Hallo liebe Forenmitglieder!!
Obwohl ich mich zwar nicht zu den Elektronik-Anfängern zähle (bin
E-Ing),
habe ich derzeit mit einem anfänglich trivial-erscheinenden Problem zu
kämpfen, dessen Lösung mir immer mystischer erscheint:
Bei meinem aktuellen Elektronik-Projekt möchte ich eine simple
Strommessung an einem Lastwiderstand durchführen (das Projekt ist an
sich natürlich komplexer, jedoch ist der Kontext für die Lösung des
Problems irrelevant^^).
Hierfür regle ich eine vorhandene Spannung von 5V mittels
Spannungsregler auf 3,3V herab, welche einen ATmega16L mit Energie
versorgt.
Am Mikrocontroller selbst sind derzeit nur ein LC-Display (mit
5V-Versorgungsspannung und Pegelconverter) angeschlossen, um den
gemessenen Stromwert auszugeben und am ADC-Eingang des Controllers die
Ausgangsspannung eines „Strom-Verstärker“ IC`s,
welcher den Spannungsabfall einer Leiterbahn (zum Lastwiederstand
führend) verstärkt, um diesen mittels ADC präziser erfassen zu können.
Ein Blockschaltbild siehe Anhang!!
Jedenfalls besteht das Problem, dass nach dem Einschalten der Last eine
Absenkung der nominalen 3,3V-Spannung auf ca. 3,1V zu beobachten ist.
Da diese Spannung zugleich als Referenzspannung für die ADC-Messung
fungiert, ist eine geringe Toleranz unentbehrlich.
Leider stehe ich bisher vor dem Rätsel, wie die beiden Größen (Strom
durch den Lastwiderstand und Ausgangsspannung des Reglers) im
Zusammenhang stehen könnten.
Um meine bereits getätigten Messungen kurz zusammenzufassen:
- Trennen der Messleitung (Ausgang des Stromverstärkers mit dem Eingang
des ADCs)
- Messung von Strompeaks am Regler-Ausgang mittels Shunt-Widerstand +
Oszi
- Überprüfen von Spannungs-Ripples an der 5V-Versorgung
- Messung von Querströmen am LC-Display aufgrund einer schnellen
Änderung der Messwerte
… führten zu keinen Auffälligkeiten.
Lediglich die nominale Primärspannung von 5,0V sinkt bei Zuschalten der
Last auf 4,7V herab. Emuliere ich diesen Effekt jedoch durch verändern
der Spannung am Netzteil von 5V auf 4,7V , dann arbeitet der 3,3V-Regler
ohne Probleme (da nom. Dropout ca. 70mV!!).
Da neben Spannungsteiler der 5V-Spannung auf 2,5V zu einem weiterem
ADC-Eingang und aktiver PWM-Ausgang (an unbeschaltetem Pin), sowie
inaktive Taster mit Pull-Up-Widerstand, inaktivem Buzzer an einem
Ausgangspin gegen GND und div. 100nF-Kondensatoren zwischen den 5V- und
3,3V-Spannungen keine relevante Peripherie am Controller angeschlossen
ist, bin ich auf eure Hilfe angewiesen.
Was könnte der Schlüssel zum meiner Problemlösung sein?
Liebe Grüße & vielen Dank im Voraus,
EletroBen
PS: Der Spannungsregler kann 100mA, wird vom Controller jedoch lediglich
mit ~6mA belastet --> Spannungsabfall eher unwahrscheinlich
Hast du ggf. auf den 3,3V irgendwelche Ripple?
Nehm mal die 100nF zwischen den 5V und 3,3V raus ... die ziehen dir die
Last beim zuschalten mit auf die 3,3V
Wie kommst du eig. auf diese Idee?
Hast du auch daran gedacht, dass LDO Regler ziemlich pingelich
sind, was den Ausgangs-Kondensator betrifft? Der wird nämlich
in die Regelung einbezogen und darf insbesonders bezüglich ESR
nur bestimmte, vorgeschriebene Werte haben. Ansonsten gibts schon
bei geringen Stromentnahmen Schwingereien und komische Sachen.
Schau mal hier Seite 10:
http://www.ti.com/lit/ds/slvs203e/slvs203e.pdf
Ein gut passender C wäre z.B. dieser mit 0,35 Ohm ESR:
http://www.reichelt.de/?ARTICLE=84738;
EletroBen schrieb:> Ein Blockschaltbild siehe Anhang!!
Für die nähere Umgebung des LDO-Reglers würde schon die genaue Schaltung
und evtl. Abweichungen zu der vom Hersteller im Datenblatt Figure 21.
(Typical Application Circuit) empfohlene Beschaltung interessieren.
EletroBen schrieb:> „Strom-Verstärker“ IC`s,> welcher den Spannungsabfall einer Leiterbahn (zum Lastwiederstand> führend) verstärkt, um diesen mittels ADC präziser erfassen zu können.
Deine Ausführungen klingen schon etwas eigenartig. Machst du das
wirklich so? Dann ist wohl das Wort "präzise" oben deutlich fehl am
Platz.
Ohne detailierte Schaltung sind hier alle Ratschläge nur Kaffesudlesen.
Wie schaut der Schaltungsaufbau aus?
Eine geätzte Leiterplatte oder Steckbrett oder .. ?
Hallo,
erstmal vielen Dank für eure Bemühungen!!
Leider war es beim Verfassen meines Beitrags doch schon etwas spät,
deswegen noch eine kleine Korrektur: Die 100nF-Stützkondensatoren liegen
natürlich zwischen 3,3V und GND bzw. 5V und GND ;)
Natürlich ist das Netzgerät nicht von bester Qualität (wenn bei 27R@5V
bereits ein Spannungseinbruch zu bemerken ist), aber da die Schaltung
später im Akku-Betrieb läuft & der Widerstand gegen eine High-Power-LED
ersetzt wird, ist dies sowieso nicht tragisch.
Ich werde mir aber die Anwendungsbeispiele von TI nochmal genauer
anschauen.
Inwiefern soll aber der ESR-Wert des Kondensators Einfluss auf das
Regelverhalten des Reglers haben? Die primäre Spannung von 5V wird
übrigends zusätzlich noch mit einem 1uF Kerko gestützt und die Schaltung
ist auf einer Steckplatine aufgebaut.
lg ElektroBen
Hi
>Inwiefern soll aber der ESR-Wert des Kondensators Einfluss auf das
Regelverhalten des Reglers haben?
Datenblatt lesen ist nicht so deine Stärke? Da steht nämlich fast eine
halbe Seite dazu.
MfG Spess
Hallo Zusammen,
soo, nach einer stressigen Woche habe ich es nun doch geschafft,
noch ein paar weitere Messungen durchzuführen.
Ich habe das Kapitel im Datenblatt bezüglich "ESR & Regelverhalten"
natürlich schon bemerkt, ihm jedoch keine große Relevanz zugeschrieben.
Meine Messungen haben die Vermutung nun auch bestätigt:
Nach dem Einbau eines (Keramik-)Kondensators mit geringem ESR-Wert
verbesserte sich die nominale Spannung von 3,289V auf 3,300V
(--> geringere Regelabweichung).
Die Problematik, dass beim Zuschalten eines Lastwiderstandes (beim
Versorgungskreis des Reglers) die Ausgangsspannung des Spannungsreglers
auf 3,162V absinken lässt, ist dennoch nicht gelöst.
Wie kann ich das Regelverhalten des Reglers noch wesentlich
stabilisieren?
Ein 10µF-Kondensator (Keramik) am Eingang des Reglers brachte zumindest
keinen Erfolg.
Dein 3,3-Volt-Regler ist nicht Schuld, sondern Deine 5-Volt-Versorgung
ist IMHO Mist. Meiner Meinung nach fängt die zu schwingen an, wenn Du
die 27 Ohm Last dazuschaltest.
Eine Schaltung wie du tatsächlich alles Beschalten hast wäre sehr
hilfreich.
Nach deiner Beschreibung hast du am Ausgang des LDO nur einen
Keramikkondensator. Laut Datenblatt soll es ein Low-ESR Elko mit 4,7µ
sein.
Ob es dann am Eingang oder am Ausgang krankt, wirst du nur mit einem
Oszi sehen. Alles andere ist Kaffeesud lesen.
Wo und wie misst Du die Regelspannung. Ich wette, Dein Massepunkt vom
Voltmeter ist einen Kilometer weit entfernt vom Ausgangs-Kondensator...
typischer E-Ing-Fehler ;-)
@ ElektroBen (Gast)
>Nach dem Einbau eines (Keramik-)Kondensators mit geringem ESR-Wert>verbesserte sich die nominale Spannung von 3,289V auf 3,300V>(--> geringere Regelabweichung).
Wo? Was für ein C? Welcher ESR?
Es geht nicht um geringem ESR oder Keramik, sondern einen C mit einem
ESR zw. 0,2 und 10Ohm, und mindestens 4,7µ auf der 3,3V-Seite, möglichst
nah am Regler. Ist das sichergestellt?
Schonmal daran gedacht, dass nicht die 3.3V runtergezogen, sondern die
Masse teilweise (Widerstände von 1 Ohm oder so in der Masseversorgung)
hochgezogen wird?
Hallo zusammen!
Nun ja, ich habe die Spannungen mittels Voltmeter ermittelt und mittels
Oszi auch auf Schwingungen überprüft (wobei dies nicht der Fall war).
Selbstverständlich habe ich die Massepunkte nahe am Regler platziert und
sogar noch auf Spannungsabfälle der GND-Verbindungen überprüft
(ebenfalls in Ordnung).
Der Regler ist in LDO-Typ --> ca. 70mV zwischen Ein- und Ausgang.
KerKos sind qualitativ besser als ein ElKos selber Kapazität --> nicht
das Problem
Und der Spannungseinbruch der 5V-Spannung dürfte nicht das Problem der
Regelabweichung sein, denn ein emulierter Einbruch (Netzgerät auf
dieselbe Spannung einstellen) wirkt sich interessanterweise nicht auf
diesen Effekt aus.
Somit eine generelle Frage: Was führt bei (LDO-)Spannungsreglern
(abgesehen von zu hohen Ausgangsströmen und zu niedriger
Eingangsspannung) alles zu einem Spannungseinbruch?
Vielleicht hab ich da ja eventuell einen Aspekt noch nicht
berücksichtigt oder ich sitze schlichtweg auf der "Leitung" :D
ElektroBen schrieb:> Somit eine generelle Frage: Was führt bei (LDO-)Spannungsreglern> (abgesehen von zu hohen Ausgangsströmen und zu niedriger> Eingangsspannung) alles zu einem Spannungseinbruch?>> Vielleicht hab ich da ja eventuell einen Aspekt noch nicht> berücksichtigt oder ich sitze schlichtweg auf der "Leitung" :D
Wie oft soll man dich noch auffordern, die Schaltung zu posten?
Du gehst wahrscheinlich irgendwo gedanklich im Kreis, durch deine
Beschreibungen gehen wir nur mir dir im Kreis herum!
Hubert G. schrieb:> Eine Schaltung wie du tatsächlich alles Beschalten hast wäre sehr> hilfreich.
Das habe ich ja schon mal geschrieben. Ein Bild vom Aufbau ist sicher
auch sehr hilfreich. Fehlermöglichkeiten gibt es einen weiten Bogen von
schlechter Masseführung bis schlecht platzierten Bauteilen.
ElektroBen schrieb:> Der Regler ist in LDO-Typ --> ca. 70mV zwischen Ein- und Ausgang.
TYP=? Datenblatt=?? Link=?
> Und der Spannungseinbruch der 5V-Spannung dürfte nicht das Problem der> Regelabweichung sein, denn ein emulierter Einbruch (Netzgerät auf> dieselbe Spannung einstellen) wirkt sich interessanterweise nicht auf> diesen Effekt aus.>
Logisch, da ein dickes 5A-Labornetzteil nicht so schnell zusammenbricht
wie ein weichliches 5V-USB-Netzteil mit 100mA.
Hallo Zusammen,
da ich persönlich nur ungern technische Forenbeiträge lese,
bei denen dann zum Schluss die Problemlösung vorenthalten wird,
möchte ich euch noch kurz up-to-Date halten ;)
Der Grund für die "zusammenbrechende Reglerspannung" waren tatsächlich
Spannungsabfälle bei der Masseführung (auf der Steckplatine)!!
Da ich meine Messungen dummerweise immer mit einem zu großen
Lastwiderstand (bzw. zu kleinem Laststrom) durchgeführt habe, war dieser
Effekt nur sehr subtil zu erkennen.
Der Spannungsregler hatte ärgerlicherweise die ganze Zeit einwandfrei
funktioniert,
sodass ich auf der falschen Fährte gewesen bin.
Trotzdem noch einen schönen Dank für all die guten Tipps!!
ElektroBen schrieb:> sodass ich auf der falschen Fährte gewesen bin.
Zwei Anmerkungen noch, falls wieder mal einer in den Thread
reinstolpert:
ElektroBen schrieb:> Der Grund für die "zusammenbrechende Reglerspannung" waren tatsächlich> Spannungsabfälle bei der Masseführung (auf der Steckplatine)!!
Diese Steckbretter haben pro Steckkontakt gern mal irgendwas im Bereich
um 0,5 Ohm. Besonders dann, wenn schon mal ein "dicker" Draht im Loch
drin war...
ElektroBen schrieb:> Nach dem Einbau eines (Keramik-)Kondensators mit geringem ESR-Wert> verbesserte sich die nominale Spannung von 3,289V auf 3,300V
Diese Abweichung von 0,3% kannst du mit einem "üblichen" Multimeter
sicher nicht temperaturstabil und nachvollziehbar messen. Für diese
Abweicheung hätte schon gereicht, wenn du den Massepin deines Messgeräts
irgendwo anders hingehalten hättest. Deshalb war das an dieser Stelle
schon "sich selber was in die Tasche gelogen" und "Sand in die eigenen
Augen gestreut"....
Blockschaltbild.jpg
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