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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Buck-Schaltregler funktioniert nicht korrekt


Autor: Sym (Gast)
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Ich habe eine Platine gebaut mit 2 FAN8303 Buck-Reglern (von Fairchild 
Semiconductor). Das Problem ist: Der IC funktioniert korrekt, jedoch 
beginnt der IC mit der Zeit immer mehr Strom zu ziehen bis das Netzgerät 
in die gewählte Strombegrenzung geht. Das passiert nach Minuten bis 2h. 
Der IC selbst wird nicht besonders heiß, jedoch die Spule und der Tantal 
Kondensator. Lässt man die Schaltung abkühlen, kann man das ganze Spiel 
von vorne nochmals spielen.

Eingangspannung ist 7-14V, Ausgangspannung 3,3V. Eingangskondensator 680 
uF low-ESR Elko, geschirmte 47 uH Spule, und 100 uF Tantal am Ausgang, 
4A Schottkydiode als Freilaufdiode. Die Bauteile restlichen Bauteile 
entsprechen dem Datenblatt. PCB Layout ähnlich dem Datenblatt.

Folgendes habe ich probiert:
1) Kompensationsgrenzfrequenz runtersetzen auf 10 kHz durch Rc=10kOhm, 
Cc=10nF und Ca=10nF. Bringt gar nichts.
2) Zusätzliche Kondensatoren am Eingang: 10 nF um das Ringing etwas zu 
reduzieren.
3) Induktivität verändern: von 47 uH auf 24 uH
4) Zusätzlicher Ausgangskondensator
5) Last am Ausgang durch Widerstand auf 220 mA erhöhen um lückenden 
Betrieb mit wenig Last zu vermeiden.
6) Niederohmige Widerstände am Feedbackeingang

Folgendes habe ich bereits gemessen:
A) Eingangspannung am IC: etwas Ringing sonst ok
B) Ausgangspannung am Kondensator: etwas Ringing, aber sonst stabil
C) Schottkydiode: Ist durchgängig, schafft laut Datenblatt 10V/ns. Passt 
also.
D) Spannung am Switcher Pin: Sieht seltsam aus, siehe Bild. Der 
High-Side Switch schaltet ein, etwas Ringing. Dann schaltet er aus und 
die Spannung sinkt auf minus die Flussspannung der Diode. Dann kommt 
jedoch dieses halbsinusförmige Zeugs. Im lückenden Betrieb sollte hier 
die Spannung auf 3,3V ansteigen bis der Switch wieder einschaltet. 
Jedoch sinkt die Spannung dann wieder bevor der High-Side Switch 
schaltet. Sieht für mich so aus, als würde der IC Leistung über die 
Spule aus dem Kondensator holen.

Den IC selbst habe ich bereits getauscht, jedoch ohne Erfolg. Was kann 
da noch die Ursache sein? Für Lösungen wäre ich euch dankbar! Wo sind 
die Schaltregler-Spezialisten?

Autor: MaWin (Gast)
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Spule geht vorzeitig in Sättigung weil sie zu warm wird,
denn Wärme verringert die Permeabilität (oder vergössert,
wie auch immer das definiert ist). Nimm ne dickere Spule.

Autor: Johannes (Gast)
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Wenn der Tantal warm wird, würde ich vermuten, dass der entweder kaputtt 
ist oder dass seine Spannungsfestigkeit zu gering ist.

Wenn der Regler am Ausgng unbelastet ist, darf der Tantal eigentlich 
nicht warm werden!

Autor: Sym (Gast)
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Der Tipp ist gut.
Die Spule hat einen Sättigungsstrom von 1.3 A. Getestete Last ist nur 
30-250 mA bei 3,3V. Ich denke nicht, dass die Spule in Sättigung gehen 
kann. Mit zwei dieser Spulen parallel passiert übrigens das gleiche.
Der Eingangsstrom in den IC ist (bei geringer Last) anfangs 30 mA und 
steigt bei gleichbleibender Last auf über 200 mA an. Werde noch 
überprüfen, ob der Duty Cycle im selben Ausmaß ansteigt... am Montag 
dann.
Warum bringt es geringfügig etwas, wenn ich den Switch IC mit Kältespray 
abkühle? Nur weil die MOSFETs dann niederohmiger sind? Spule besprühen 
werde ich auch testen!
Danke!

Autor: Sym (Gast)
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Schwer zu sagen, ob der Tantal selbst warm wird oder nur über die Plane. 
Spannungsfestigkeit ist 10V, ESR 0.2 Ohm.

Autor: Georg A. (Gast)
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Der Bootstrap-C passt? An dem BS-Pin sollte ungefähr das Schaltsignal, 
aber mit ca +5V Offset zu sehen sein.

Oder gibts evtl. eine Einstreuung auf EN?

Autor: Johannes (Gast)
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> Warum bringt es geringfügig etwas, wenn ich den Switch IC mit Kältespray
> abkühle?

Hast Du auch mal den Tantal angesprüht? Falls der Tantal defekt ist, 
wird der vielleicht auch mitgekühlt, wenn du den IC abkühlst.

Wenn man solche Versuche macht, sollte man immer unterschiedliche 
Stellen ansprühen, so dass man sieht, wo der Effekt am größten ist. 
Ansonsten siehst du nur, dass abkühlen hilft, aber das hast Du ja vorher 
auch schon gewusst.

Alternativ kann man auch mit dem Lötkolben einzelne Bauteile vorsichtig 
warm machen; einfach einen Tropfen Lötzinn an die Lötspitze hängen und 
dann kurz (einige Sekunden) auf das Bauteilgehäuse (nicht an die 
Kontakte!) draufhalten.

Oder tausch den Tantal einfach mal aus, dann sieht man schnell, ob es 
was bringt.

Autor: hans (Gast)
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hallo sym,
das oszillogramm ist ok.  da du so wenig strom am ausgang entnimmst, 
geht die drossel in den lückbetrieb, bevor der hi-side fet wieder 
einschaltet. daher geht sie in resonanz mit der 
dioden-sperrschichtkapazität und macht diese (harmlosen!) überschwinger 
nach dem abschalten des fet.
bei dem geringen strom, den du fährst, musst du die drossel gut 
verfünffachen (220uH), um aus dem lückbetreib rauszukommen. wenn der 
tantal am ausgang heiß wird, isr er...
 -ööhm-- vielleicht falsch gepolt?
oder nicht für doppelte spannung dimensioniert?
teste mal einen "normalen" elko statt des tantals.

hans

Autor: Tabellator (Gast)
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Sym schrieb:
> und 100 uF Tantal am Ausgang

Sym schrieb:
> Spannungsfestigkeit ist 10V, ESR 0.2 Ohm.

Gibts da irgendeinen Grund für den Tantal?
Versuch mal (wie auch von hans geschrieben) einen LowESR Elko 
stattdessen.
Mehr Spannungsfestigkeit, besserer ESR (10..20 mOhm), geringere 
Feuergefahr, kein Blut-Tantal aus dem Kongo...

Autor: Sym (Gast)
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Ihr seid wirklich super! Danke.

Hab es nun gefunden, der Tantal war defekt. Ich habe den IC in Verdacht 
gehabt und tatsächlich hat der Tantal kurzgeschlossen und soviel Strom 
gezogen, dass auch die Spule in Sättigung gegangen ist, was im 
Normalfall nie vorkommen kann.

Topic kann somit geschlossen werden.

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