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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltregler P3596 Regelschleife


Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

ich habe ein Problem mit dem Step-Down Schaltregler P3596-L5.0 (5V out, 
3A). Ich habe mit einer rein ohmschen Last von ca. 100 Ohm einen Strom 
von 50mA.

Im Angehängten Oszi Bild ist Blau die stabilisierte Ausgangsspannung von 
5V zu sehen. Grün ist zwischen Spule und Ausgang des Schaltreglers 
gemessen. Wie man sehen kann, sind dort Gaps und reine ON-Zeiten zu 
sehen.
Diese wirken sich auch als Peaks auf der Ausgangsspannung aus. Ich habe 
schon versucht einen größeren Kondensator einzubauen, aber das hat auch 
nichts geholfen.

Hoffentlich kann mir jemand von euch helfen meine Regelschleife zu 
verbessern.

Gruß,
Chris

Autor: Chris (Gast)
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Hier noch mein Schaltplan.

Autor: A. K. (prx)
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Ein echtes Regelproblem sehe ich grad keins. Bei 50mA läuft er offenbar 
im diskontinuierlichen Betrieb, das könnte den Zyklus erklären.

Wenn die Peaks stören: L/C-Filter dahinter, siehe Datasheet vom LM2596 
(dem der P3596 "nachempfunden" ist).

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Etwas komisch sieht das schon aus, immerhin scheint der 2 Zyklen nahezu 
100% zu machen und dann 5-7 Zyklen nahezu 0%. Die LM257x machen sowas 
nicht.
Die Spikes sehen nach einem falschen Masseanschluss des Tastkopfs aus, 
wodurch dieser Aufgrund der Stromimpulse sich Störungen einfängt.

Mach mal ein Foto vom Aufbau.

Hier sind noch ein paar Tips zum Layout zu finden:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layo...

Autor: Chris (Gast)
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Danke schon mal für die Seite.

Ich denke nicht, dass es ein falscher Masseanschluss ist. Das passt 
alles soweit. Ich habe allerdings noch ein zusätzliches Problem. Der 
Strom steigt nach einer gewissen Zeit stark an (läuft dann in die 
Strombegrenzung des Netzteils ~0,5A momentan).

An der 5V Versorgungspannung hängt momentan nur ein MAX232 und einige 
Kapazitäten gegen Masse. Der Strom am Anfang ist ca. 10mA und steigt 
zunächst sehr langsam und schließlich sehr schnell. Die 0,5A sind nach 
ca. einer Minute erreicht...

Ich gebe aber zu das mein Layout nicht gut ist. Da muss ich 
wahrscheinlich noch Nachbessern.

Ist aufjedenfall sehr seltsam.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Zieht der Regler die 0,5A oder deine Schaltung?

Autor: A. K. (prx)
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Bei 5W aufwärts sollte irgendwas warm werden. Sollte man eigentlich 
leicht feststellen können was.

Autor: Chris (Gast)
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@Benedikt: Der Regler zieht die 0,5A. Habe dabei mal das Regelverhalten 
beobachtet. Die 0% und 100% Zeiten nehmen bei steigendem Strom zu. Kann 
es sein, dass die Spule Probleme machen kann? Ich hatte mal was über 
Sättigung des Ferrits gelesen.

@A.K.: Hm, also warm wird eigentlich nix... Die Spannung bricht halt 
auch zusammen, wenn die Strombegrenzung rein geht (auf ca. 2,5V).

Autor: A. K. (prx)
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Wirst wohl mal was über die Spule verraten müssen. Sooo geheim wird die 
schon nicht sein.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich denke es ist am besten wenn du mal ein Foto vom Aufbau machst. Eine 
Spule die bei knapp über 100mA in die Sättigung geht müsste sehr klein 
sein, und ich kann mir nicht vorstellen, dass du solch eine Minispule an 
einen 3A Regler verbaut hast.

PS: Ich habe mal ein Bild von einem LM2575 gemacht, der mit etwa 17V 
läuft und 5V 50mA liefert. So sollte es auch aussehen.

PPS: Was an deiner Messung auffällt ist, dass in den 2 Takten nach den 
100% Takten der Strom anscheinend recht hoch ist (was ja auch irgendwie 
klar ist), denn in diesen Takten sieht man kein Ausschwingen der 
Spannung wenn der Strom auf 0 abgefallen ist.
Die Regelung scheint also periodisch außer Tritt zu geraten.

Autor: Chris (Gast)
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Nein die ist nicht geheim ;)
Hab die bei Reichelt bestellt: 77A 330µ

Allgemeines:
Typ    Funkentstördrossel
Aufbau    mehrlagige Wicklung
Bauform    77A (High Current Suppression Coil)
Toleranz  +/- 20%
Material  Ferritkern

Elektrische Werte:
Induktivität  330 µH
Strom        1,4 A
Widerstand    500 mOhm

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Diese Spule ist nicht wirklich optimal für Schaltnetzteile, denn wie der 
Name schon sagt ist das eine Funkentstördrossel. Trotzdem sollte sie 
aber eigentlich auch nicht in die Sättigung gehen.

Autor: A. K. (prx)
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Eher schon die Frage, ob sie bei 150KHz noch brauchbar ist.

Autor: Netzschaltteil (Gast)
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So was ähnliches hatte ich auch mal!
Kurzzeitig 100%, dann wieder einige Zyklen 0% usw.
Damals lags daran, daß der Regler einen Überstrom erkannt hatte und dann 
abschaltete.
Hat dein Reglerbaustein evtl. eine Überstromerkennung "an Bord"?

Autor: A. K. (prx)
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Er hat, auf ~4,5A, aber warum sollte die ansprechen? Die Spule ist mit 
330µH ohnehin um Faktor 3 überdimensioniert.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ich habe nur die 77A mit 100µH, 2,5A hier, aber die läuft zumindest an 
einem LM257x problemlos.
In die Sättigung geht sie ziemlich genau ab 2,5A. Wenn sich die 330µH 
Spule genauso verhält, dann sollte sie mindestens 1A problemlos 
schaffen.

Die Frequenz liegt bei dir bei etwa 160kHz. Die 2 Takte lang 100% 
ergeben also rund 12µs Einschaltdauer. 12V, 330µH und 12µs ergeben rund 
440mA Spulenstrom. Die Spule dürfte also nicht in die Sättigung gehen, 
so dass man das als Ursache ausschließen kann.

Von daher sehe ich nur 2 mögliche Fehler:
- Das Layout ist schuld (was man mit einem Foto klären könnte)
- der P3596 macht Mist

Autor: Chris (Gast)
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Hm, was für eine Spule könnt ihr mir empfehlen? Dann würde ich die Spule 
tauschen. Hab momentan auch keine andere zur Hand ums auszuprobieren.

@Netzschaltteil: Wie hast du dein Problem in den Griff bekommen?

Autor: Chris (Gast)
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Hier mein Layout. Ist aus Eagle rauskopiert. Der LF33 ist momentan nicht 
eingebaut.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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L-PISR 100µ für den P3596, bzw. L-PISR 220µ falls du zum LM2576 
wechselst.


Bei dem Layout wundert mich aber garnichts. Schlechter gehts kaum...

Schau dir mal den Link zu der Seite von Lothar Miller an, den ich weiter 
oben gepostet habe.

Autor: Chris (Gast)
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Ich habe jetzt ein neues layout gemacht. Hab die Stromschleifen 
eingezeichnet. Ich hoffe, dass es so besser ist :)

Autor: A. K. (prx)
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Die Ausgangsspannung am Elko abholen, nicht an der Spule.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Das ist nun deutlich besser. Jetzt noch die L-PISR Spule rein und es 
sollte funktionieren.
Das Hauptproblem dürfte C3 gewesen sein, denn der ist beim alten Layout 
viel zu weit weg, so dass der Regler aufgrund der Leitungsinduktivität 
dahin in jedem Takt einen ordentlichen Spike bekommt und daher die 
Regelung durcheinander bringt. Das sind auch genau die Spikes, die du 
gemessen hast.
In dem neuen Layout hast du das richtig gelöst: Von der Spule zum 
Kondensator und von dort aus zum Feedbackpin.

Ein paar kleine Details würde ich noch ändern um das ganze perfekt zu 
machen. Es gibt diese 2 Kreise. Der Bereich den beide Kreise gemeinsam 
haben, also die Spule und der Ausgangskondensator, die sind nicht ganz 
so kritisch, denn in diesem Bereich fließt in beiden Kreisen der Strom. 
Eine zusätzliche Leitungsinduktivität in Reihe zur Spule stört daher 
nicht so sehr.
Wichtiger ist der Bereich, den nur einer der beiden Kreis abdeckt, denn 
in diesem fließt nur in der Einschalt bzw. Abschaltphase ein Strom. Von 
daher sollte die Diode so nahe wie möglich an den Regler, damit diese 
den Strom der Spule übernehmen kann, ohne dass an der Leitung zwischen 
Diode und Regler kurzzeitig eine Spike aufgrund der Leitungsinduktivität 
entsteht.
Dazu würde ich die Leitung von C4 zu Pin 1 unterhalb von der Diode 
legen, und die Diode direkt an Pin 2 anschließen. Von dort aus dann zur 
Spule.

Autor: Chris (Gast)
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Super, vielen Dank an alle - besonders dir Benedikt. Heute wieder viel 
dazugelernt.
Ich werde morgen die ganze Sache mal aufbauen. Hoffentlich funktionierts 
dann. Die Spule wird wohl erstmal noch warten müssen aber ich denke, 
dass ich die vielleicht gegen Ende der Woche habe.
Ich sag dann noch bescheid obs funktioniert hat =)

Tschau

Autor: Chris (Gast)
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Ich habe jetzt herrausgefunden warum der Strom auf meiner Platine immer 
angestiegen ist. Lang an einem defekten Tantal Kondensator.

Ich habe die Schaltung des Schaltreglers neu aufgebaut und an meine 
Platine angeschloßen, mit der Funkentstördrossel. Die Regelaussetzer (0% 
und 100%) sind immer noch vorhanden, außer wenn keine Last am Regler 
hängt.
Bei keiner Last sind nur zyklisch die abklingenden Schwingungen zu 
sehen.

Die Aussetzer nehmen mit steigenden Strom zu. Bei etwa 170mA sind diese 
ausschließlich zu sehen. Der Schaltregler wird außerdem richtig warm 
dabei, und das bei 170mA und 12V Eingangsspannung.

Meine nächste Hoffnung ist wohl die Spule.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ansonsten versuche es mal mit dem LM2576, der läuft dann garantiert.

Autor: Michael O. (mischu)
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Ich würde erst mal noch auf das zweitwichtigste Bauteil des 
Schaltnetzteils tippen - den Kondensator.

Billige Elkos haben einen hohen ESR und können nur mit geringen 
Stromrippeln beaufschlagt werden. Daraus resultiert ein hoher 
Spannungsrippel der wiederum deinen Regler stören kann (so wie der 
falsche Abnahmepunkt deiner Rückkoppelung).
Außerdem wird ein schlechter Kondenstor bei gleichem Stromrippel viel 
wärmer und verliert seinen Elektrolyten.

Such dir einen Typen mit niedrigem ESR oder viele schlecht Elkos 
parallel schalten.

Autor: Chris (Gast)
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Hallo,

ich habe inzwischen ein neues Layout gemacht mit genannter Spule und low 
ESR Kapazitäten von Reichelt. Außerdem bin ich jetzt auf den LM2575 T5,0 
umgestiegen. Das Boardlayout ist im Anhang zu finden.

Den aufgebauten Schaltregler habe ich zum einen mit eine Last von ca. 
120 Ohm belastet und zum anderen mit ~40 Ohm. Im Prinzip sehen die Oszi 
Bilder schon etwas besser aus, aber mich stören weiterhin die Peaks auf 
der Ausgangsspannung und zum anderen das die Schwingvorgänge bei höheren 
Strömen verschwinden.

Autor: Chris (Gast)
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Last: 120 Ohm
Strom: 30 mA
Eingangsspannung: 12 V

Autor: Chris (Gast)
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Last: 40 Ohm
Strom: 70 mA
Eingangsspannung: 12 V

Autor: A. K. (prx)
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Nimm mal den Masseclip vom Oszi aus der Messung raus, d.h. vom Tastkopf 
die Spitze abmachen und mit dem Massering so dicht wie möglich an GND 
ran, keine 10-20cm Schleife rein. Wenn du Glück hast gibt es für den 
Tastkopf eine Massefeder für diesen Zweck. Steile Flanken bringen 
Tastköpfe ganz gern zur Oszillation.

Ausserdem sollte der Tastkopf dabei etwas Distanz zur Spule haben, um 
sich nicht dadurch was einzufangen.

Die Oszillationen bei sehr niedriger Last sind dagegen völlig normal. 
Das kommt vom bei niedriger Teillast schlecht vermeidbaren 
diskontinuierlichen Betrieb. Steht m.W. auch irgendwo im Datasheet, bei 
einem dieser Simple Switcher sogar mit Bild.

Autor: Chris (Gast)
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Ich hätte das ja nicht geglaubt, dass die Messspitze direkt am Ausgang 
des LM2575 solche Störungen einkoppelt. Funktioniert jetzt einwandfrei - 
saubere Ausgangsspannung - so hatte ich mir das vorgestellt!

Vielen Dank A. K.

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