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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Richtiger Kondensator für Schaltregler


Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo,

ich habe folgendes Schaltreglermodul von TI im Einsatz:
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ptr08100w.html

Ich habe den Ein- und Ausgang mit LowESR Tantal Kondensatoren bestückt, 
jeweils 100uF.

Nun habe ich an der Ausgangsspannung einen deutlichen 300kHz Ripple (ca. 
300mV). Am Ausgang habe ich noch einen 330uF geschaltet... testweise. 
Die Ripplefrequenz entspricht genau der Schaltfrequenz.

Gibt es die Möglichkeit, anhand der 300kHz Störung direkt einen 
passenden keramischen Kondensator mit X7R/X5R zu berechnen, den ich dann 
einfach parallel schalte?

Die 300kHz scheinen auch am Eingang messbar zu sein. Am Eingang habe ich 
12V und am Ausgang 1,55V bis 4,8V, einstellbar über ein 2k Poti.

Wäre sonst ein LC-Tiefapss eine Variante, mit einer möglichst kleinen 
Grenzfrequent? Wobei dann auch keine schnellen lastwechsel mehr 
ausgeregelt werden können... mhm... aber ich dachte so an 10uF mit 
10uH... könnte doch klappen, oder?
Aber den für 10A auszulegen ist sicher auch nicht einfach.

Vielen Dank!

Autor: Stefan (Gast)
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In Datenblatt steht doch alles haargenau drin.... sogar Hersteller und 
Typenbezeichnung der Cs ???

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Genau zwei dieser Cs habe ich auch verwendet, aber dennoch habe ich 
diesen Ripple. Daher meine Frage nach einem zusätzlichen eramik-C.

Vielen Dank :)

Autor: A. R. (redegle)
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Sehr hilfreich währe eine Aufnahme des Oszilloskops, damit wir 
abschätzen können, um welche Art Störung es sich handelt.

Der beste Kondensator hilft nichts, wenn die Induktivität der Zuleitung 
größer ist, als die Induktivität des Kondensators.

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Könnte es nicht auch ein Layoutproblem sein?

Anselm

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo,

> Sehr hilfreich währe eine Aufnahme des Oszilloskops, damit wir
> abschätzen können, um welche Art Störung es sich handelt.
Sollst du bekommen :)

> Der beste Kondensator hilft nichts, wenn die Induktivität der Zuleitung
> größer ist, als die Induktivität des Kondensators.
Meinst du die Induktivität der Messleitung?
Ich messe mit einem aktivem Tastkopf vom Typ P6243 an einem Tek TDS3054. 
Mein Prof. hat sie auf mein Anraten hin erst neulich bestellt.

>Könnte es nicht auch ein Layoutproblem sein?
Schließe ich eigentlich aus. Denn der Schaltregler an sich ist ja auf 
dem fertig bestellten Modul. Eingangs und Ausgangs-C liegen genau neben 
den Pins und der Rset liegt auch genau daneben... also viel falsch 
machen kann man da meiner meinung nach nicht, weil weder Spule und die 
Feedbackteiler irgendwie kritisch geroutet werden können.

Vielen Dank!

Autor: A. R. (redegle)
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So wie ich das verstanden habe muss der Ausgangskondensator selbst 
platziert werden.

Ich hoffe du hast eine sternförmige Masse oder eine Massefläche.
Alle Ein- und Ausgänge deines Moduls, welche mit Masse verbunden werden 
sollten möglichst auf kurzem wege miteinander verbunden werden.

Wo misst du momentan die Spannung?
Habe kein Layout oder Bild von dem Aufbau.
Versuche mal die Spannung direkt am Elko zu messen.
Wenn ich mir das Oszibild so anschaue sieht das (Rechteck) nach einem 
induktiven Spannungsteiler aus.
Die ganz kurzen hohen Spannungsspitzen sind in der parasitären kapazität 
deiner Spule begründet.

Autor: A. R. (redegle)
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Auf diesem Schaltbild eines andren Schaltreglers ist erklärt, welche 
Leitungen kurz zu halten sind.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/88923/69...

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo,

Richtig, ich habe eine Massefläche unter dem Modul.

Die Eingangs- und Ausgangkondensatoren habe ich direkt an die Pins des 
Moduls platziert, kürzerer Weg geht rein physiklaisch nicht. Eingestellt 
habe ich aktuell 1,6V und arbeite noch ohne Last.

Die Spannung messe ich direkt am Ausgangselko.
Ich werde mal eine passive Messspitze hernehmen und damit mal eine 
Vergleichsmessung machen. Die aktiven tastköpfe sind noch brandneu und 
mit denen habe ich noch nicht gearbeitet, vielleicht habe ich da noch 
etwas nicht beachtet?!

Vielen Dank!

Autor: mhh (Gast)
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Andreas B. schrieb:
> Eingestellt
> habe ich aktuell 1,6V und arbeite noch ohne Last.
>
> Die Spannung messe ich direkt am Ausgangselko.

Pack mal eine Last mit ran beim messen. Ohne Last hat alles keinen Wert 
für die Ripple Aussage.

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo,

reichen ein paar mA, oder müssen es schon ein paar A sein, um den Regler 
ins Schwitzen zu bringen?

Danke!

Autor: A. R. (redegle)
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Du hast eine Reihenschaltung zwischen.

Ausgang deines Reglers
Spule
Kondensator
GND

Ich vermute, dass du die parasitäre Induktivität deines Kondensators 
siehst.

Also Reihenschaltung zwischen

Ausgang des Reglers
Spule
parasitäre Induktivität des Kondensators
Kondensator
GND

Deswegen sieht man immer im Schaltmoment dieses Rechteck.

Kennst du die Induktivität deiner Spule?
Dann könnte man die parasitäre Induktivität des Kondensators berechnen.

L2/L1=U2/U1

Kannst du zu Testzwecken einen 100nF Keramikkondensator parallel zum 
Kondensator schalten?

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo,

also auf der Hauptinduktivität auf dem Modul steht nur PG0460NL 0808-S 
drauf, habe dazu aber nichts gefunden, weiß also auch nicht, wieviele uH 
die hat.

Ich habe mal ein Bild mit Last und ein Bild mit zusätzlichem 100nF C 
angehängt... beides bringt keine Verbesserung.

Die passive Messleitung zeigt ein ähnliches Ergebnis, ich bleibe also 
bei der aktiven.

Ich werde den Ausgangs-C jetzt mal gegen einen keramischen tauschen, der 
einen sehr niedrigen ESR hat... vielleicht liegt es ja daran.

Vielen Dank :)

Autor: A. R. (redegle)
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Was passiert bei 100nF ohne Last?

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Leider auch keine Veränderung :(

Ich habe jetzt nochmal zwei 10uF keramisch und einen 330uF Tantal 
hergenommen... gleiches Bild, nur das die positiven Spitzen etwas 
kleiner geworden sind. Die nagativen hingegen sind geblieben.

Ich hab nun wirklich keine Ahnung mehr, an was das liegen könnte.
Ich bin kurz davor aufzugeben... kann doch wohl nicht wahr sein. Da 
nimmt man so ein Modul um sich Stress im layout zu ersparen und dann 
das... tztz :(

Vielen Dank!

Autor: A. R. (redegle)
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Das ist sehr komisch!

Kannst du nochmal ein Bild vom Aufbau machen und zeigen, wo du wie 
misst?

Hatte letztens ein sehr ähnliches Problem.
Bei mir lag es an einer parasitären Induktivität von ca. 68nH.

Durch verändert des Kondensatoranschlusses ließ sich das Problem 
beheben.

Autor: Michael K. (michael007)
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Wie groß ist denn Deine Speicherdrossel?
Beim Schaltregler wird der Ausgangsrippel maßgeblich
durch den Stromrippel in der Spule und dem ESR des Ausgangskondensators
bestimmt.
Der Rippel kann also auch durch Erhöhung der Induktivität verringert 
werden.

Grüße,
Micha

Autor: A. R. (redegle)
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@ Michael K.

Sein Ausgangsrippel verursacht durch den Stromrippel der Spule liegt in 
der Größenordnung 10mV. Dies sollte nämlich ein dreieckförmiger Verlauf 
sein.

@ Andreas B.
Merke gerade das wir Namensfetter sind.
Habe gerade ein Bild hochgeladen. Ich hoffe es hilft weiter.

Die parasitäre Induktivität des Kondensators bzw. von den Leitungen 
bildet einen induktiven Spannungsteiler mit deiner Spule. Hierdurch 
entsteht dieser Spannungssprung. Also ein Teil der Rechteckspannung am 
Eingang erscheint am Ausgang.

Autor: Michael K. (michael007)
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@A.R. hast natürlich Recht... Hatte den Verlauf gar net genauer 
betrachtet...

Hier auch nochmal ne Simulation... Muss also von den Induktivitäten 
kommen...

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo zusammen,

ich habe mal das "Layout" angehängt.
Zu sehen der Bottom-Layer. Das Modul wird von oben durchkontaktiert. Zu 
sehen ist also die Beschaltung unter der Platine auf der Rückseite.

Kürzere Wege kann man einfach nicht verwirklichen.

5V0 ist mein Ausgang und genau dort messe ich auch, ebenfalls in 
unmittelbarer Nähe zum Kondensator.

Ich wüßte jetzt also nicht, wo diese störenden Induktivitäten herkommen 
sollten, wenn nicht im Kondensator. Aber da ich schon mehrere 
ausprobiert habe, sowohl Tantal, als auch keramisch und sich nichts 
entscheidendes geändert hat... tja... sehr komisch.

Sowohl Eingangsspannung, Ausgangsspannung und GND haben vollflächige 
Planes unter dem Reglermodul.

Vielen Dank für die viele Mühe und Geduld :)

Autor: Andreas B. (loopy83)
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So nun aber :)

Autor: A. R. (redegle)
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Habe gerade gelesen, dass der Schaltregler 10A kann.
Wenn die Spule für 10A Dauerstrom ausgelegt ist und das bei der 
Baugröße, dann wird die Induktivität der Spule sehr klein sein. Das 
erklärt auch dein Problem.

Wenn die Spule 50µH hat, dann müsste deine parasitäre Kapazität 420nH 
haben.
Also um den Faktor 120 kleiner. Nämlich 12V/0,1V.

Mit messe direkt am Kondensator meinte ich auch DIREKT.
Du könntest mal testweise einen SMD Kondensator 100nF X7R direkt an die 
Beine des "ICs" löten, wo du auch die Spannung abnimmst.
Oder mit den Messspitzen DIREKT an die Anschlüsse des Kondensators 
gehen.

Du könntest auch mal testweise eine Spule in der Größenordnung von 500µH 
in Reihe zu der Spule löten.

Autor: eProfi (Gast)
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Ohne Laststrom ein so großer Ripple?

Ich würde lieber mal schauen, wass Du da überhaupt misst.
Messen ist eine Kunst mit vielen Tücken.

Ich kann nur sagen: Ground Noise und RAP
Robert A. Pease hat dazu einen sehr schönen Artikel geschrieben:


www.mikrocontroller.net/topic/149959#1412232
> Den Massedraht des Tastkopfes bitte bei solchen Messungen nicht
> benutzen!!! Damit fängt man sich sowieso nur Schrott ein. Nur ganz
> vorne Signal und Masse direkt an der Spitze nehmen.

so wie es RAP (Robert Bob Pease) empfiehlt:
What's All This Ground Noise Stuff, Anyhow?
http://www.national.com/rap/Story/0,1562,18,00.html

Ich empfehle jedem, alle Stories zu lesen, da kann man viel lernen.

Autor: Michael K. (michael007)
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Andreas B. schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> ich habe mal das "Layout" angehängt.
> Zu sehen der Bottom-Layer. Das Modul wird von oben durchkontaktiert. Zu
> sehen ist also die Beschaltung unter der Platine auf der Rückseite.
>
> Kürzere Wege kann man einfach nicht verwirklichen.
>
> 5V0 ist mein Ausgang und genau dort messe ich auch, ebenfalls in
> unmittelbarer Nähe zum Kondensator.
>
> Ich wüßte jetzt also nicht, wo diese störenden Induktivitäten herkommen
> sollten, wenn nicht im Kondensator. Aber da ich schon mehrere
> ausprobiert habe, sowohl Tantal, als auch keramisch und sich nichts
> entscheidendes geändert hat... tja... sehr komisch.
>
> Sowohl Eingangsspannung, Ausgangsspannung und GND haben vollflächige
> Planes unter dem Reglermodul.
>
> Vielen Dank für die viele Mühe und Geduld :)

wie weit hast du denn das mobul "raushängen"?
ich würde es mal direkt bis zum anschlag reinstecken und dann anlöten.

Grüße,
Micha

Autor: Andreas B. (loopy83)
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Hallo zusammen,

eProfi schrieb:
> Ich würde lieber mal schauen, wass Du da überhaupt misst.

Dieser Beitrag hat mich dazu bewogen nochmal genauer meine Messmethode 
zu überprüfen. Ich hatte ganz kleine Klemmen am aktiven Tastkopf und 
habe damit sowohl direkt (!) am Kondensator, als auch an den Beinchen 
gemessen. Beide Ergebnisse waren nahezu identisch.

Nach dem studieren des Beitrages von Robert habe ich dann zur Messspitze 
mitgelieferte kürze Aufsteckspitzen genommen und siehe da... die Spitzen 
waren kleiner und ich hatte nur noch 150mV Ripple.
Also habe ich dann die kürzesten genommen, die sind nur ca. 4mm lang und 
der Verlauf sah auf einmal aus, wie ich ihn erwartet hatte (siehe Bild).

Das ganze Problem lag also begründet in der Messtechnik und in den 
Induktivitäten der Messleitungen... das es einen solch großen Effekt 
haben kann, hätte ich nie und nimmer gedacht!

Ich werde mich also in Zukunft in dieser Richtung weiter 
sensibilisieren.

Vielen Dank und sorry für die doch recht triviale Lösung des Problems.
Aber besser als keine Lösung :)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Wer viel misst, misst Mist. Da ist schon was dran :-)

Autor: Martin K. (martin_k)
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Wow, das könnte auch mein Problem sein!

Beitrag "Re: Liion Pack (4S2P) mit PWM laden?"

Ich habe bequemlichkeitshalber mit hirschmannklemmen gemessen...

das werde ich jetzt zuerstmal prüfen!

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