LM3150 - Simple Switcher nicht ganz so simpel

[Michael (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe ein Problem bei der Optimierung eines LM3150 Simple Switchers 
von National Semiconductor.
http://www.national.com/pf/LM/LM3150.html

Randbedingungen:
Uin = +24V
Uout = +5V
Iout = 3A
fsw = 330kHz
L = 6,8 .. 10 uH (7A Dauer, 14A Sättigung)

Cin = 25uF (5x4.7uF Keramik  Resr < 5 mOhm)
Cout = 130uF (3x10uF Keramik + 1x 100uF Tantal/Polymer  Resr < 5 mOhm)

Bei Dimensionierung der Schaltung wie mir die WebBench Simulation von 
National liefert habe ich Instabilitäten. Die Ausgangsspannung schwingt 
zwar nicht richtig, der Ausgangswert nimmt aber mit steigender Last zu. 
Ich habe bis 6.2V @ 3A am Ausgang messen können. Der Stromverlauf sieht 
nicht mehr wirklich gut aus.

Am Layout wird es nicht liegen (nicht meine erste Schaltung :) ).

Wie kann ich das Problem am Besten angehen?

[Marcus M. (marcus67)]

Entspricht die Schaltung genau der Applikationsschaltung ?

Die erste Frage wäre, was genau für eine Spule verwendest Du ?

Miss mal mit dem Oszilloskop die Spannung vor der Spule und am Feedback 
Pin.

Wenn die Spannung zu hoch wird, ist es wahrscheinlich, daß das Problem 
was mit dem Feedback zu tun hat.

Bei dieser Kombination aus Schaltfrequenz und Strom spielt das Layout 
schon eine sehr große Rolle.

Hast Du Dir die Auswahl der MOS-Fets im Datenblatt durchgelesen ?
Sowohl Gate Charge als auch Vgs sollten im Rahmen liegen.

Gruß, Marcus

[Michael (Gast)]

Schaltplan - entspricht dem Appnote.
Die Werte kommen aus dem WebBench.

Folgende MOSFETs habe ich ausprobiert:
IRLR3705
IRLR3105

[Michael (Gast)]

Layout Top.
Der LM3150 sitzt links unten.

[Michael (Gast)]

Layout Bot.
Nicht spannend. Links unten ist die Unterseite des LM3150.

[Michael (Gast)]

Oszi: Ausgangsspannung zu hoch.

Gelb ist die Ausgangsspannung
Cyan der Strom durch die Induktivität.

Feedback enthält 220pF Kondensator
IRLR3105

[Michael (Gast)]

Oszi: Ausgangsspannung zu hoch.

Gelb ist die Spannung am Feedback Netzwerk
Cyan der Strom durch die Induktivität.

Feedback enthält 220pF Kondensator
IRLR3105

[Michael (Gast)]

Komischerweise hat die Schaltung jetzt eben funktioniert.
Und zwar ohne Kondensator im Feedbackzweig....

Ich muss das nochmal in Ruhe beobachten.

[Georg A. (Gast)]

Kann ja sein, dass ich Paranoia hab, aber bei den Pulsströmen sollte man 
das Feedbacksignal doch eher direkt an den Cs abnehmen, statt an der 
Spule...

Ausserdem: Wo ist der erwähnte 100u am Ausgang? Im Layout sehe ich ihn 
nicht...

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

> Ausserdem: Wo ist der erwähnte 100u am Ausgang?
Und dass die 6,3V SMD-MLCC bei 5V noch 10uF haben, glaube ich auch 
nicht. Bei diesen Dingern nimmt die Kapazität mit steigender Spannung 
sehr deutlich ab :-/

Es wäre besser, den Feedback nicht unter der Spule sondern hinter dem 
letzten Kondensator auszukoppeln.

[Michael (Gast)]

@Georg
Ja, den 100uF habe ich auf dem Testboard nachträglich hinzugefügt.
B45294R1107M409

@Lothar
JMK212BJ106KD-T  Tayo Yuden von Farnell
Ist richtig, in der Leistungsklasse sind die schon recht selten :)

@beide
Ihr habt recht, die Streuinduktivität der Verbindung zu den 
Kondensatoren ist nicht schön. Werde die Feedbackleitung testhalber mal 
umlegen.
Das würde zum Teil bis ganz erklären, warum das Feedback mit dem 
FF-Kondensator tendenziell instabil ist.

Danke.

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

> JMK212BJ106KD-T  Tayo Yuden
Isolationsmaterial X5R also. Immer noch besser als Y5V ;-)
Hier eine Aussage von Kemet:

  X7R and X5R may lose 70% of their capacitance at rated voltage, 
  while Y5V may lose 90%.

[Michael (Gast)]

Ich habe festellen müssen, dass die Hühnerfutterhersteller nur ungerne 
genaue Angaben geben.
Bei den Kondensatoren werden Toleranzen für die Fertigungsgenauigkeit 
und den Temperaturbereich angegeben. Die 70 - 90% Kapazitätsverlust sind 
für mich neu, aber nicht überraschend.
Schließlich sind die Teile ja technisch am Limit.

Hast du zufälligerweise ein paar C(U) Kurven für mich?

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

Michael schrieb:
> Hast du zufälligerweise ein paar C(U) Kurven für mich?
Z.B. dort auf Seite 8: 
http://www.epcos.de/web/generator/Web/Sections/Components/Products/2006/26__KeramikKondensatorenAlternative/WoKeramikVorsprungSchafft,templateId=renderPDF,locale=nn.pdf

[Michael (Gast)]

Danke Lothar.

Ich habe keine Kurve gefunden, wie sich der ESR über die Spannung 
verhält. Wird der einigermaßen konstant sein oder ähnlich stark 
abnehmen?

Sprich - ändert sich die Impedanz des MLCC nur aufgrund einer 
Kapazitätsänderung oder wird beides schlechter??