regler bei 60W und die zwei Kondensatoren C1 und C2 sehr warm.

Gib doch mal ein paar mehr Daten.

Wo ist der Stromlaufplan mit eingezeichneten Werten?

[Chris T. (chris0086)]

Hm hab jetzt nochmal den webench angeschmissen. Jetzt bekomm ich die 
Spule nichtmehr angezeigt. Hab jetzt aber nen rsatztyp rausgesucht. DB 
im Anhang.
Die packt mehr, viel größer kann ich die Spule dan nichtmehr machen da 
kein Platz.
Stromlaufplan ebenfalls im Anhang.

Wenn die aktuelle Spule nichtmehr Strom speichern kann muss der Wandler 
das übernehmen und wird umso heißer oder liege ich da falsch?

Btw.: Das Evaluationboard hat einen ähnlich große Spule wie die aktuelle 
drauf und soll auch bis 5A funktionieren.

[... (Gast)]

Chris tian schrieb:
> Stromlaufplan ebenfalls im Anhang.

Was soll das sein? Ein Stromlaufplan?

Also Grundsätzlich folgende Überlegung:
12V Ausgangsspannung und Ilast = 5A ergibt 60W Leistung.
Lt. Datenblatt hast du bei 5A einen Wirkungsgrad von 85%.(Im besten 
Fall)
D.H. deine Leistungsaufnahme beträgt rund 71W.
Der Regler muss also gute 11W verbraten, sprich in Wärme umsetzen.
Eher mehr.

Wenn du wirklich dauerhaft 5A entnehmen willst brauchst du einen anderen 
Regler.

[Chris T. (chris0086)]

Also der Webench gibt mir 94,3% Effizienz (mit geänderter Spule) an. Im 
DB steht auch 5A continous current also muss der das doch auch können.

[Gebhard R. (Firma: Raich Gerätebau & Entwicklung) (geb)]

Deine Spule mit Isat 6,5A sollte ok sein.Die Tantal-C's solltest du 
durch keramische ersetzen.

>Der Regler muss also gute 11W verbraten, sprich in Wärme umsetzen.

Gilt jetzt nicht für den IC sondern für die gesamte Schaltung.

>Wenn du wirklich dauerhaft 5A entnehmen willst brauchst du einen anderen
>Regler.

Der Wirkungsgrad wird da auch nicht viel besser sein, außer du machst 
eine Halb-Brückenschaltung mit externen Mosfets und einem LT1158 o.ä.. 
Mach dir mal Gedanken über die Kühlung.

Grüsse

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

Chris tian schrieb:
> C1 und C2 sind Tantal mit einer Kapazität von 1µF drinnen, sollte ich
> die besser größer wählen?
Ja nun, Cin ist dir mit 10uF Keramik vorgeschlagen worden:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/154590/WebenchReportsServlet.pdf

Der Ladestromkreis ist übrigens sicher falsch eingezeichnet im 
Beitrag "Re: DC-DC Wandler die zweite"
Denn du hast da die Eingangskondensatoren einfach unterschlagen.


Da passt irgendwie nichts mit nichts zusammen: du hast Tantals mit uF 
verbaut, auf der Platine sind zwie ungepolte C's mit 4,7uF, die 
Berechnungen gelten für einen Kondensator mit 10uF...   :-o

[Chris T. (chris0086)]

> Da passt irgendwie nichts mit nichts zusammen: du hast Tantals mit uF
> verbaut, auf der Platine sind zwie ungepolte C's mit 4,7uF, die
> Berechnungen gelten für einen Kondensator mit 10uF...   :-o

Die 4,7µF kommen zustande weil das Evaluation board das genauso hat. 
Auch das Layout hab ich versucht gleich zu gestalten. Das mit den 
Tantals war mein Fehler, hatte grad keine anderen.
Ich dachte wenn das Evaluation board so 5A kann dann kann es ja nicht 
verkehrt sein das genauso zu machen?

[... (Gast)]

Chris tian schrieb:
> Ich dachte wenn das Evaluation board so 5A kann dann kann es ja nicht
>
> verkehrt sein das genauso zu machen?

Können und dauerhaft können sind zwei paar Schuhe.

Aber probier doch erstmal aus. Besorg dir vernünftige 4,7µF keramische 
Kondensatoren für Ein- und Ausgang. Wenn du noch eine Diode bekommst die 
eine geringere Flussspannung hat kommt das dem Wirkungsgrad auch 
entgegen.

[Chris T. (chris0086)]

So ich melde mich nochmal zurück.
Hab jetzt die Spule mit der Artikelnummer Würth 7443634700 47µH wie im 
Webench angezeigt eingebaut.
Jetzt macht der Regler aber zu wenn ich eine 60W Last dran hänge. Das 
heißt er geht warscheinlich in den Überlastschutz.

Wennich wieder die Spule Würth 7447709220 mit 22µH nutze dann treibt er 
die Last. Allerdings besteht da ja das Problem das er zu heiß wird. Hab 
mir damit wieder einen Regler hochgejagt.

Hab mir jetzt noch die vorgeschlagene Diode vn Vishay als sample kommen 
lassen und wenn meine neuen Regler da sind werd ich es mit der nochmal 
probieren.

Hab auch nen Keramikkondensator benutzt.

Woran kann das liegen das die Schaltung mit der neuen Spule nicht funzt?
Muss nächste Woche auch die fertige Platine 15 mal bestellen von daher 
muss jetzt irgendwann eine funktionierende Lösung her.
Ich hoffe jemand von euch hat noch Verbesserungsvorschläge...

[Chris T. (chris0086)]

Will keiner mehr was dazu sagen?

[... (Gast)]

Chris tian schrieb:
> Jetzt macht der Regler aber zu wenn ich eine 60W Last dran hänge.

Was für eine Last?

Chris tian schrieb:
> Hab jetzt die Spule mit der Artikelnummer Würth 7443634700 47µH wie im
>
> Webench angezeigt eingebaut.

Die ist viel zu groß.

Chris tian schrieb:
> Wennich wieder die Spule Würth 7447709220 mit 22µH nutze

Die auch.

Hast du dir mal das Datenblatt angeschaut?
Da sind doch schöne Formeln für die Berechnung der Spule.

Wenn ich mal von 24V Eingangsspannung und 12V Ausgangsspannung bei 5A 
ausgehe, komme ich auf 9,6µH bei einem Spitzenstrom in der Spule von 
rund 3,75A. Also such dir eine mit 10µH und 4,5-5A Sättigungsstrom.

Deine Eingangskondensatoren sollten 2x 4,7µF/50V Keramik sein. Möglichst 
X7R mit einem sehr kleinen ESR.
Als Ausgangskondensatoren würde ich 3x 47µF/25V Keramik X7R nehmen.

[Chris T. (chris0086)]

Man o man, im Webbench wird die aber vorgeschlagen...

[Bernd K. (bmk)]

Dann sag uns doch mal, was genau du jetzt als Eingangskondensator
verwendet hast.