mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hilfe bei Schaltregler - Fehlersuche


Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich habe auf einem Board die angehängte Schaltung verbaut.
Dabei kommt folgender Schaltregler mit folgenden MOSFETs zum Einsatz:
LTC3736 - http://cds.linear.com/docs/Datasheet/37361f.pdf
Si7540DP - http://www.vishay.com/mosfets/list/product-71911/

Wenn ich den Port "1V8_1V5_EN" auf Masse lege, funktioniert das Board 
tadellos... nur das die beiden Spannungen 1V8 und 1V5 nicht da sind, 
logisch.

Versuche ich nun den Schaltregler zu aktivieren (1V8_1V5_EN auf 3,3V-5V) 
steigt die Stromaufnahme periodisch stark an.

Im Normalbetrieb habe ich ca. 210-220mA Stromaufnahme (mit deaktiviertem 
LTC3736).
Sobald der Regler aktiv ist, schwankt die Stromaufnahme zwischen 220mA 
und 450mA, und das ständig. Der Strom steigt also an und fällt wieder 
ab... pendelt sich also nicht mal ein.

Die Spannungen 1V8 und 1V5 sind da und messbar. Nur leider stört mich 
extrem die Schwingung der Stromaufnahme.

Woran kann das liegen?
Ich habe die Funktionsweise des Schalreglers in groben Zügen verstanden 
und kann mir keinen Reim darauf machen.

Hat jemand einen Hinweis für mich, an welcher Stelle ich gezielt suchen 
könnte?

Vielen Dank!
Andi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da Du nicht angegeben hast in welchem Interval die Stromänderungen 
passieren, kann auch ich wieder nur die Glaskugel zu Rate ziehen und 
folgendes sagen:

Für den Fall, das keine Last dranhängt, d.h. z.B. nur die paar 
Sieb-ELKOs und die beiden VFBx-Spannungsteiler wird der Wandler 
sicherlich in den DCM gehen (Discontinuous Conduction Mode) und damit 
nur hin und wieder die Ausgangsspannung ein klein wenig 'hochpumpen'. 
Das geschieht i.d.R. nicht mit der sonst üblichen Schaltfrequenz, 
sondern viel langsamer.
Nachlesbar ist das übrigens auf Seite 10, unter "Light Load Operation" 
(zumindest beim Datasheet zum LTC3736-1, beim ...-2 ist es aber auch auf 
S. 10 zu finden, das Kapitel heißt nur ein wenig anders). Okay, LT nennt 
es bei diesem Controller "PWM pulse skipping mode".
Ah - und da ist zumindest der kleine Unterschied zw. der ...-1 und der 
...-2 Ausführung: Nur der -2 hat den SYNC/FCB-Input, den man zum Enablen 
des "pulse skipping mode" auch auf eine Spannung >0.6V legen sollte. Wer 
ausschliesslich im CCM (Continuous Conduction Mode) arbeiten will, der 
sollte ihn auf GND legen, so wie Du es gemacht hast.

Eines wundert mich allerdings trotzdem:
Laut Datasheet auf Seite 10, im Kapitel "Shutdown, Soft-Start and ...", 
wird gleich im ersten Satz erwähnt, das der LTC3736-2 nur noch 9µA(!) 
zieht, wenn man den Pin RUN/SS nach GND zieht.
Du hast aber folgendes angegeben: "Im Normalbetrieb habe ich ca. 
210-220mA Stromaufnahme (mit deaktiviertem LTC3736)."
Wobei ich jetzt dreist angenommen habe, dass Du mit "...(deaktiviertem 
LTC3736)" auch meintest den RUN/SS-Pin nach GND gezogen zu haben!?!
Wenn dem so ist, scheint was an Deiner Schaltung 'oberfaul' zu sein, 
bzw. der LTC3736-2 ist (teilweise oder völlig) in die ewigen Jagdgründe 
eingegangen. Rest in Peace. :-(

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

danke für deine Hilfe.

also ich habe den -2 verbaut, da ich ja den SYNC Pin habe.

Ich habe vergessen zu sagen, dass noch andere Schaltregler und ICs auf 
dem Board sitzen. Wenn ich also den LTC mit RUN/SS Pin auf Masse lege, 
zieht der Rest 210mA... das sollte nur der Ausgangspunkt zu meiner 
Betrachtung sein. Wenn ich den RUN/SS Pin dann auf 3,3V oder 5V lege, 
fängt der Strom an zu schwingen. Ich konnte bisher noch keine feste 
Beriode ausmachen. Aber der Strom bleibt für ca. 5-6s auf 213mA stehen, 
geht dann ziemlich sprungartig auf 450mA hoch und geht dann rasch wieder 
auf 213mA zurück. Ich werde mal schauen, ob ich den Stromverlauf 
irgendwie in einem Diagramm abbilden kann.
Vielleicht einfach mal den Spannungsabfall über R10 messen...

Wenn der Regler aktiv ist, arbeitet er weitestgehend im leerlauf, es 
sind also in der Phase des Projektes noch keine Verbraucher 
angeschlossen, was aber auf meinem anderen Testboard auch funktioniert, 
wo auch die Schaltung ihren Dienst zuverlässig verrichtet.

Ich werde mal anfangen und eine Differenzmessung zwischen beiden Boards 
zu machen. Vielleicht erhalte ich daraus noch Anhaltspunkte.

Vielen Dank!
Andi

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was willst du mit 330uF Elkos bei einem 1/2 MHz Schaltregler ?
Schon die 22uF als Elko sind falsche Bauteilauswahl.
Und: Ist Q1A und Q2A wirklich so falsch verbaut ?
Zum Laststrom und Layout sagst du ebenfalls nichts.
Die Spule ist knapp, welchen Strom hält sie überhaupt aus, gerade wenn 
man mit Schaltreglern anfängt, sollte man nicht mit den anspruchvollsten 
Teil anfangen und lieber die untere Schaltfrequenz einstellen und die 
grössere Spule nehmen.

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

die Schematcis habe ich von einem PowerPC Eval Board übernommen, daher 
war ich davon ausgegangen, dass es richtig ist. Die Schaltung arbeitet 
ja schon auf einem meiner Boards mit identischem Layout, aber nur hier 
gibt es jetzt Probleme, die ich nicht identifizieren kann.

Der Strom auf der 1,5V Seite sollte sich im Bereich von maximal 2-2,5A 
abspielen. Auf der 1,8V Seite ist es weniger, maximal 1,8A.

Auf die Stromwerte der Spule habe ich geachtet, auch wenn ich die 
identischen Spulen verwende, wie auf dem Eval Board.

Vielen Dank!
Andi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
MaWin schrieb:
> ...
> Und: Ist Q1A und Q2A wirklich so falsch verbaut ?

Jetzt wo Du es erwähnst MaWin:
Das Symbol ist schon richtig - die High-Side-Switches sind tatsächlich 
P-Channel MOSFETs - aber die Bauteilbezeichnung ist bei High- 
(P-Channel) und Low-Side-Switches (N-Channel) im Schaltplan identisch?! 
Das kann nicht richtig sein!!
Ich hoffe das hat Andreas bei der Bestückung nicht 'verbockt'?!

> Zum Laststrom und Layout sagst du ebenfalls nichts.
> Die Spule ist knapp, welchen Strom hält sie überhaupt aus, gerade wenn
> man mit Schaltreglern anfängt, sollte man nicht mit den anspruchvollsten
> Teil anfangen und lieber die untere Schaltfrequenz einstellen und die
> grössere Spule nehmen.

Wenn's beim anderen Board funzt ...

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich verstehe gerade nicht, wieso das falsch sein sollte?!
Beide MOSFETs auf jeder Seite sind in einem SOIC8 PowerPack verbaut... 
also beide FETs in einem Gehäuse, wie im verlinken Datasheet vermerkt.

Sollten auch die FETs falsch verbaut sein, dürfte doch gar nicht 
passieren... oder sehe ich das falsch?
Aber die eingestellten Spannungen kommen am Ausgang ja raus, also glaube 
ich nicht, dass etwas Grundlegendes wie eine falsche FET Beschaltung 
daran Schuld ist.

Ich werde morgen dann, wenn ich wieder Zeit zwischen den Vorlesungen 
habe, alle Pins durchmessen und schauen, wo der Unterschied zwischen 
funktionierendem Board und neuen Board ist. Ich werde schauen, dass ich 
die Messwerte in den Schaltplan bekomme, das vielleicht jemandem etwas 
auffällt.

Vielen Dank für die Unterstützung!
Andi

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> Ich habe vergessen zu sagen, dass noch andere Schaltregler und ICs auf
> dem Board sitzen. Wenn ich also den LTC mit RUN/SS Pin auf Masse lege,
> zieht der Rest 210mA... das sollte nur der Ausgangspunkt zu meiner
> Betrachtung sein.

woher weißt du nun, dass das Problem beim Regler liegt? miss doch einmal 
ob die schwankenden mA auch bei deinem Regler reinfließen, kann ja sein, 
dass da ein anderer Schaltungsteil periodisch versucht zu starten oder?

Autor: Marcus Müller (marcus67)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ansonsten die üblichen Fragen zu Schaltreglern:

- Welche Spulen wurden verwendet ?
- Was für Kondensatoren (ESR) ?
- Wie sieht das Layout aus ?

So ein  1/2 MHz Schaltregler mit Strömen im Ampere Bereich ist keine 
Bastelei mehr. Wenn das Layout nicht passt  kann da alles mögliche 
passieren.

Gruß, Marcus

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> woher weißt du nun, dass das Problem beim Regler liegt?
Naja, wenn ich den Regler mit RUN/SS auf Masse deaktiviere, ist die 
Stromaufnahme der kompletten Schaltung konstant.

> miss doch einmal ob die schwankenden mA auch bei deinem Regler
> reinfließen
An welcher Stelle messe ich denn da am besten?
R10 entfernen und dort messen?
Oder eine Seite der beiden Spulen anheben und dort messen?
Ich kann die Schaltung leider nicht isoliert betrachten, weil die 5V 
über eine VCC Plane zugeführt werden. Ich kann also leider nicht den 
kompletten Strom des Schaltreglers messen.

> - Welche Spulen wurden verwendet ?
Als Spule habe ich diese hier verwendet:
DC Strom 9A, 18A Sättigung
http://de.farnell.com/vishay-dale/ihlp-2525cz-01-1...

> - Was für Kondensatoren (ESR) ?
Die 330uF Kondensatoren sind diese hier:
330uf, 4V, BFC Gehäuse, ESR 700mOhm
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...

> - Wie sieht das Layout aus ?
Das Layout habe ich versucht möglich übersichtlich im Anhang 
darzustellen.
Sicher gibt es da noch Verbesserungsvorschläge, aber da das identische 
Layout schon funktioniert, gehe ich mal davon aus, dass es nicht 
grundverkehrt sein kann.

Könnte denn eine Art Schutzschaltung der Grund sein?
Meinetwegen ist eine Spannungsseite fehlerhaft und er versucht 
periodisch diese zu starten. Der Strom geht nach oben und der fehler 
besteht immer noch... also zack wieder aus.
Ich werde mal die Spule ausbauen, weil sich die FETs ja dann sperren 
sollten und schaue, welche Seite evtl. fehlerhaft ist.

Vielen Dank für die Hilfe.

Autor: Micha (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> ich verstehe gerade nicht, wieso das falsch sein sollte?!
Dein Symbol ist falsch.

Versuch das Layout niederimpedanter zu machen, d.h. Leiterbahnen 
möglichst vermeiden und stattdessen als Fläche auslegen.

Lade dir am besten LTSpice runter, bau die Schaltung auf und simuliere 
sie. Es gibt sowohl den LTC3637 als auch den Si7540 als Modell - einer 
Simulation steht also nichts im Weg.

Autor: Micha (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Micha schrieb:
> Versuch das Layout niederimpedanter zu machen, d.h. Leiterbahnen
> möglichst vermeiden und stattdessen als Fläche auslegen.
In machen LT-Datenblättern gibt es Layout-Vorschläge, also ggf. auch mal 
dort nachsehen, da das für alle Schaltregler gilt.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
> Hallo,
>
> ich verstehe gerade nicht, wieso das falsch sein sollte?!
> Beide MOSFETs auf jeder Seite sind in einem SOIC8 PowerPack verbaut...
> also beide FETs in einem Gehäuse, wie im verlinken Datasheet vermerkt.
>
> ...

Sorry Andreas, war mein Fehler, denn ich habe das DB zu den FETs nicht 
geöffnet. Mea Culpa!

Aber bzgl. der ELKOs muss ich schon sagen das die 700mOhm als ESR 
schon sehr heftig sind und für meinen Geschmack diese ELKOs damit 
definitiv aus dem Rennen wären, weil der Wert viel zu hoch ist!
Du hättest zumindest diese hier nehmen können/müssen: 
T495D337(1)004A(2)E030 (KEMET Part Number). Sie haben nur 30mOhm ESR 
und sollten sich bei heftigen Ripple-Strömen auch längst nicht so stark 
erwärmen - das würde ihrer Lebenserwartung sehr zugute kommen. ;-)

Weiterhin möchte ich behaupten, dass es auf dem von Dir geposteten 
Schaltplan (immer noch) keinen R10 gibt! Also welchen R meintest Du? Ich 
vermute den R42, der zw. den +5V und VIN vom LTC3736 (Pin 5) liegt?! Der 
wäre aber für diese Messungen eher uninteressant.

Bzgl. der Isolation der Regler gegeneinander:
Kannst Du denn evtl. wenigstens die anderen Regler auf dem Board 
vorübergehend disablen oder auslöten, um nur noch den Teil mit dem 
LTC3736 aktiv zu haben? Wenn dann alles okay ist, würd ich sagen die 
Schaltregler beeinflussen sich gegenseitig, weil die Eingangsspannung 
unter bestimmten Bedingungen zu stark zusammenbricht - nämlich dann, 
wenn gleichzeitig mehrere Regler mit Ihrem Takt 'synchron' werden und 
die Puffer-ELKOs bei der +5V-Eingangsspannung in die Knie gehen. Auf 
Deinem Schaltplan sind für den LTC3736 für jeden Zweig nur 22µF 
vorgesehen (unter diesem Aspekt evtl. ein bißchen zu wenig). Wie gut 
gepuffert kommen diese 5V aber wirklich an alle von Dir verbauten 
Regler? Überprüfe mal mit einem Oszi z.B. die Eingangsspannungen zu den 
Reglern direkt an den (High-Side-)Schalttransistoren, also Pin 3 der 
Si7540DP. Gibt es da einen Zusammenhang zu den Zeitpunkten wenn der 
Regler mehr/weniger Strom zieht?

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Löte mal C41, C44, C45 / C42 C46 C47 ab und ersetze sie gegen 
VS-Keramikkondensatoren, primär sollte der grösser sein und über die 
Pads überstehen, so 10-22uF, sekundär nur einen bestücken, so 22-47uF 
und den anderen ersetzen durch einem Widerstand als Grundlast. 
Vielleicht kannst du auch die Spule gegen eine 2u2 ersetzen.

Schau dir noch mal dein Schaltzeichen des PMOSFETs an, und allgemein 
hast du den Trend, selbst Hochstromleitungen durch VIAs zu führen und 
Masseanschlüsse der Bauteile nach aussen zu legen, und damit den 
Masseweg möglichst lang zu machen. Strom muss in ein Bauteil rein und 
raus, es gibt keinen Grund, Masse nach aussen zu schieben, die Platine 
könnte besser sein, wenn du manchmal die Bauteile umdrehst.

Autor: Andreas B. (loopy83)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Also welchen R meintest Du?
Verzeihung, ich meinte selbstverständlich den R42...

Ich habe das Problem jetzt auf die 1,8V Seite eingegrenzt.
Ich habe angefangen die Spulen getrennt voneinander auszulöten. 
Verbleibt nur die 1,5V Spule, funktioniert alles wunderbar, also keine 
Stromschwankungen.
Setze ich die 1,8V Spule wieder ein, ist der Fehler wieder da.

Ich habe dann vermutet, dass es eine Schutzschaltung sein könnte, die 
dieses Verhalten hervorruft. Also habe ich einfach mal die ITH Pins 
beider Seiten gemessen, um eine Fehlbestückung auszuschließen.

Dabei ist mir auf der fehlerhaften 1,8V Seite folgender Verlauf 
aufgefallen, den ich mit einem Oszi von meinem Messtechnik Prof. 
gemessen habe.
Bild 1 zeigt die ITH Spannung direkt nach dem Einschalten.
Bild 2 zeigt den stationären Zustand nach ca. 2s.
Zwischendurch streckt sich das Signal von Bild 1, bis es sich dann bei 
Bild 2 sich nicht mehr verändert (man beachte die unterschiedlichen 
Frequenzen).

Auf der 1,5V Seite liegt hier eine ca. 760mV große Gleichspannung an, 
also keine Spannungsanstiege auf über 1V wie bei 1,8V.

Wenn ich es richtig interpretiere, schaltet die 1,8V Seite also wegen 
Überstrom ab und versucht dann zyklisch einen Neustart. Am Anfang in 
kürzeren Intervallen und dann nur noch 20mal die Sekunde.

Interpretiere ich das richtig und ich kann mich auf die Suche nach 
Kurzschlüssen auf der Platine machen? Die Suche wird aber nicht 
einfach... ich denke ich werde mit den Cs beginnen und die nach und nach 
auslöten.

Vielen Dank!
Andi

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas B. schrieb:
>> Also welchen R meintest Du?
> Verzeihung, ich meinte selbstverständlich den R42...
>
> Ich habe das Problem jetzt auf die 1,8V Seite eingegrenzt.
> Ich habe angefangen die Spulen getrennt voneinander auszulöten.

Wenn die Spule auf der 1V8-Seite raus ist, kannst Du ja mal rein ohmsch 
(Multimeter) die Ausgangs-ELKOs (C44, C45) nach Kurzschlüssen 
überprüfen.

> Verbleibt nur die 1,5V Spule, funktioniert alles wunderbar, also keine
> Stromschwankungen.
> Setze ich die 1,8V Spule wieder ein, ist der Fehler wieder da.

Wer jetzt ein LCR-Meter sein Eigen nennen kann, wäre klar im Vorteil! 
Einfach damit man mal die Induktivität überprüfen. Hat sie noch ihren 
Sollwert, liegen Windungschlüsse vor, ...

> Ich habe dann vermutet, dass es eine Schutzschaltung sein könnte, die
> dieses Verhalten hervorruft. Also habe ich einfach mal die ITH Pins
> beider Seiten gemessen, um eine Fehlbestückung auszuschließen.
>
> Dabei ist mir auf der fehlerhaften 1,8V Seite folgender Verlauf
> aufgefallen, den ich mit einem Oszi von meinem Messtechnik Prof.
> gemessen habe.
> Bild 1 zeigt die ITH Spannung direkt nach dem Einschalten.
> Bild 2 zeigt den stationären Zustand nach ca. 2s.
> Zwischendurch streckt sich das Signal von Bild 1, bis es sich dann bei
> Bild 2 sich nicht mehr verändert (man beachte die unterschiedlichen
> Frequenzen).
>
> Auf der 1,5V Seite liegt hier eine ca. 760mV große Gleichspannung an,
> also keine Spannungsanstiege auf über 1V wie bei 1,8V.
>
> Wenn ich es richtig interpretiere, schaltet die 1,8V Seite also wegen
> Überstrom ab und versucht dann zyklisch einen Neustart. Am Anfang in
> kürzeren Intervallen und dann nur noch 20mal die Sekunde.

Da nirgends ein (Über-)Strom gemessen wird, muss dies nicht zwangsläufig 
die Ursache sein.
Wenn aber schon mal die jeweilige Spule bei den 1V5- und/oder 
1V8-Zweigen draussen ist (den Controller aber dabei ganz normal 
betreibst, also Spannung dran und Enablen), kannst Du ja mal von Extern 
eine (regelbare) Spannung zwischen 0V und der Soll-Ausgangsspannung an 
jeweils einen der Ausgänge anlegen - dabei die anliegende Spannung immer 
wieder kontrollieren (falls einer oder mehrere Tantal-ELKOs einen 
spannungsabhängigen Schluß haben wird Dir das dann sicher auffallen). 
Wenn Du Dir dann den Verlauf an den ITH-Pins anschaust, kannst Du 
immerhin überprüfen ob der entsprechende Fehlerverstärker (EAMP wie auf 
den Seiten 8 u. 9 des Datasheets gezeigt) korrekt funkioniert.

> Interpretiere ich das richtig und ich kann mich auf die Suche nach
> Kurzschlüssen auf der Platine machen? Die Suche wird aber nicht
> einfach... ich denke ich werde mit den Cs beginnen und die nach und nach
> auslöten.

Ein Kurzschluss könnte wie gesagt die Ursache sein (ist meistens auch 
das zutreffende Problem), aber genauso kann es auch eine fehlerhafte 
Lötstelle sein (z.B. hochohmig geworden, ...) oder auch ein VIA gerissen 
(ergo fehlende Durchkontaktierung) usw.

Autor: Marcus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Zu den Tantals: Das sind ganz normale Tantal Elkos, die für einen 
Schaltregler nicht geeignet sind. Der ESR ist viel zu gross und auch was 
den max. Ripple Current angeht werden sie der Belastung nicht gewachsen 
sein.

Gruß, Marcus

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.