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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Problem mit Spannungseinbruch


Autor: Colt Fish (Firma: TUC) (coltfish)
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Mahlzeit!

Zunächst ein paar Infos zu meiner Schaltung:

Aus einem LiPoly-Akku wird über einen Buck-/Boost-Regler (LTC3440, siehe 
Schaltplan) die 3.3V-Spannung für meine Schaltung erzeugt. Um Strom 
sparen zu können, kann ich Teile der Schaltung über ein MOSFET von der 
Versorgung trennen (+3V3_SW im Schaltplan). Im Stromsparmodus sind dann 
nur "Kleinverbraucher" (µC, RTC, serielles EEPROM) bestromt. An dem 
schaltbaren Schaltungsteil hängen ein paar weitere ICs, den höchsten 
Strombedarf wird hier aber die angeschlossene SD-Karte haben.

Nun habe ich das Problem, dass es beim Einschalten des sekundären 
Schaltungsteils über den MOSFET durch den µC scheinbar zu einem 
Spannungseinbruch kommt. Ich kann dies nicht durch Messungen belegen, 
allerdings kommt es (fast immer) zu einem kurzzeitigen Reset des µC.

Wie man im Schaltplan rechts sieht, habe ich in die beiden 
Schaltungsteilen "Angstkondensatoren" in Form von 100µF Elkos eingebaut, 
die ich hier als Auslöser der Spannungseinbrüche vermute.
Meine Verdächtigung der Kondensatoren begründet sich dadurch, dass beim 
wiederholten Ein-/Ausschalten des Sekundärkreises mit kurzer Pause 
dazwischen (bis ca. 5 Sekunden) kein Controller-Reset auftritt, jedoch 
eigentlich immer, wenn man den Schaltvorgang mit deutlich größeren 
Pausen durchführt.

Nun meine Fragen:
1.) Sind große Elkos in vorliegendem Umfeld überhaupt nötig? Bieten sie 
mir irgendwelche Vorteile hinsichtlich der Stabilisierung der 
Spannungsversorgung meiner (Digital-)Schaltung?

2.) Gibt es Faustformeln, nach denen ich den Bedarf von Speicherelkos in 
der Schaltung ermitteln kann? (z.B. á la "pro 100mA Strombedarf der 
Schaltung benötigt man XY µF Kapazitäten in der Schaltung"...)
Sicherlich wird hier das Impulsverhalten auch noch eine Rolle spielen...

3.) Führt der Ladestrom des Kondensators (C70) nach Einschalten der 
Sekundärversorgung hier zu dem Controller-Reset? Hätte ich irgendwelche 
Nachteile, wenn ich den Kondensator einfach entferne? Bzw. ersetze? Aber 
durch was?

Ich wäre für ein paar Infos sehr dankbar. Auch Hinweise zum 
Selbststudium sind willkommen!

Gruß
Daniel

Autor: Fabian (Gast)
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Ich sehe nur ein X...
Aber wenn Du die Kondensatoren im Sekundärteil verwendest, dann darfst 
Du diesen Schaltungsteil auch nur über einen Ladewiderstand 
"hochfahren". Allerdings halte ich das für unschön und würde eher dazu 
raten die Kondensator in Nähe des Mos-Fets auf die Primärseite zu 
setzen.

Autor: Colt Fish (Firma: TUC) (coltfish)
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Fabian schrieb:
> Ich sehe nur ein X...
Komisch. Nungut, noch ein Versuch als JPG.

> Aber wenn Du die Kondensatoren im Sekundärteil verwendest, dann darfst
> Du diesen Schaltungsteil auch nur über einen Ladewiderstand
> "hochfahren". Allerdings halte ich das für unschön
Ja, das mit dem "Ladewiderstand" hatte ich auch schon überlegt, aber 
würde ich wegen der Verlustleistung eigentlich gerne vermeiden...

> und würde eher dazu raten die Kondensator in Nähe des Mos-Fets auf die
> Primärseite zu setzen.
Da sitzt eigentlich ja schon einer (siehe rechten Teil des Schaltbilds). 
Daher die Frage, ob man den sekundärseitigen Speicherelko komplett weg 
lassen kann.

Gruß & Dank
daniel

Autor: Colt Fish (Firma: TUC) (coltfish)
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Okay, komplizierte Frage scheinbar :-)

Wie macht Ihr das denn grundsätzlich bei größeren Schaltungen, setzt Ihr 
nur die im Datenblatt der Schaltregler vorgegebenen Kapazitäten + die 
Abblockkondensatoren an den Digital ICs aufs Board oder verteilt Ihr 
noch Speicherkapazitäten auf dem Board?

Das ist ja hier die entscheidende Frage! Denn vielleicht treten meine 
Spannungsabfälle nur durch ein Bauteil auf, dass für die sichere 
Funktion der Schaltung völlig überflüssig ist.

Ich würde mich bezüglich dieser Problematik ja gerne auch irgendwo 
belesen. Aber wo?

Autor: holger (Gast)
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>Okay, komplizierte Frage scheinbar :-)

Nö, fahr die Gatespannung vom FET langsamer hoch,
bzw. schalte ihn langsamer ein.

Autor: Colt Fish (Firma: TUC) (coltfish)
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holger schrieb:
>>Okay, komplizierte Frage scheinbar :-)
> Nö, fahr die Gatespannung vom FET langsamer hoch,
> bzw. schalte ihn langsamer ein.

Hm ja danke. Mir ist klar, dass ich durch eine Reduzierung der 
Schaltgeschwindigkeit das rapide Absacken der Versorgungsspannung 
verhindern könnte. Aber dadurch würde ich ja quasi nur den den 
Widerstand des FETs erhöhen und hätte damit den "Ladewiderstand" in der 
Schaltung, den ich eigentlich vermeiden wollte. Außerdem erfolgt der 
Schaltvorgang digital vom µC, ich kann die Schaltgeschwindigkeit nicht 
ohne weiteres reduzieren.

Und es würde leider nicht die eigentliche Frage beantworten, ob die 
Pufferkapazität dort überhaupt von Nutzen ist.

Autor: holger (Gast)
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>Aber dadurch würde ich ja quasi nur den den
>Widerstand des FETs erhöhen und hätte damit den "Ladewiderstand" in der
>Schaltung, den ich eigentlich vermeiden wollte.

Ja schon, aber nicht auf Dauer. Wenn die Gatespannung
weit genug hochgefahren ist schaltet der FET voll durch.
Softstart quasi.

Autor: mhh (Gast)
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Colt Fish schrieb:
> Nun habe ich das Problem, dass es beim Einschalten des sekundären
> Schaltungsteils über den MOSFET durch den µC scheinbar zu einem
> Spannungseinbruch kommt.

Logisch, da muss ja noch einiges an Kapazitäten nach dem Mosfet geladen 
werden.

Colt Fish schrieb:
> Im Stromsparmodus sind dann
> nur "Kleinverbraucher" (µC, RTC, serielles EEPROM) bestromt.

Wenn die Stromaufnahme keine großen Schwankungen hat, einen 
Serienwiderstand in Reihe einfügen. Dadurch wird der Einbruch 
abgemildert.

Autor: Christian Berger (casandro) Flattr this
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Eventuell kannst Du auch den Mikrocontroller hinter eine Diode tun. Die 
Diode würde dann verhindern, dass ein anderer Verbraucher die 
Stützkondensatoren leer lutscht.

Autor: Colt Fish (Firma: TUC) (coltfish)
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Danke für die Vorschläge! Alle haben ihren Reiz, aber auch den Nachteil, 
dass keiner der Vorschläge ohne den Einbau zusätzlicher Komponenten 
auskommt, was in meiner - bereits mehrfach aufgebauten Schaltung - so 
einfach nicht geht.

Ich würde daher gerne zunächst so tun, als gäbe es diesen Schaltvorgang 
gar nicht, um noch einmal auf die Grundsatzfrage zurückkommen, wie man 
Pufferelkos dimensioniert und welchen Nutzen sie bringen. Any ideas?

Danke.

Autor: Colt Fish (Firma: TUC) (coltfish)
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Guten Abend.
Ich habe jetzt den Elko aus der Schaltung entfernt und erwartungsgemäß 
bleibt der Reset des Controllers nun aus.
Die bisherige Funktion der Schaltung ist ohne den Elko (scheinbar) 
unverändert.

Natürlich ist es sehr erfreulich, dass in diesem Einzelfall das Problem 
so einfach zu lösen ist. Allerdings werde ich mich bei der nächsten 
großen Schaltung wieder fragen, ob und in welchem Umfang ich Zusatzelkos 
zur Spannungsstabilisierung vorsehen muss!?
Mensch Leute, seid doch mal nicht so geizig mit Euren Infos! :-D Wie 
macht Ihr das?

Gruß

Autor: mhh (Gast)
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Colt Fish schrieb:
> Wie
> macht Ihr das?

Wie schon erwähnt - Entkopplung über Widerstand oder Diode z.B.

Autor: 112 (Gast)
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also einer der Doktoranden in meinem Institut meinte, er stützt seine 
Schaltungen oftmals mit Elkos, setzt aber direkt daneben noch kleine 
Keramikkondis im nF-pF Bereich.

Der Grund wäre, dass diese schneller reagieren würden als ein lahmer 
Elko, letzterer aber für die Power verantwiortlich wäre.

Undansosnten grundsätzlich 100nF neben alle Versorgungspins.

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