Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Step-Down schaltet ab nach Zuschalten einer Kapazität


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von Fabian S. (jacky2k)


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Hallo,

ich habe hier eine kleine Schaltung mit einem Step-Down und einem 
Linear-Regler hintereinander. Es is so, dass der Step-Down meistens 
abschaltet, sobald der LDO sich zuschaltet. Das ganze hängt von der 
Größe der Kapazität C1 ab. Mache ich sie kleiner startet er immer 
erfolgreich, erhöhe ich sie funktioniert es nie. Mir ist klar, dass die 
Spannung am Ausgang des Step-Down zunächst, wie auf den Bildern zu 
sehen, einbricht (hier um ca. 25%, da 47µF/(47µF+150µF)=25%), doch gibt 
der Step-Down dann in einigen Fällen wohl auf und schaltet mehr oder 
weniger ab. Im Datenblatt konnte ich keine Erklärung dafür finden.
Hat jemand eine Idee wie ich dieses Problem beheben kann ohne den 
Kondensator C1 kleiner zu machen?

Kurz zur Erläuterung der Bilder:
Kanal 1 = +15V
Kanal 3 = LSP13
Kanal 4 = +10V

: Verschoben durch Moderator
von Michael .. (bigneal)


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evtl greift ja der überstrom Schutz vom schaltregler

von Horst (Gast)


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und wenn du C5 grösser machst, in der Hoffnung, dass er den 
Einschaltstrom vom zweiten Regler besser abfedert?

von hinz (Gast)


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Layout?

von Michael H. (michael_h45)


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Serien-LC über R5 und C über R2. Zeitkonstanten je nach Schaltfrequenz. 
Ich würde bei ein paar µs anfangen.
Vor allem zweiteres verschlechtert dir zwar die Regeleigenschaften, aber 
der Linearregler hat ja eh ein gutes CMRRR...

Wie sieht denn das Layout aus? Welche C, L und D wurden verwendet?
Nachtrag: Der Ausgang vom Schaltregler hat ja gut und gerne 200mV 
Ripple. Da stimmt also ziemlich sicher schon etwas nicht.

von Fabian S. (jacky2k)


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Michael .. schrieb:
> evtl greift ja der überstrom Schutz vom schaltregler

Mag sein, aber beim Einschalten muss er ja auch die 150uF erstmal voll 
pumpen, warum schafft er das dann später im Betrieb nicht mal bei 47uF? 
oder hat er dann da engere Grenzen, weil er schon stabil läuft, also 
drückt quasi beim Starten nen Auge zu?

hinz schrieb:
> Layout?

Ist im Anhang. Habe nur das wesentliche geschickt, da das ganze in einer 
größeren Schaltung verbaut ist. Der 47uF sitzt auf einem Steckmodul was 
man in den Sockel steckt, der oben zu sehen ist.

Michael H. schrieb:
> Nachtrag: Der Ausgang vom Schaltregler hat ja gut und gerne 200mV
> Ripple. Da stimmt also ziemlich sicher schon etwas nicht.

Wo siehst du das? Beim zuschalten des LDO? Klar bricht das da zusammen, 
denke aber das meinst du nicht...

von hinz (Gast)


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Fabian S. schrieb:
> Der 47uF sitzt auf einem Steckmodul was
> man in den Sockel steckt, der oben zu sehen ist.

Ziemlich weit weg vom Regler. Ist denn C12 bestückt? Im Schaltplan 
fehlet der ja.

von Fabian S. (jacky2k)


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Der ist bestückt.

von Christian K. (Firma: Atelier Klippel) (mamalala)


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Hmm, der C am Vin scheint mir da etwas sehr klein zu sein. Im DB wird 
auch ausdrücklich darauf hingewiesen das er mindestens 4µ7 haben soll 
und X5R oder X7R Material, plus ggf. noch einen zusätzlichen 
Bulk-Capacitor.

Dann sieht das Layout nicht gut aus. Der Eingang zum Spannungsteiler für 
Vsense liegt da zwischen Induktivität und Ausgangs-C. Dann ist der 
Ausgangs-C auch noch "vor" der Induktivität platziert. Du gehst hier den 
Weg Regler -> C -> Vsense -> L -> LDO, was ich für bedenklich halte. 
Richtig wäre Regler -> L -> C -> Vsense -> LDO. Schliesslich soll der 
Regler ja die Ausgangsspannung regeln, die die angeschlossene Schaltung 
sieht, und nicht irgendwas das grad in der nähe des Induktors ist. Der 
wird sich da reichlich Signalmüll einfangen und so den Dienst zu recht 
verweigern.

Im Datenblatt ist ein Beispiel-Layout angegeben. Ebeso Beispiel-Werte 
für die C's und L. Warum diese nicht auch als Vorlage für die eigene 
Schaltung verwenden?

Grüße,

Chris

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Christian Klippel schrieb:
> Layout
Da fällt mir noch auf, dass du die Last an die Spule und nicht an den 
Ausgangselko angeschlossen hast (auf den ja geregelt wird). Und C6/C11 
sind viel zu weit weg, als dass sie für den Schaltregler noch irgendwie 
von Bedeutung wären...

Im Beispielayout im DB ist der Feedback explizit auf der Lastseite 
jenseits von der Spule und dem Ausgangselko angeschlossen.

Zum Thema Schaltreglerlayout der Dauerbrenner:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
Such mal deine Stromkreise und zeichne sie ein...

von Fabian S. (jacky2k)


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Christian Klippel schrieb:
> Im Datenblatt ist ein Beispiel-Layout angegeben. Ebeso Beispiel-Werte
> für die C's und L. Warum diese nicht auch als Vorlage für die eigene
> Schaltung verwenden?
Also das Layout ist so gut es ging aus dem Datanblatt kopiert. Die 
stellen sich da die Spule leider sehr klein vor, keine Ahnuna wo man 
solche Bauteile her bekommt :D
Die Werte habe ich aus dem SwitcherPro von TI entnommen. Und soweit ich 
das geprüft habe stimmt das auch alles nach den Formeln die im 
Datenblatt stehen.

Christian Klippel schrieb:
> Dann ist der Ausgangs-C auch noch "vor" der Induktivität platziert.
Also das verstehe ich nun garnicht. Am Ausgang des Regler ist in Reihe 
die Spule und dann erst der C. So wie sich das gehört. Gut, ich greife 
den Ausgang zwar hinter dem L und nicht am C ab, aber ist das so ein 
großer Unterschid über die paar mm Leiterbahn, dass der sich desshalb 
gleich abschaltet?

Hat noch jemand einen Vorschalg wie ich das Problem lösen kann ohne 6 
große Platinen neu bauen, bestellen und bestücken zu müssen?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Probier mal, einen dicken Elko (100uF) direkt an die Pins 1+3 vom LDO 
anzulöten. Dmit könnte der sich seinen Anlaufstrom lokal holen, und 
braucht nicht den Schaltregler dafür...

von Thomas K. (rlyeh_drifter) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> Also das Layout ist so gut es ging aus dem Datanblatt kopiert. Die
> stellen sich da die Spule leider sehr klein vor, keine Ahnuna wo man
> solche Bauteile her bekommt :D

schau mal bei coilcraft und würth.

von Fabian S. (jacky2k)


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Lothar Miller schrieb:
> Probier mal, einen dicken Elko (100uF) direkt an die Pins 1+3 vom LDO
> anzulöten.
Einwand: Was auf dem Ausschnitt vielleicht nicht so gut zu erkennen ist, 
ich habe getrennte Massen für Analog und Digitalteil. Der Pin 3 sitzt 
auf der Analogmasse, da ich dort ne glatte Spannung brauche (desshalb 
die Step-Down und LDO Kombi). Wenn ich da nun nen C rein setze schaffe 
ich mir doch ne kapazitive Kopplung des verseuchten Signals aus dem 
Step-Down und der Analog-Masse, was sicher nicht von Vorteil ist.

und mich würde eigentlich interessieren warum der Step-Down abschaltet. 
Der größere Kondensator mag sicher eine Lösung sein, jedoch ist das 
Modul was man da oben drauf steck quasi variabel und ich kann nicht 
garantieren dass da nicht auch mal eins rein kommt mit nem 220uF drauf 
und schon funktioniert das ganze nicht mehr.

von Fabian S. (jacky2k)


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Thomas Klima schrieb:
> schau mal bei coilcraft und würth.
Hab ich, da gibts zwar kleinere also die, die ich verwendet habe (so 
7x7mm groß) aber sicher nichts was so klein ist wie im Layout des DB. 
Das Teil ist ja deutlich kleiner als der IC.

von Christian K. (Firma: Atelier Klippel) (mamalala)


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Fabian S. schrieb:
> Also das Layout ist so gut es ging aus dem Datanblatt kopiert.

Sorry, aber wenn ich dein Layout mit dem Beispiel im DB vergleiche, dann 
ist das einfach nicht wahr.

> Die
> stellen sich da die Spule leider sehr klein vor, keine Ahnuna wo man
> solche Bauteile her bekommt :D

Bei Bauteillieferanten. Und selbst wenn die verwendete Induktivität eine 
größere Bauform hat, so kann man dennoch die gleiche Anordnung der Teile 
wie im Beispiel-Layout realisieren.

> Die Werte habe ich aus dem SwitcherPro von TI entnommen. Und soweit ich
> das geprüft habe stimmt das auch alles nach den Formeln die im
> Datenblatt stehen.

Das mag ja alles sein. Aber sie weisen trotzdem explizit auf mindestens 
4µ7 an Vin hin. Das wird schon seinen Grund haben.

> Also das verstehe ich nun garnicht. Am Ausgang des Regler ist in Reihe
> die Spule und dann erst der C. So wie sich das gehört. Gut, ich greife
> den Ausgang zwar hinter dem L und nicht am C ab, aber ist das so ein
> großer Unterschid über die paar mm Leiterbahn, dass der sich desshalb
> gleich abschaltet?

Ja, das macht einen erheblichen Unterschied. Strom fließt dort wo er 
fließen muss, der interresiert sich nicht dafür was Du denkst. Die 
Induktivität wird geschaltet, also fließt dort auch ein hoher Strom. Das 
führt logischerweise zu Spannungsschwankungen an den angeschlossenen 
Leiterbahnen in unmittelbarer Nähe. Nun greifst Du aber genau an dieser 
Stelle die Vsense ab. Also ist diese einfach nicht sauber, und 
entspricht auch garnicht der gewünschten Ausgangsspannung nach einem 
Ausgangs-C. Daher unter anderem der viel zu hohe Ripple.

Dann hast Du die Last, also den LDO, ebenfalls an diesem Punkt 
angeschlossen, also beim L, nur halt "auf der anderen Seite" des L. Der 
sieht dann natürlich auch wieder zum großteil nur Dreck. Der Ausgangs-C 
liegt nun aber "hinten", von der Last aus gesehen, nach dem L. Wie 
denkst Du wird der Strom nun fließen? Aus dem L zum C zurück zum L und 
weiter in die Last? Also einmal im Kreis herum, nur weil da grad 
irgendwie Kupfer ist? Oder vom L zur Last? Er nimmt den kürzesten Weg, 
ganz einfach.

Und zwischendrin auf diesem Weg liegt dann auch noch irgendwo der 
Abgriff für Vsense. Wie soll der Regler denn da ordentlich arbeiten?

Oder mal so gesagt: Wo greifst Du für einen Drehzahlmesser im Auto ab? 
Am Motor, oder am Rad? Sind doch nur ein paar cm Stahl zwischen Rad und 
Motor.....

>
> Hat noch jemand einen Vorschalg wie ich das Problem lösen kann ohne 6
> große Platinen neu bauen, bestellen und bestücken zu müssen?

Mit etwas Frickelei, ja. C5 zwischen L und LDO setzen. Zur Not die Masse 
dort halt über einen dicken (!) Draht zur Regler führen, wenn keine 
passende in de Nähe ist. Den Abgriff für Vsense dann zwischen den C und 
den LDO machen. Den Eingans-C wie im DB gefordert auf mind. 4µ7 erhöhen.

Das ist natürlich bei weitem nicht optimal, aber zumindest geringfügig 
besser als das, was jetzt vorhanden ist.

Grüße,

Chris

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> Einwand: Was auf dem Ausschnitt vielleicht nicht so gut zu erkennen ist,
> ich habe getrennte Massen für Analog und Digitalteil.
Ach, deshalb das Rumgemurkse mit den C6 und C11... :-o
Das verkompliziert die Sache, statt sie zu vereinfachen!
Es macht keinen Sinn, getrennte Mssen zu haben, wenn man die selbe 
Versorgung hat. Dir ist das Wort Stromkreis mit Betonung auf Kreis 
ein Begriff? Wenn aus dem Digital-Schaltregler mit Bezug auf die 
Digital-Masse ein Strom in den Analog-LDO fließt, wohin wird der wohl 
weiterfließen?

> Der Pin 3 sitzt auf der Analogmasse, da ich dort ne glatte Spannung
> brauche (desshalb die Step-Down und LDO Kombi). Wenn ich da nun nen C
> rein setze schaffe ich mir doch ne kapazitive Kopplung
Eine Kopplung hast du dir schon mit dem LDO geschaffen. Denn so ein IC 
ist kein Isolator, der Potential trennt. Für hohe Frequenzen ist so ein 
LDO sogar ein simpler Durchgang.

> Wenn ich da nun nen C
> rein setze schaffe ich mir doch ne kapazitive Kopplung
Wie denn?
Ich ordne mal mental diesen Kondensator dem LDO zu. Dann weiß der 
Kondensator nichts vom einem Schaltregler und stellt seine ganze 
Arbeitskraft dem LDO zur Verfügung. Was ist daran schlecht?

Sieh dir mal die Beispiele an, wo solche "getrennten Massen" auftauchen: 
dort sind meistens 2 oder mehr Netzteile am werken, von denen dann die 
"Massen" verbunden werden...

Kurz: wie willst du denn die Massen ausseinanderhalten, wenn die 
zugehörige Spannung aus der selben Quelle kommt?

Christian Klippel schrieb:
> Strom fließt dort wo er fließen muss
Nicht mal müssen muss er.
Er hat es viel schöner: er fließt dahin, wo er will... ;-)

von Fabian S. (jacky2k)


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Hi Christian,

habe quasi deine Vorschläge mal umgesetzt (bevor ich deinen Beitrag 
gelesen habe). Sprich die Umverdrahtung um den L/C. Bild im Anhang.
Ergebnis: Es hat NICHTS verändert. Und ja, ich habe einen richtig dicken 
Draht genommen. Versuche es nun nochmal mit nem 4u7 am Eingang bzw löte 
einfach noch nen 2u2 drauf, glaube ich habe keinen 4u7 da.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> Bild im Anhang
Nix da... :-/

von Fabian S. (jacky2k)


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:D

von Fabian S. (jacky2k)


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Auch der größere C am Eingang hilft nichts :(

von Fabian S. (jacky2k)


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@Lothar
Joa irgendwie hast du Recht. Ich hatte da son AppNote von TI wars glaube 
ich wo das auch so gemacht war. Also der Step Down voll auf der 
Digitalmasse und der LDO wird dann mit dem Ausgang des Step-Down 
versorgt, ist aber an die Analogmasse angeschlossen.
Ich wüsste aber auch nicht wie ich es besser machen sollte. Den 
Step-Down mit auf die Analogmasse zu tun ist ja vollkommener Mist oder?

von Michael H. (michael_h45)


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Kann es sein, dass du einen 16V keramischen C am Eingang benutzt?
Der hat bei 15V vllt noch die Häfte seiner Nennkapazität. Pack da mal 5 
davon drauf.

von Michael H. (michael_h45)


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Dein Ausgangs-C hat dem Anschein nach einen viel zu großen ESR. Daher 
und wegen der falschen Platzierung des Feedback-Glieds der große Ripple. 
Den Ripple hab ich von hier abgeschätzt: 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/134311/tek00001.png

von Michael O. (mischu)


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Ich nehme an, dass die Strombegrenzung des Schaltreglers greift.
Die Strombegrenzung kommt bei typ. 1.5A Spitzenstrom (1.2 - 1.8A) peak. 
Nun sieht der Schalter im TPS5410 den mittleren Ausgangsstrom plus den 
überlagerten Stromripple.
In dem Moment in dem dein "FastTransientResponse 1A" LDO (2A 
Strombegrenzung) eingeschaltet wird, versucht der sofort seinen 
Ausgangskondensator zu laden. Dies verursacht am TPS5410 ebenfalls einen 
erhöhten Ausgangsstrom, so dass dieser sehr wahrscheinlich abschaltet.

Die 10uF keramisch haben einen guten ESR sind wertmäßig wahrscheinlich 
zu klein, der 150uF Elko hat selbst als LowESR Typ noch ein ganz 
ordentliches ESR. Dadurch verursacht das Anlaufen des LDO eine starke 
Spannungseinbruch und der Schaltregler meint noch schnell dagegen regeln 
zu müssen.

Die typische Applikationsschaltung für 15V in und 12V out schlägt eine 
68uH Induktivität vor, Du hast die Hälfte des Wertes womit sich dein 
Stromripple auch verdoppelt. Zudem ist dort ein 47uF Tantal Kondensator 
eingezeichnet.

Mein Vorschlag ist:
Erhöhe die Pufferkapazität am Ausgang des Schaltreglers mit 
Keramikkondensatoren und/oder LowESR Elkos.
Erhöhe die Induktivität des Schaltreglers auf 68uH.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mache einen Widerstand vor den LDO... ;-)

von Michael O. (mischu)


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>Mache einen Widerstand vor den LDO... ;-)
Besser noch eine Spule

von Christian K. (Firma: Atelier Klippel) (mamalala)


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Nicht wirklich das was ich im Sinn hatte, aber Egal.

Mir fällt auch grad noch etwas anders auf. Die Masse am Eingang zum 
Regler. Die geht also so zuerst auf den Ausgangs-C, dann zum Regler-Pin, 
und dann zum Eingans-C. Auweia.

Die leitung zu Vsense sollte natürlich auch weit weg vom L sein. Alles 
was da einstreut geht direkt in die Regelung. Nicht umsonst regen die im 
DB an diese Leitung ggf. auf die Unterseite der Platine zu legen, wenn 
mann nicht direkt unter dem Ausgangs-C durch will.

Achja, und was für ein C ist da bei Dir am Ausgang überhaupt? Normaler 
Elko, oder doch hoffentlich ein Low-ESR?

Anbei mal ein Bild. Am Eingang der grüne Rahmen -> massive Verbindung 
zur Eingangs-Masse. C5 auf der Position weg, und nach dem L einfügen. 
Von dort dann die Elko-Masse zum Regler führen. Eingang zum 
Vsense-Teiler dann ebenfalls beim Ausgangs-C anschließen. Dabei 
möglichst weit vom L weg mit de Leitung, diese aber auch nicht unnötig 
lang machen. Vielleicht einfach ein 0.6mm Loch und per Draht unten lang 
führen. Vorausgesetzt du hast da auch eine Groundplane, die das L 
zumindest ansatzweise abschirmen könnte zu der Leitung hin. Ist halt 
fraglich ob das so wirklich noch zu retten ist.

Ist halt echt schwierig, da das Layout an sich einfach verhunzt ist in 
dem Bereich. Da hättest Du wirklich lieber das Beispiel-Layout nehmen 
sollen.

Zum Vergleich: Ich habe bisher noch kein solches Problem wie Du gehabt. 
Auch ich habe teilweise Module nach den Schaltreglern die dann zusammen 
auf einige tausend µF an Kapatitäten kommen. Plus Linearregler 
dazwischen, und und und. Allerdings halte ich mich auch an bewährte 
Konzepte beim Layout, und trickse nur in Notfällen. Dann aber mit 
reichlich Via's im Layout um z.B. unterbrochene Massen auf einer Seite 
mit der Masse der anderen Seite zu brücken. Oder "Hochstrom" führende 
Leitungen einen Lagenwechsel machen zu lassen. Aber halt wirklich nur 
dann wenn es sich wirklich nicht vermeiden lässt. Bei Dir ist aber 
reichlich Platz im Layout frei. Daher verstehe ich wirklich nicht wie 
dieser Murks bei rauskommen kann, im Vergleich zum Beispiel-Layout.

Schaltregler sind zwar etwas komplizierter zu handhaben als normale 
Linearregler, sie sind aber auch kein Hexenwerk.

Und wenn der LDO auf einer anderen Masse liegt, wo hast Du beide Massen 
den zusammgeführt? Sinnvoll wäre es nämlich schon das eben bei den 
Reglern zu machen in diesem Fall.

Getrennte Massen sind immer etwas schwierig, wenn man da nicht richtig 
aufpasst hat man mehr Probleme als mit einer einzelnen Masse. Irgendwie 
müssen die Ströme ja wieder dahin zurück, wo sie herkommen. Und 
letztendlich kommt alles aus der selben Zuleitung bei Dir hier, also 
können die Massen auch direkt bei den Reglern zusammen sein.

Grüße,

Chris

von Christian K. (Firma: Atelier Klippel) (mamalala)


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Lothar Miller schrieb:
> Christian Klippel schrieb:
>> Strom fließt dort wo er fließen muss
> Nicht mal müssen muss er.
> Er hat es viel schöner: er fließt dahin, wo er will... ;-)

Stimmt natürlich.

Man könnte jetzt auch sagen er "muss" dort fließen, aus Sicht des 
Anwenders, weil er dort fließen "will" ;-D

Grüße,

Chris

von Fabian S. (jacky2k)


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von Fabian S. (jacky2k)


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Halt!
Dieser C sitzt da drauf: 
http://de.farnell.com/panasonic/eeefk1c151xp/kondensator-smd-16v-150uf/dp/1850102?Ntt=1850102
Und den ich da nun bei Reichelt rausgesucht hatte ist zu groß :-/

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Michael O. schrieb:
>>Mache einen Widerstand vor den LDO... ;-)
> Besser noch eine Spule
Nein, ich habe das ernst gemeint: wenn sowieso Leistung im LDO verbraten 
werden soll, dann kann auch ein Serienwiderstand seinen Teil dazu 
beitragen. Denn es geht jetzt ja mal darum, diese Prototypen zum Laufen 
zu bekommen. Das Redesign kann dann die ganzen Anregungen hier 
aufgreifen...

von Fabian S. (jacky2k)


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Danke Lothar, so sehe ich das auch.
Ich habe gerade nochmal die Induktivität durch eine mit 100uH ersetzt, 
da ich die gerade da hatte, jedoch ohne Erfolg. Der Ausgang sieht immer 
noch genauso aus.
Was den Widerstand angeht. Ich muss damit rechnen, dass dort bis zu 
250mA fließen sollen. Der Step-Down macht eine Ausgangsspannug von 
11,3V, der LDO eine von 10,25V. Wenn ich bedenke, dass der LDO ca. 0,3V 
Abfall benötigt bleiben 0,75V die ich verheizen darf. Auf Grund von 
Toleranzen sag ich mal 0,5V. Also, R = U/I = 0,5V/0,25A = 2 Ohm. P = 
U^2/R = 0,5^2/2,2W = 0,114W. Das sollte ein 0805 gerade so theoretisch 
noch überleben. Da ich keine 250mA ziehen werde passt das schon ;)
Also aufs ans Werk oder gibts Einwände?

von Fabian S. (jacky2k)


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So, das bringt auch nicht direkt was. Also mit nem 47uF auf dem 
Steckmodul bricht die Spannung herbe ein und fängt sich dann wieder. 
Allerdings klappt das auch nicht immer.

von eProfi (Gast)


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Mich wundert hier gar nichts.
Merke 1: man steckt nicht einen entladenen C an einen geladenen.
Gerade bei LoEsr fließen da gleich mal kurzzeitig dutzende bis hunderte 
Ampere, die auch ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen und die 
Potentiale verschieben.

Baue eine Strombegrenzung an den StepDown-Ausgang, im einfachsten Fall 
einen R oder einen NTC oder ein L.
Oder einen Fet, der nicht voll durchgesteuert ist und somit als 
Strombegrenzer arbeitet.

Merke 2: auf einer Platine läßt man so viel Cu wie möglich (außer unter 
der Spule). Auch der Wärme wegen.

von Fabian S. (jacky2k)


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eProfi schrieb:
> Baue eine Strombegrenzung an den StepDown-Ausgang, im einfachsten Fall
> einen R oder einen NTC oder ein L.
Joa das mit dem R hat ja nun nichts gebracht...

von Fabian S. (jacky2k)


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Gibt mehr oder weniger positive Nachrichten...eher weniger.
Habe gerade nochmal das Datenblatt des LDO studiert und da ist mir 
aufgefallen dass der am Ausgang sowieso nur bis maximal 10uF treiben 
darf. Für mich bleiben daher eigentlich nur zwei Möglichkeiten: Ich 
beschränke die gesamte Kapazität hinter dem LDO auf 10uF was dann die 
Probleme mit dem Step-Down löst oder ich bau das alles neu mit nem 
anderen LDO und dann kann ich auch gleich das Design des Step-Down 
korrigieren. Was unterm Strich bedeutet, dass das Thema hier erstmal vom 
Tisch ist.
Ich bedanke mich daher bei euch alle für eure Mühen recht herzlich. 
Werde mir das hier beim nächsten Aufbau eines Step-Downs auf jeden Fall 
nochmal durchlesen ;)

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> Habe gerade nochmal das Datenblatt des LDO studiert und da ist mir
> aufgefallen dass der am Ausgang sowieso nur bis maximal 10uF treiben
> darf.
Hmmm... das Studium solltest du nochmal wiederholen, der braucht 
mindestens 10uF:
1
A minimum output capacitor of 10 µF with an ESR of 3 Ω or less 
2
is recommended to prevent oscillations.

Wenn der Kondensator zu groß wird, wird schlimmstenfalls die Regelung 
langsamer (logisch, weil ja mehr Kapazität umgeladen werden muss):
1
Larger values of output capacitance can decrease the peak deviations and 
2
provide improved transient response for larger load current changes.

Fabian S. schrieb:
> Joa das mit dem R hat ja nun nichts gebracht...
Kurios...   :-/

von Fabian S. (jacky2k)


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Ups, hatte zwar nen anderen Satz gelesen aber den wohl falsch übersetzt 
:-/

von Fabian S. (jacky2k)


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Kann mir jemand verraten (also logisch nachvollziebar) warum beim 
SwitcherPro (Berechnungsprogramm von TI für die Step-Down Regler) die 
Induktivität kleiner wird wenn ich einen höheren maximal Strom angebe? 
Hattet ihr nicht gesagt ich solle wegen dem höheren Strom die 
Induktivität größer machen?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> SwitcherPro (Berechnungsprogramm von TI für die Step-Down Regler) die
> Induktivität kleiner wird wenn ich einen höheren maximal Strom angebe?
Damit bei gleichbleibender Schaltfrequenz die Stromanstiegszeit höher 
ist, und so mehr Strom geladen werden kann...

von Fabian S. (jacky2k)


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Aha, bedeutet das nicht, dass ich die Induktivität eher kleiner machen 
müsste damit er mit dem Zuschalten des Kondensators klar kommt?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> Aha, bedeutet das nicht, dass ich die Induktivität eher kleiner machen
> müsste damit er mit dem Zuschalten des Kondensators klar kommt?
Wenn die Induktivität zu klein ist, dann steigt der Strom zu schnell an. 
Dir passiert hier offenbar sowas, denn man sieht in den Oszi-Bildern 
genau, wie der Wandler immer zu starten versucht (Hiccup: 20ms), es aber 
nicht schafft, weil sofort die Strombegrenzung wieder eingreift (hier 
kann durchaus auch wieder das Layout mit reinspielen, weil der Wandler 
meint, einen Überstrom zu sehen. Mach doch einfach zum Test die 
Induktivität doppelt so groß...

von Fabian S. (jacky2k)


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Lothar Miller schrieb:
> Mach doch einfach zum Test die
> Induktivität doppelt so groß...
Das hatte ich ja schon mal versucht gehabt und hat nichts verändert. Ich 
wollte nun nochmal neue Induktivität und nen neuen C bestellen und mal 
beides einbauen:
http://de.farnell.com/nichicon/pcg1c151mcl1gs/capacitor-150uf-16v/dp/1580629?Ntt=1580629
http://de.farnell.com/bourns/pm3340-680m-rc/induktivitaet-smd-68uh-1-2a/dp/1827967?Ntt=1827967

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> http://de.farnell.com/bourns/pm3340-680m-rc/indukt...
DC Nennstrom: 1.2A
Das ist zu wenig, wenn der Regler erst bei 1,5A zumacht...
Geht evtl. deine Spule in die Sättigung?

von Fabian S. (jacky2k)


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von Fabian S. (jacky2k)


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Mhh irgendwie finde ich bei Farnell keine passende Spule in dem Gehäuse. 
Wie viel DC-Widerstad darf die denn haben? Habe mich jetzt an das 
gehalten was SwitcherPro mir sagt, also 0,19Ohm.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Fabian S. schrieb:
> Wie viel DC-Widerstad darf die denn haben?
So wenig wie möglich. Denn der macht die Verluste...

von Fabian S. (jacky2k)


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von Fabian S. (jacky2k)


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Hallo,

ich habe nochmal einen interessanten Test gemacht: Und zwar habe ich 
parallel zu dem C5 nochmal einen 220uF gelötet (war ein Tantal) und das 
führt dazu, dass der Regler garnicht mehr an geht. Hat nur diese kurzen 
Peaks alle 20ms. Ich kann mir nicht vorstellen, dass das nur am Layout 
liegt.

von Michael H. (michael_h45)


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Michael H. schrieb:
> Kann es sein, dass du einen 16V keramischen C am Eingang benutzt?
> Der hat bei 15V vllt noch die Häfte seiner Nennkapazität. Pack da mal 5
> davon drauf.

...

von Fabian S. (jacky2k)


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Hab ich gemacht und hat nichts verändert.

von Michael O. (mischu)


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Dann versuche doch mal dich dem Problem systematisch zu nähern.
Zunächst einmal muss doch der Schaltregler allein funktionieren.
Da in deinem Fall keine Last angehängt ist (vor Linearreglerstart) und 
dann bei Start des Reglers (Lastsprung) der Wandler ausgeht, versuche 
doch mal diesen Fall mit einem zuschaltbaren Widerstand zu testen.

Apropos:
Welche Phasenreserve hat denn die Simulation mit SwitcherCAD ergeben?
Ich habe den Eindruck, dass die zu klein ist.

Mit deinem Scope solltest Du mal die Spannung des Schaltausgangs und die 
Ausgangsspannung gemeinsam bei einer Transiente messen.

von Fabian S. (jacky2k)


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Wann soll ich den Widerstand denn zuschalten? Mit oder ohne 
Linear-Regler drauf? (Der ist im Moment runter gelötet)

SwitcherPro Ergebnisse sind im Anhang, hoffe du meintest das.

Was meinst du mit "einer Transiente"? Ich soll vor und hinter der Spule 
mit zwei Tastköpfen den Startvorgang aufnehmen?

von Michael O. (mischu)


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Dein Stepdown läuft nominell im Leerlauf.
In dem kurzen Moment in dem der Linearregler startet wird, ensteht ein 
sprunghafter Einbruch der Ausgangsspannung die der Schaltregler 
kompensieren will. Läuft dieser für sich nicht stabil (Regelkreis mit zu 
geringer Phasenreserve) kann es zu allen möglichen Effekten kommen.
Da der Stepdown aber zusätzlich über einen Überstromschutz verfügt, 
greift dieser wahrscheinlich recht schnell.
Mit einer größeren Induktivität hätte dieses Verhalten nicht auftreten 
sollen.

Ich meine: Teste den Schaltregler alleine durch.
Klemm eine Last an und schau ob er stabil läuft.
Messe die Antwort auf einen Lastsprung (10% => 50%) indem du einen 
Widerstand als Grundlast und einen zweiten im Betrieb zu / abschaltest.
Miss die Spannung am Ausgang des Schalters.

Es gibt Hinweise, dass der Regler nicht stabil arbeitet.
(Schau dir auch mal die "Loop" response an.)
In deinem Diagramm steht: 60° Phasenreserve gefordert, 44° erreicht - 
das kann schon zu wenig sein. Dann hast du "irgendwelche" Kondensatoren 
und Spulen gewählt die etwas andere Parameter als in der Simulation 
haben.

Im Datenblatt ist eine Schaltung für ein Kompensationsnetzwerk für die 
Feedbackschleife inklusive Rechenvorschrift dargestellt (Seite 14 ff.).

Hier gibt es auch noch einen Application Report für die Verwendung vol 
Elkos / Keramik Kondensatoren mit dem Regler:
http://www.ti.com/lit/an/slva237c/slva237c.pdf

von Fabian S. (jacky2k)


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Hi,

ich habe erstmal die Komensationsschaltung ausprobiert und bin damit 
nicht ganz zu frieden. Das ist eher schimmer als besser geworden, wie im 
Anhang zu sehen. Kanal 1 ist der 15V Eingang des Step-Down und Kanal 2 
ist der Ausgang ohne Last, nicht einmal der Linear-Regler hängt dran.

von Michael O. (mischu)


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Fabian S. schrieb:
> ich habe erstmal die Komensationsschaltung ausprobiert und bin damit
> nicht ganz zu frieden.

Hast Du die neu für deine Bauteilwerte ausgelegt?

Fabian S. schrieb:
> Das ist eher schimmer als besser geworden, wie im
> Anhang zu sehen. Kanal 1 ist der 15V Eingang des Step-Down und Kanal 2
> ist der Ausgang ohne Last, nicht einmal der Linear-Regler hängt dran.

Man sieht dass der Schaltregler nur für einen ganz kurzen Moment 
arbeitet, den Kondensator etwas mehr auflädt und dann wieder 20ms wegen 
Überstrom abschaltet.
Ich denke du bist deinem Problem sehr gut auf der Spur.

Miss doch bitte mal zusätzlich dein Schaltsignal und zoom an die Stelle 
rund um das Abschalten hinen.

von Gebhard R. (Firma: Raich Gerätebau & Entwicklung) (geb)


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Hmmm.. der TPS5410 ist eigentlich sehr unproblematisch. Ich würde den 
Ausgang (ohne LDO) mal mit so 0,5..1A belasten. Dabei muß der Regler 
normal arbeiten. Falls das der Fall ist, liegt dein Problem beim LDO 
bzw. dessen Beschaltung.

Grüsse

von Fabian S. (jacky2k)


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Michael O. schrieb:
> Hast Du die neu für deine Bauteilwerte ausgelegt?
Jap, klaro.

Michael O. schrieb:
> Miss doch bitte mal zusätzlich dein Schaltsignal und zoom an die Stelle
> rund um das Abschalten hinen.
Das ist ne gute Idee, werde ich mal machen, denke aber erst morgen.


Gebhard Raich schrieb:
> Falls das der Fall ist, liegt dein Problem beim LDO
> bzw. dessen Beschaltung.
Er Funktioniert ja ohne LDO nicht mal mehr richtig, wie man am 
vorherigen Bild sehen kann.

von Gebhard R. (Firma: Raich Gerätebau & Entwicklung) (geb)


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Deine Drossel hat auch wirklich die 33uH?

Grüsse

von Fabian S. (jacky2k)


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Hab das doch nochmal eben gemacht ;)
Kanal 1: 15V Versorgung vor Step-Down
Kanal 2: Hinter Spule, am Kondensator
Kanal 3: Vor Spule, Ausgang Step-Down

Ich Sehe da nun keinen Grund warum er abschalten sollte.
Das ganze ist nun wieder ohne Kompensationsnetz gemessen und mit einem 
zweiten C am Ausgang von 150uF. Soll ich das auch nochmal mit dem 
Kompensationsnetz machen?

von Fabian S. (jacky2k)


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Gebhard Raich schrieb:
> Deine Drossel hat auch wirklich die 33uH?
Stand zumindest auf der Verpackung in der sie kam...

von Gebhard R. (Firma: Raich Gerätebau & Entwicklung) (geb)


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Fällt mir nur noch ein:

EN Eingang hart setzen
TPS5410 tauschen
Das muß doch funktionieren! Ich hab schon viele von den Dingern verbaut 
und hatte selbst bei schlechtestem Aufbau auf Lochraster noch nie 
Probleme.

Grüsse

von Fabian S. (jacky2k)


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Das mit dem EN Eingang werde ich morgen nochmal probieren.
Der TPS selbst denke ich ist nicht das Problem, da ich hier 6 identische 
Boards rumliegen habe die alle das gleiche Problem haben.

von Hans W. (stampede)


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>EN Eingang hart setzen

NEIIIIIIIIIN !!! Der geht nur bis 7V in den Maximum Ratings.
Hatte mal den EN bei einem TPS5420 mit dem Eingang an 12V. Resultat war, 
dass die Referenz höher war und das Ding immer ein paar Hundert 
Millivolt zuviel ausgegeben hat.

von Fabian S. (jacky2k)


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Also dann lass ich das mit dem EN-Pin...
Gerade ist der neue Kondensator gekommen mit 28mOhm statt 34mOhm, ich 
konnte jedoch keinen Unterschied feststellen. Ich hoffe dass heute oder 
morgen noch die neue Spule kommt mit 68uH.

von Michael H. (michael_h45)


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Hast du 2 Spulen mit 33µH? Ich hätte da einen Gedanken... =)

von Fabian S. (jacky2k)


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Joa nur wird der DC-Innenwiderstand dann halt doppelt so groß...habe 
sonst auch noch ne 100er mit mehr DC-Widerstand. Vielleicht sollte ich 
das nochmal mit der versuchen.

von Fabian S. (jacky2k)


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Hmm... eine wirkliche Verbesserung hat das nun nicht gebracht. Selbst 
wenn ich beim Start direkt einen zusätzlichen Kondensator von 150uF 
anschließe, startet der Step-Down nicht korrekt.
Ich habe nochmal überlegt wegen dem Überstromschutz des Step-Down. Ich 
weiß zwar nicht genau wie er den misst, aber mal angenommen ich habe am 
Ausgang 300uF, die der Regler im Normalfall in 8ms läd, fließen dort 
nach Adam Riese ca. 413mA. Da ist doch eigentlich noch genug Reserve 
nach oben.

Und noch was: Auf dem Board sind noch zwei weitere Step-Downs (auch 
TPS5410) die auf 5V und 3,3V runter setzen sollen. Wenn ich dort beim 
Start einen großen Kondensator direkt anschließe funktioniert alles ganz 
normal. Schalte ich ihm im laufenden Betrieb zu bricht die Spannung 
zusammen, der Step-Down resetet (wartet die 20ms) und beginnt dann den 
Ladevorgang so wie es im Datenblatt steht, also er läd die Cs innerhalb 
von 8ms voll auf. Aller funktioniert einwandfrei, bis halt auf den Reset 
aber ich denke den wird man nicht vermeiden können.

von Fabian S. (jacky2k)


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Gibt es zufällig einen Pin-kompatiblen Step-Down der nicht so 
empfindlich ist oder einfach langsamer startet, damit die Kondensatoren 
langsamer geladen werden?

von Fabian S. (jacky2k)


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Tada! Tatsache, es gibt noch den TPS5420 und TPS5430. Der 30er hat 
leider nen PowerPad und passt desshalb nicht, der TPS5420 passt aber. 
Mit Glück löst das mein Problem :)

von Michael O. (mischu)


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Fabian S. schrieb:
> Ich Sehe da nun keinen Grund warum er abschalten sollte.

Du schaust ja auch nur die Spannung an und nicht den Strom durch die 
Drossel.
Wenn der Schaltregler zu dynamisch versucht den Ausgangskondensator 
auzuladen, dann spricht seine interne Strombegrenzung an.
Ein Mehr an Kapazität ist eher kontraproduktiv.
Genauso begünstigt ein niedrigerer ESR die Schwingneigung der Regelung.

von Fabian S. (jacky2k)


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Michael O. schrieb:
> Wenn der Schaltregler zu dynamisch versucht den Ausgangskondensator
> auzuladen, dann spricht seine interne Strombegrenzung an.
Desshalb sage ich ja auch, dass ich nicht genau weiß wie er den Strom 
misst, mag ja sein, dass er das vorher noch durch nen Tiefpass jagt, was 
ja eigentlich sinnvoller wäre.
Und da ich mir inzwsichen relativ sicher bin, dass es die 
Strombegrenzung ist (was ja hier auch der allgemeine Tenor zu sein 
scheint) dann könnte ein Step-Down mit mehr Dampf Abhilfe schaffen ;) Er 
ist auf jeden Fall schon gesampled ;)

von Michael O. (mischu)


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Fabian S. schrieb:
> Desshalb sage ich ja auch, dass ich nicht genau weiß wie er den Strom
> misst, mag ja sein, dass er das vorher noch durch nen Tiefpass jagt, was
> ja eigentlich sinnvoller wäre.

Wie er es macht steht im DB (sihe unten).
Tiefpass macht keinen Sinn, da je ein einmaliger Überstrom den Schalter 
bereits zerstören würde. Ein Tiefpass verlangsamt die Reaktionszeit nur. 
Er blendet jedenfalls einen kurzen Zeitbereich nach den Schaltvorgängen 
aus.

Overcurrent Liming
Overcurrent limiting is implemented by sensing the drain-to-source 
voltage across the high-side MOSFET. The
drain to source voltage is then compared to a voltage level representing 
the overcurrent threshold limit. If the
drain-to-source voltage exceeds the overcurrent threshold limit, the 
overcurrent indicator is set true. The system
will ignore the overcurrent indicator for the leading edge blanking time 
at the beginning of each cycle to avoid any
turn-on noise glitches.
Once overcurrent indicator is set true, overcurrent limiting is 
triggered. The high-side MOSFET is turned off for
the rest of the cycle after a propagation delay. The overcurrent 
limiting scheme is called cycle-by-cycle current
limiting.
Sometimes under serious overload conditions such as short-circuit, the 
overcurrent runaway may still happen
when using cycle-by-cycle current limiting. A second mode of current 
limiting is used, i.e. hiccup mode
overcurrent limiting. During hiccup mode overcurrent limiting, the 
voltage reference is grounded and the high-side
MOSFET is turned off for the hiccup time. Once the hiccup time duration 
is complete, the regulator restarts under
control of the slow start circuit.

von Fabian S. (jacky2k)


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Danke für die Auklärung! Dann kann es natürlich gut sein, dass er 
bereits abschaltet wenn da nur 400mA fließen. Was dann ja aber die 
Theorie, dass der TPS5420 das problem löst eher noch bestärkt.

von Fabian S. (jacky2k)


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So, gute Neuigkeiten: Der TPS5420 hat das Problem gelöst. Entweder weil 
er einfach mehr Strom liefern kann oder weil die anderen Chips beim 
Backen kaput gegangen sind. Danke für eure Hilfe!

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