Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsabfall


von Werner (Gast)


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Hallo,


ich habe ein kleines Problem mit meiner Schaltung. Wenn die CPU anfängt 
zu Rechnen gibt es einen schönen ripple auf der VCC (nicht groß, am Oszi 
aber gut sichtbar).

Wie kann ich über die Fläche vom Spannungseinbruch, Zeit * dV, einen 
geeigneten Kondensator berechnen. der den Einbruch blockt ? Ich steh da 
etwas auf dem Schlauch, geht es überhaupt ohne den Strom zu kennen ?


Danke!

von Marcus W. (blizzi)


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Musst du das wirklich berechnen?

Welcher Prozessor ist es denn?
Normalerweise nimmt man 100nF und vielleicht noch einen Elko, so 10µF 
dürften reichen.

Gruß

edit: Diese Kondensatoren kommen IMMER hin, nicht erst wenn Störungen 
auftreten :)

von Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite


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Und die Kondensatoren kommen immer so dicht es geht an den Störer und 
der Strom muß über diesen Kondensator fließen können, also direkt über 
die Anschlußpads. Es macht keinen Sinn, einen Block-Kondensator mit 
Leitungen an ein schwinggefährdetes System anzubinden, da diese wieder 
eine Induktivität und einen Widerstand haben, was die Wirkung des 
Kondensators herabsetzt oder ganz zunichte macht.

von Werner (Gast)


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Hi,

ja, ich wollte es wenigstens einmal in meinem Leben berechnen ;-). Die 
üblichen Kondensatoren sind drin und es sind auch nur ein paar 10mV.

von Matthias Kohl (Gast)


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Ich muss sagen ich hab mich auch schon gefragt wie man das wohl 
berechnen würde.

vlt ganz einfach so?

       I(Strom der den Rippel verursacht)
C = --------
     U * f(Frequenz von "I")

von Marcus W. (blizzi)


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10 mV Ripple bei 5 V sind grade mal 0,2%.
0% Ripple bekommst du nie hin, schon gar nicht NUR mit einem 
Kondensator.
Wenn der µC plötzlich Strom zieht, so gibt es unweigerlich einen 
Spannungsabfall am Eingangspin. Die Größe kann man zwar verringern, aber 
ganz eliminieren kann man das nicht.

Ein Tiefpass könnte vielleicht noch bissl was bringen.

Wie man das berechnet? Ööh, steht in google, das Stichwort kennst du ja 
jetzt :)

von Werner (Gast)


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@Marcus W.

ein paar 10mV sind z.B. 40mV oder 70mV und die Spannung beträgt 3.3V. 
Das sind etwa 2%. Ich kann mir nicht vorstellen das man durch einen 
Tiefpass den DC/DC-Wandler entlasten kann, weil der zu langsam ist, oder 
irre ich mich da ?

von Marcus W. (blizzi)


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Hab da was gefunden:
Quelle:
http://www.elektroniknet.de/home/bauelemente/fachwissen/uebersicht/passive-bauelemente/kondensatoren/bypass-kondensatoren-richtig-dimensioniert/
> Cbypass = Isurge / (2π x fnoise x Uripple) (3)

Aber wie gesagt, ganz verhindern kann man den Ripple nicht.
Der Ripple ist meistens nicht konstant, sondern ändert sich je nach dem 
was der µC gerade macht. Die Spannungsquelle und die Leitung zum µC 
haben einen (Innen-)Widerstand. Usw.
Daher kann man auch kein exakten Filter vorschalten.

von Matthias Kohl (Gast)


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Ich war zumindest... nah dran.

Ich frag mich ja woher das "2PI" kommt am kopf kratz

von Wolf (Gast)


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Welche Frequenz hat der rippel? Das hast Du nicht geschrieben. Die 
Taktfrequenz, eine runtergeteilte oder gar 50Hz oder 100Hz.

von Wolf (Gast)


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...vielleicht die Kreishaus-Frequenz.

von Werner (Gast)


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@Wolf:

8Mhz Cpu AVR und ~16KHz ripple. Ich mach heute Abend mal ein paar Bilder 
von Strom und Spannung am Oszi.. Die "Rechnung" ist ein Datentransfer 
auf der SPI mit etwa 4MHz.

Das die CPU in diesem Zustand etwas mehr Strom verbraucht und der DC/DC 
nicht so schnell liefern kann ist mir soweit klar. Evtl. liegt es auch 
an etwas anderem, aber ich wollte es erstmal mit einem "berechneten" 
Kondensator versuchen.

von Wolf (Gast)


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Ahh, ein DC/DC-Wandler drin, warum sagste das nicht gleich. Jetzt gibt 
es noch mehr Möglichkeiten zur Auswahl.

von Helmut L. (helmi1)


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>...vielleicht die Kreishaus-Frequenz.

Kreisfrequenz  w = 2 * pi *f

w = kleines omega

siehe auch hier
mathematische ableitung der Formel

Beitrag "kondensator über spannungsteiler laden"

Gruss Helmi

von T. H. (pumpkin) Benutzerseite


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Wobei
deine gewünschte maximale Welligkeit ist,
der Stromflusswinkel. Günstig ist 0.6.
ist der Mittelwert des Stroms.

Quelle:

  http://prof-gossner.eu/pdf/06-Netzgleichrichter.pdf

von Wolf (Gast)


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Könnte es sein, daß Du den rippel erst mit dem Meßkopf draufgibst?

von Marcus W. (blizzi)


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Matthias Kohl wrote:
> Ich war zumindest... nah dran.
>
> Ich frag mich ja woher das "2PI" kommt *am kopf kratz*

Kreisfrequenz: omega(w) = 2  pi  f

Genauer (Zeigerrechnung):

U/I = Xc
=> U/I = 1/wC
=> I/U = wC
=> I/(U*w) = C
=> I/(U*2*pi*f) = C


@ Werner

Wenn du schon dabei bist könntest auch ein Bild von dem Teil der 
Schaltung machen, z.B. wie die Stromversorgung geroutet ist.

von Werner (Gast)


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@Wolf:

Nein, auf keinen Fall. In den Transferpausen ist alles ruhig.

von Werner (Gast)


Angehängte Dateien:

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Ok, ich habe jetzt mal ein Bild mit den beiden unterschiedlichen 
CPU-Phasen gemacht. Ich hoffe es ist nicht zu groß, sorry.

Es geht um den oberen Bereich der durch die Marker begrenzt wurde 
(~80mV). Das System befindet sich an einer Stromversorgung bei ~3.3V. 
Gemessen wurde kurz hinter den Stützkondensatoren vom DC/DC.

Das erste Bild zeigt den Ruhezustand. Die beiden anderen Bilder Zeigen 
die Transferphase. Das zweite mit identischer Zeitbasis zum ersten und 
das dritte  mit einer kleineren Zeitbasis um die "welligkeit" des 
Signals zu sehen.

Das System läuft mit 3V und der Ruhezustand liegt bei etwa 100uA und 
beim Transfer werden etwa 20mA benötigt.

Ich habe eine weitere Messung mit Batterien (~2.6V) gemacht (keine 
Bilder). Die Signale sehen in etwa gleich aus, sind aber von der 
Amplitude etwas gedämpfter.


Kann man da noch etwas machen ?


Danke!

von Hase (Gast)


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Moin,

dieser Sprung von Ruhezustand und Transfer sieht nicht gesund aus. Hast 
du den FB-Kreis geglättet ?


Gruß,

alter Hase.

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