Hallo,
ich wollte zwei einfache China DC-DC-Step-Down-Wandler in einem
batteriebetriebenen Gerät verwenden. Weil ich eh eine Adapterplatine für
die Module machen will, würde ich gerne jeweils noch einen LC-Filter
direkt hinter die Module setzen. Auf den Modulen sind XL4005 (300kHz)
bzw XL4015 (180 kHz) Wandler-ICs verbaut (weiß noch nicht genau welche
Variante ich nehme). Das Datenblatt des XL4005 schlägt das im Anhang
gezeigte Filter vor. Ist die folgende Induktivität dafür geeignet?
https://www.reichelt.de/bis-82-H/L-PISR-3-3-/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=73061&GROUPID=7226&artnr=L-PISR+3%2C3%C2%B5&SEARCH=%252A
Das Angebot an Induktivitäten ist so groß, dass es mir mit meiner
Halbbildung schwerfällt, das richtige rauszusuchen ...
Vielleicht noch eine generelle Anschlussfrage: ist die naive Idee
zutreffend, dass ein Wandler mit niedriger Schaltfrequenz im allgemeinen
auch weniger steile Flanken macht uns somit EMV-mäßig etwas einfacher zu
handhaben ist? Ich habe nämlich ansonsten kein Kriterium ob ich das 180
kHz oder das 300 kHz Modul wähle.
Danke für alle Tipps!
Die Frage ist, was das für 100kHz sind. Lässt das Modul Pulse aus wenn
nicht der Nennstrom abgefragt wird, oder wird der Duty Cycle verändert?
Das Spektrum unterscheidet sich erheblich, beim Puls-Auslassen hat man
viele niederfrequente Störungen die mit nem LC Filter praktisch nicht
wegzubekommen sind.
Ergo ist das erste Kriterium: Immer den kleinstmöglichen Wandler nehmen,
Spitzenströme ggf. mit großen Elkos wegpuffern.
Höhere Schaltfrequenz heisst: Die Störungen haben mehr Abstand zum
Nutzspektrum (in diesem Fall: 0Hz; DC). Da hat ein LC Filter dann mehr
Dämpfung, wie Uwe schon angemerkt hat.
Zweites Kriterium: Schaltfrequenz so hoch wählen, wie Preis und
Wirkungsgrad es noch zulassen (Hohe Frequenzen bedingen höhere
Schaltverluste). Aber nicht ganz extrem hoch, sonst funktionieren simple
LC Filter nicht mehr richtig durch Streuinduktivität /-Kapazität.
Bei 20dB/Dekade und fc = 1kHz haben wir bei 100kHz schon 80dB Dämpfung.
Bei 300kHz eher 100dB, aber das sollte kaum noch eine Rolle spielen
sofern du keine empfindliche Messtechnik baust. Dann wäre aber eh
Linearregelung angesagt.
Die Schaltflanken sollten eigentlich ähnlich steil sein, denn die
stellen Schaltverluste dar die man bei einem Schaltregler ja minimieren
will. Bei höheren Schaltfrequenzen will man auch die Flanken steiler
haben um Wirkungsgrad zu maximieren und Verlustleistung (Kühlung) zu
minimieren. Aber das MUSS nicht unbedingt so sein, vor allem nicht bei 2
Modulen mit unterschiedlichem Takt aber gleichem Schaltregler-IC.
Wenn du Probleme mit EMV hast, solltest du alle Schaltregler in einem
geschirmten und geerdeten Metallgehäuse verbauen, die Spannung mit
Ripple an Linearregler und das dann über Twisted Pair Kabel nach
draussen. Auf der Empfangsplatine dann Elkos als Puffer.
Ob das notwendig ist, hängt von deiner konkreten Anwendung ab.
Danke für die Erläuterungen! Das Datenblatt zu den Wandlern ist sehr
knapp, ich kann dem nur entnehmen, dass die PWM Frequenz in der "short
protection" auf 48 bzw 60 kHz abgeregelt wird, ansonsten lese ich nichts
von einer Änderung der PWM Frequenz (also demnach nur dyty cycle). Short
circuit ist zumindest nicht der Dauerbetriebsmodus :-).
EMV Probleme habe ich bisher nicht, ein paar einfache Maßnahmen würde
ich aber von vorn herein ergreifen, ein paar Euro mehr an Bauteilkosten
sind absolut kein Problem.
Wie sieht es denn mit der o.g. Induktivität aus? Wäre die für den
genannten Fall geeignet?
Vielen Dank!
Denk dran, dass niedriger Spulenwiderstand hohe Güte heisst, also ist
ein LC Filter auch ein Reihenschwingkreis.
Leg den so aus, dass die Resonanzfrequenz diverse Größenordnungen über
allen auftretenden Frequenzen deiner Schaltung liegt!
Nochmals danke!
Ich würde - soweit möglich - strommäßig gerne etwas großzügiger
dimensionieren. Die Datenblattwerte für die Regler - immerhin 5 A -
erreiche ich nie und nimmer, ich würde trotzdem gerne so entwerfen, dass
im Prinzip 3 A zu entnehmen wären. Die Bauteilwerte (3 µH/180 µF)
stammen aus dem Datenblatt zu dem Regler, daher hab ich mich erstmal
daran orientiert. Damit liege ich dann allerdings weniger als eine
Größenordnung unter den 300 kHz des schnelleren Wandlers. Für die
höheren Ströme wird's dann - verständlicherweise - doch etwas dünner mit
höheren Induktivitäten.
Außerdem muss ich noch mal ganz blöd fragen: die Resonanzfrequenz ist
beim LC Filter gleichzusetzen mit der Grenzfrequenz (1/(2*pi*sqrt(LC))?
mpunkt schrieb:> Außerdem muss ich noch mal ganz blöd fragen: die Resonanzfrequenz ist> beim LC Filter gleichzusetzen mit der Grenzfrequenz (1/(2*pi*sqrt(LC))?
ja. Und was den Gütefaktor betrifft: Wenn Du einen Elko hier als C
einsetzt, wird aufgrund des ESR der Gütefaktor innerhalb erträglicher
Grenzen bleiben. Aus genau diesem Grunde nimmt man hier keine MLCCs.
voltwide schrieb:> ja. Und was den Gütefaktor betrifft: Wenn Du einen Elko hier als C> einsetzt, wird aufgrund des ESR der Gütefaktor innerhalb erträglicher> Grenzen bleiben. Aus genau diesem Grunde nimmt man hier keine MLCCs.
Hmm ... das verwirrt mich etwas. Ich hatte es bisher so verstanden, dass
bei den Kapazitäten unter allen Umständen ein niedriger ESR günstig ist.
So wie ich Dich verstehe erhöht ein niedriger ESR aber die Güte des
Filters. Ist das richtig? Das würde bedeuten dass ein höherer Widerstand
der (seriellen) Induktivität und gleichzeitig ein niedrigerer Widerstand
der (paralellen) Kapazität die Güte erhöht?
mpunkt schrieb:> voltwide schrieb:> ja. Und was den Gütefaktor betrifft: Wenn Du einen Elko hier als C> einsetzt, wird aufgrund des ESR der Gütefaktor innerhalb erträglicher> Grenzen bleiben. Aus genau diesem Grunde nimmt man hier keine MLCCs.>> Hmm ... das verwirrt mich etwas. Ich hatte es bisher so verstanden, dass> bei den Kapazitäten unter allen Umständen ein niedriger ESR günstig ist.> So wie ich Dich verstehe erhöht ein niedriger ESR aber die Güte des> Filters. Ist das richtig? Das würde bedeuten dass ein höherer Widerstand> der (seriellen) Induktivität und gleichzeitig ein niedrigerer Widerstand> der (paralellen) Kapazität die Güte erhöht?
Ein niedriger ESR ist nur bei Kapazitäten, die einem Signal mit hohem
Wechselstrom Anteil ausgesetzt sind. Der Wechselstrom Anteil ist aber
schon vom Filter auf dem Schaltregler selber stark reduziert und du hast
damit keine Probleme mehr. Bei dir geht es jetzt darum, dass die beiden
Tiefpass Filter, deins und das vom Modul, nicht Schwingkreise bilden.
Das kann man sehr einfach verhindern indem man Bauelemente geringer Güte
nimmt, also EMV Drossel und Elko. Dann hat man damit normalerweise keine
Probleme.
Schönes Tool dafür ist das hier:
http://sim.okawa-denshi.jp/en/RLClowkeisan.htm
Wenn man da 0.1 Ohm und 100uH sowie 100uF einträgt, sieht man schön den
Resonanzbuckel.
Entweder bleibt man von dem weit weg, oder man guckt dass in Reihe zur
Spule mindestens 0,5Ohm sind. Entweder Eigenwiderstand der Spule oder
ein echter Widerstand.
Hallo,
ich würde das Thema gerne noch mal ausgraben. Soweit haben mir die
Beiträge schon sehr geholfen, ich hätte allerdings noch ein Nachfrage.
Es ging mir wie oben angedeutet um die einfachen und billigen
chinesischen Buck-Converter. Die sind typischerweise sehr nah an den
Applikationsbeispielen aus dem jeweiligen Datenblatt zum Wandler-IC
aufgebaut. Anbei ein Beispiel für einen sehr verbreiteten Wandler
(Platine und Schaltbild).
Meine Frage: Wenn ich nun einen Filter vor- und nachschalten will,
betrachte ich dann die Wandlerschaltung im Ganzen als Black Box und
hänge ein komplettes "Pi" (C-L-C) davor und dahinter, oder kann ich die
Cs in der Schaltung schon als einen "Schenkel" des Pis betrachten und
ergänze also nur C-L (Eingang) bzw. L-C (Ausgang)? Kann man dazu etwas
allgemein sagen?
Vielen Dank und viele Grüße!
mpunkt schrieb:> Meine Frage: Wenn ich nun einen Filter vor- und nachschalten will,> betrachte ich dann die Wandlerschaltung im Ganzen als Black Box und> hänge ein komplettes "Pi" (C-L-C) davor und dahinter, oder kann ich die> Cs in der Schaltung schon als einen "Schenkel" des Pis betrachten und> ergänze also nur C-L (Eingang) bzw. L-C (Ausgang)? Kann man dazu etwas> allgemein sagen?
Ein bischen was von beidem. Die SMD-Elkos auf den Billigplatinen sind
nicht gerade low-ESR und machen daher nen relativ schlechten Job beim
Filtern von hohen Frequenzen.
Ich würde letztere Variante bevorzugen, mit der Erweiterung dass du noch
nen kleinen Kerko am Eingang dransetzt. Also cLC.
Denn als Blackbox kannst du die Ausgangsseite vom Schaltregler nicht
betrachten. Der Kondensator ist ja da und hat direkte elektrische
Verbindung zu deinem Filter.
Danke zunächst!
THOR schrieb:> Die SMD-Elkos auf den Billigplatinen sind> nicht gerade low-ESR und machen daher nen relativ schlechten Job beim> Filtern von hohen Frequenzen.
Die Platine die ich hier vor mir liegen habe hat jeweils vor den ElKos
(aus Sicht des Wandler-ICs) noch einen kleinen KerKo, also in der Tat so
wie in dem Schaltbild gezeigt. Die sollten vom ESR doch günstiger liegen
als die ElKos, oder?
THOR schrieb:> Ich würde letztere Variante bevorzugen, mit der Erweiterung dass du noch> nen kleinen Kerko am Eingang dransetzt. Also cLC.
Schaden kann der ja auf keinen Fall, etwas raumgreifender sind die
ElKos, wenn ich da jeweils einen sparen kann, hilft das schon.
mpunkt schrieb:> Schaden kann der ja auf keinen Fall, etwas raumgreifender sind die> ElKos, wenn ich da jeweils einen sparen kann, hilft das schon.
Davon könntest du einen weglassen, ja. Also einfach ein LC-Filter
nachschalten. Die Kerkos sind mir übrigens neu, ich hab auch son paar
Spannungswandler daheim rumfliegen und die haben Minimalbeschaltung.
Ripple geht bis 100mV hoch. Das bekomme ich sogar mit nem MC34063 besser
hin.
mpunkt schrieb:> ergänze also nur C-L (Eingang) bzw. L-C (Ausgang)?
Ja, dicht an der Platine.
Eine Stabspule mit Abstand zwischen den Windungen hat die höchste
Grenzfrequenz (man könnte auch Transitfrequenz sagen, Frequenzen die
höher sind passieren die Spule wegen kapatitiverWindungskopplung), nach
der Ferritperle.
Hallo,
ich kram das Thema noch mal wieder vor ... Es waren schon einge
wertvolle Vorschläge dabei, was die konkrete Wahl der Induktivität
angeht, danke so weit dafür!
Ich bin selbst beim Lesen an anderer Stelle noch auf diese Würth 5-Loch
Ferrite Beads (WE-SUKW) gestoßen, und rio71 hatte ja so einen Fair-Rite
Kern vorgeschlagen, durch den man selbst einen Draht steckt. Das geht ja
beides in die gleiche Richtung.
Bei der Suche nach einer günstigen und für mich gut zu beschaffenden
Variante bin ich außerdem noch auf diese ->
http://www.reichelt.de/Filter/BEAD-92-99/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=105528&GROUPID=3175&artnr=BEAD+92-99&SEARCH=%252A
Fastron doppel Ferrit-Filter gestoßen, die es für kleines Geld bei
Reichelt gibt. Im Datenblattvergleich zu den Würth 5-Loch Ferriten
scheinen die Fastron Dinger eine etwas niedrigere Impedanz bei
niedrigeren Frequenzen zu haben. Übersehe ich da ansonsten noch etwas
oder ließen die sich an dieser Stelle (Pi-Filter) trotzdem auch gut
verwenden?
Viele Grüße!
ripple_filter.png
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