EMV-Profis: Buck-Regler Schaltflanken abflachen?

[Fluffi (Gast)]

Hallo zusammen,

ich habe ein EMV-Problem mit meinem Schaltregler (Buck)

Das Vielfache der Schaltfrequenz findet sich in allen Frequenzen wieder.
Ich konnte durch Filtermaßnahmen die eigentliche Schaltfrequenz 
erfolgreich abblocken (E-Feld), aber Peaks des Vielfachen der 
Schaltfrequenz finden sich ab 10/15 MHz bis über 300MHz hinaus wieder 
und versauen mir meine EMV-Tests.
Mit meiner H-Feld-Sonde (siehe Bild anbei)sehe ich, dass die steilen 
Schaltflanken an der Misere Schuld sind. Die Schaltfrequenz ist nicht 
beeinflussbar, da durch das Bauteil fest eingestellt (LM2842).
Welche Möglichkeiten gibt es die Flanken abzuflachen und wie ermittle 
ich die Bauteilwerte?
Filtermaßnahmen die mir im Bereich der eigentlichen Frequenz geholfen 
haben: (Spule 100µH und Ferrit im Eingang (hauptsächlich)/ Ferrit und 
Kondensator im Ausgang hinter Spule).

[Bernd H. (bhallinger)]

Das Abflachen der Flanken bringt das Problem mitsich, dass sich der 
Schalttransistor dann stark erwärmt.

Bei EMV Problemen hilft es meist das Layout zu optimieren bzw. geeignete 
Kondensatoren an geeigneten Stelle unter zu bringen.

Dazu wären Details nötig. Einmal den Schaltplan rund um den Regler, zum 
anderen das Layout. Handelt es sich um Multilayer oder 2 Seitig?

Wenn nicht bereits geschehen würde ich folgende Maßnahmen vorschlagen:
 - Groundfläche im Bereich des Reglers einfügen und nur durch einen 
Streifen mit dem Rest verbinden. Sogn. Switcherground.
 - Überlegen wo welche Ströme fließen und dann überall da wo hohe 
Frequenzen beteiligt sind super kurze Leiterbahnführung.
- Kleine Kondensatoren nahe an den Regler
- Dann größere (abgestuft weiter weg)
- also z.B 1nF, 10nF, 100nF, 10µF

[Weingut P. (weinbauer)]

wie nah warst Du denn mit der Sonde dran?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Fluffi schrieb:
> ich habe ein EMV-Problem mit meinem Schaltregler (Buck)
Hatte ich auch schon ein paar Mal, meist war das Layout schuld:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

Wie sehen die 3 Stromschleifen in deinem Layout aus?

[Joggel (Gast)]

Falls man die Flanken tatsaechlich abflachen moechte, sollte man einen 
Controller verwenden, der das bereits kann. Ich kann diesbezueglich den 
LT1777 empfehlen. Der macht bis 300mA mit einem internen Schalter, die 
Flanken koennen eingestellt werden. Mann muss da vielleicht ein Optimum 
zwischen EMV und Verlusten finden. Der LT 1683 kann dasselbe mit einem 
Trafo

[Al3ko -. (al3ko)]

Hallo Bernd,

Bernd Hallinger schrieb:
>  - Groundfläche im Bereich des Reglers einfügen und nur durch einen
> Streifen mit dem Rest verbinden. Sogn. Switcherground.

ich wäre dir sehr, wirklich sehr dankbar, wenn du das mit dem 
Switcherground ein wenig näher erläutern könntest. Eine Google-Suche 
nach Switcherground ergab leider nicht die gewünschte Antwort.

Weshalb ich so neugierig bin:
Mir wurde genau das gleiche bei meinem Hochsetzsteller inklusive Regler 
empfohlen, jedoch erhielt ich auch dort keine zufriedenstellende 
Antwort.

Ich danke dir deshalb wirklich sehr, wenn du meinen Wissensdurst ein 
wenig stillen könntest.

Gruß

[Hans (Gast)]

Drossel (die Speicherdrossel für den Regler meine ich) mit Becherkern 
oder offene ?

Wenn offen => Becherkern!

Layout ist wichtig aber die Bauteile sollte man auch nicht vergessen!

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[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Klaus Dietmar schrieb:
> ich wäre dir sehr, wirklich sehr dankbar, wenn du das mit dem
> Switcherground ein wenig näher erläutern könntest.
Das ist einfach eine lokale Masse für die Leistungsströme, damit die 
nicht unnötig auf der Platine rumkurven.
Aber drehen wir den Spieß mal um: mach ein paar Screenshots von deinem 
Layout (mit/ohne Bestückungsdruck), dann kann man da rumkritzeln. Für 
eine sinnvolle Betrachtung wäre dann auch noch ein Schaltplan(-auszug) 
nötig.

[Bernd H. (bhallinger)]

Wie Lothar Miller schon schreibt ist der switcherground einfach eine 
abgegrenzte Fläche (Ground) an die die Bauteile die zum Schaltregler 
gehören angeschlossen sind.
Das heißt die Eingangs- und Ausgangsseitigen Kondensatoren, der 
Schlattransistor, Drossel, Diode und halt der Regler selbst.

Aber wie die anderen vorher schon geschrieben haben poste mal dein 
Layout...

Und prüfe, ob deien Bauteile geeignet sind.

[Gregor B. (Gast)]

Fluffi schrieb:
> Welche Möglichkeiten gibt es die Flanken abzuflachen und wie ermittle
>
> ich die Bauteilwerte?

In deinem Fall, da Du nicht an den Gate-Anschluß vom Power-Mosfet 
drankommst, gar keine.

Wenn Du im abgestrahlten Spektrum Probleme bekommst, hast Du mit 
Sicherheit im Layout eine Antenne, die lustig alle Störungen sendet.
Bei Störungen im leitungsgebundenen Spektrum koppelst Du dir die Störung 
bestimmt auf das gesamte Massepotential des Geräts.
Klingt beides nach Layoutfehler.
Ohne Bild vom Layout kann Dir aber keiner richtig helfen.

[Fluffi (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
> Fluffi schrieb:
>> ich habe ein EMV-Problem mit meinem Schaltregler (Buck)
> Hatte ich auch schon ein paar Mal, meist war das Layout schuld:
> http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layo...
>
> Wie sehen die 3 Stromschleifen in deinem Layout aus?

Hallo Lothar,

auf deiner Seite war  ich auch schon und habe daraufhin ein neues Layout 
gemacht und hatte große Hoffnungen, da mein erstes Layout stark 
untertrieben: Miserabel war.
Leider hat sich herausgestellt, mit verbessertem Layout hat sich nicht 
so viel verändert, im Gegenteil: bei Frequenzen ab 20MHz ist es sogar 
noch schlimmer geworden (wie gesagt die Abstände der Störspitzen war die 
Schaltfrequenz von ca. 550/580kHz).
Geholfen haben, im Bereich der Schaltfrequenz und die 2., 3. und 4. 
harmonische sind nahezu weggegangen,Filtermaßnahmen wie oben 
angesprochen.
Was geblieben ist, sind die Störspitzen im Bereich ab 20 MHz.

Fhutdhb Ufzjjuz schrieb:
> wie nah warst Du denn mit der Sonde dran?
Die Sonde war direkt über den Bauteilen Diode und Spule, Abstand max 
5mm.

Im Anhang versuche ich die Bilder vom Schaltplan und den verschiedenen 
Layouts inkl. Ströme anzuhängen. Aufbau der Platine ist 4-lagig, in der 
Innenlage ist ebenfalls eine Massefläche.

[Joggel (Gast)]

Das Layout ist eine Sache, das ist verbesserbar. Das Andere ist die 
Filterung. Die ist leider falsch ausgelegt. Das signal ist ein paar 
Nanosekunden breiter Puls, der sich mit  500kHz oder So wiederholt. Das 
bedeutet, das Filter muss nicht bei 500kHz filtern, da ist naemlich 
nichts, sondern oberhalb 300 MHz. Wenn der Puls weg ist, ist alles weg. 
Nun sind wir wieder zurueck beim Layout. Wenn der Puls schon vor dem 
Filter auf die Umgebung gekoppelt hat, bringt auch ein richtig 
dimensioniertes Filter nichts mehr. Alles klar? Das Layout muss also 
fuer 300MHz-1GHz gut sein.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Fluffi schrieb:
> Die Sonde war direkt über den Bauteilen Diode und Spule, Abstand max 5mm.
Das überarbeitete Layout sieht nicht so schlecht aus, ich würde mich da 
mal trauen, "richtig" zu messen.

BTW1: die Ankopplung des Feedbackwiderstandes gehört nicht an die 
Spule, sondern an den Ausgangskondensator, denn für eine Leiterbahn 
gilt: Each mm has its Nanohenry...

BTW2: da sind zu wenige Durchkontaktierungen auf dem Massestrompfad.
Merke: es ist nicht dein Bohrer, der stumpf wird...

BTW3: lass die Thermals bei den Bauteilen im SNT weg. Die Kondensatoren 
und die Diode gehören genauso wie die Spule mitten ins Kupfer. Da gibt 
es auch keinen Grabsteineffekt, denn diese Bauteile sind viel zu schwer 
dafür...

BTW4: wenn du shcon eine dedizierte Masselage hast, dann lass doch diese 
Fluterei sein. Und gönn dir stattdessen nochmal so ca. 100 
Durchkontaktierungen...

[Bernd H. (bhallinger)]

Und wie Lothar Miller schrieb Filter für hohe Frequenzen....

Das ist das was ich selbst oben geschrieben hab. Kleine Kondesatoren....

1, 10 nF sehr nah dran....

[Fluffi (Gast)]

Hallo zusammen,

habe heute morgen noch einmal eine neue Platine mit neuem Layout 
bekommen und natürlich wieder Messungen mit der H-Feld-Sonde gemacht.

Ich habe diverse Veränderungen vorgenommen (andere Spule als Filter, 
Widerstand am Boostkondensator in Reihe, Masse unter der Spule entfernt 
bzw. Steg aufgetrennt usw.

Jetzte habe ich auf einmal eine sehr interessante Messung herausbekommen 
(siehe Anhang: Kurve von 30MHz bis 300MHz)
Die Platinen sind gleich und unterscheiden sich folgendermaßen:
dunkelblau: Normaler Aufbau
hellblau: Boostkondensator mit 10 Ohm Widerstand in Reihe

Ich habe auch mal einen neuen Schaltplanausschnitt beigefügt, hier ist 
eine Spielwiese integriert, wo ich verscheidene Bauteile vorgesehen hab, 
die ich aber auch weglassen oder anpassen kann. Zur Erklärung
Vor und nach dem Regler zwei Ferrite in Reihe, jeweils einer bestückt 
und der zweite vorerst als 0-Ohm Widerstand. L2/L6 mein wichtiges 
Filterelement (s.o.) die ich alternativ als SMD-Variante oder als Tonnen 
Induktivität bestücken kann. Boostkondensator als 0Ohm bzw. als 10 Ohm 
ausgelegt und parallel zur diode noch ein RC-Glied, im Moment 
unbestückt.

kann mir jemand das Die Auswirkung des Widerstands beim 
Boost-Kondensator mit dem Diagramm erklären?

Wie man sehr schön sieht, sind die Peaks am Anfang sehr groß und lassen 
ab ca. 100/150 MHz langsam nach.
Wie kriege ich die Peaks bis 100MHz am besten in den Griff?

[Mike J. (emjey)]

Kannst du mal parallel zu dem 100nF Kondensator (R45) einen ca. 20 bis 
100µF Kondensator löten?

Wie sieht die Ausgangsspannung aus (Oszi) ist die schön glatt oder sind 
dort starke Rippel zu sehen?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Fluffi schrieb:
> Jetzte habe ich auf einmal eine sehr interessante Messung herausbekommen
Wo und wie hast du da gemessen?

[Fluffi (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
> Fluffi schrieb:
>> Jetzte habe ich auf einmal eine sehr interessante Messung herausbekommen
> Wo und wie hast du da gemessen?

So, wie weiter oben beschrieben:
H-Feld-Sonde an einem Spektrumanalyzer und die H-Feld-Sonde ungefähr 10 
mm über dem Punkt Schaltreglerausgang-Diode(K)-Spule

Mike J. schrieb:
> Kannst du mal parallel zu dem 100nF Kondensator (R45) einen ca. 20 bis
> 100µF Kondensator löten?

Wenn du den Ausgangskondensator meinst, findest du C8/C21 hinter den 
Ferriten zur Filterung, jeweils 22µF

[Mike J. (emjey)]

Fluffi schrieb:
> Wenn du den Ausgangskondensator meinst, findest du C8/C21 hinter den
> Ferriten zur Filterung, jeweils 22µF

Der Glättungskondensor ist eben hinter der Spule, löte mal einen 
Kondensator parallel zu C45.

Der Feedback-Pin bekommt nie und nimmer die echte Ausgangsspannung, der 
Regler wird selbst irgend welche Schwingungen (zwischen L1, L3 und C45) 
erzeugen weil er die Spannung so bestimmt nicht ruhig bekommt.

[xy ungelöst (Gast)]

Mike J. schrieb:
> Der Feedback-Pin bekommt nie und nimmer die echte Ausgangsspannung,

Wo siehst Du das?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

xy ungelöst schrieb:
>> Der Feedback-Pin bekommt nie und nimmer die echte Ausgangsspannung,
> Wo siehst Du das?
Daran, dass er an die Spule führt und nicht an den Kondensator...

[xy ungelöst (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
> Daran, dass er an die Spule führt und nicht an den Kondensator...

Dann habe ich etwas an den Augen, obwohl ich eine Brille trage.

FB ist über einen Spannungsteiler R108, R109 so wie es im DB steht nach 
der Spule L1.

Ich vermisse nur nach der Spule ein C etwa 100µ || zu C45.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

xy ungelöst schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Daran, dass er an die Spule führt und nicht an den Kondensator...
> Dann habe ich etwas an den Augen, obwohl ich eine Brille trage.
Sieh dir dort im Beitrag "Re: EMV-Profis: Buck-Regler Schaltflanken abflachen?" 
mal layout_2.png an. Der Feedback geht dort über R108 auf die Spule L1, 
nicht an den Kondensator C8 (jetzt C45). Und ja: 10mm machen da was 
aus...

[xy ungelöst (Gast)]

Fluffi schrieb:
> habe heute morgen noch einmal eine neue Platine mit neuem Layout
> bekommen und natürlich wieder Messungen mit der H-Feld-Sonde gemacht.

Lothar Miller schrieb:
> mal layout_2.png an.

Woher willst Du wissen das es immer noch so ist?
Ich bin nach dem letztem Schaltplan 
gegangen(Schaltplanausschnitt_neu.png).

Sollte ich falsch liegen entschuldige ich mich für mein Unfug.

[Fluffi (Gast)]

Anbei Bilder vom neuen Layout

[B.A. (Gast)]

@ Fluffi
Löte doch mal parallel zu C45 einen größeren Kondensator ran und sag ob 
sich etwas geändert hat.

[Fluffi (Gast)]

So, ich war diese Woche mit der oben abgebildeten Platine im Prüflabor.
Durch Verbesserung der Maßnahmen, teilweise oben angesprochen, und 
verschieden aufgebaute Platinen (Ferrit-Auswahl, verschiedene Filter, 
etc).
Ergebnis: EMV-Test bestanden!

Aber es ist mir bei den Prüfungen eine Merkwürdigkeit aufgefallen, die 
ich mir jetzt so gar nicht richtig erklären kann. Vielleich habt Ihr ja 
Hinweise für mich - nur zum Verständnis - falls man es überhaupt 
verallgemeinern kann.


Wie weiter oben im Schaltplan zu sehen habe ich in Reihe zum 
Boost-Kondensator (C7) auf Empfehlung einen 10 Ohm Widerstand (R127) 
gesetzt. Eine weiter Platine habe ich dann mit 0 Ohm (R127) bestückt.
In meinen Vormessungen am Arbeitsplatz mit Spektrumanalyzer wirkte sich 
der 10 Ohm Widerstand postiv auf Frequenzen im höheren Frequenzbereich 
aus.
In der Prüfkammer hatte ich folgendes Phänomen:
(Frequenzbereich 150kHz bis 30MHz, Schaltfrequenz ca. 550kHz)

10 Ohm-Widerstand: alle Pegel relativ ruhig und weit unter Grenzwert, 
aber einen Peak bis 30 dBµV bei halber(!) Schaltfrequenz. Bei 
Schaltfrequenz selber keine Peak und keine Auffälligkeiten (leider kein 
Bild)

0 Ohm-Widerstand: Peak deutlich kleiner, unter Grenzwert, dafür aber 
einige schwache Peaks weiter oben, die aber auch alle unter Grenzwert 
sind, jedoch nicht so ruhig wie mit 10 Ohm  Widerstand (siehe Bild)

Für weitere Informationen und zum Verständnis habe ich den Widerstand 
halbiert (2x 10 Ohm parallel). Ergebnis: keine Auswirkungen, Peak immer 
noch da und genau so stark.

Meine Frage:
Warum der Peak bei halber Schaltfrequenz und bei Schaltfrequenz gar kein 
Peak?
Kann man hier pauschal etwas zu sagen?

[Fluffi (Gast)]

Achso: interessant ist die blaue Linie!
Der (rote) Grenzwert ist die Grenze für die blaue Linie (Average)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Fluffi schrieb:
> Durch Verbesserung der Maßnahmen, teilweise oben angesprochen, und
> verschieden aufgebaute Platinen (Ferrit-Auswahl, verschiedene Filter,
> etc).
> Achso: interessant ist die blaue Linie!
mehr als 10dB Reserve...
Hast du auch mal ohne Filter gemessen. Denn unnötige Filter sind 
unnötig teuer. Und bei EMV gilt: ausreichend ist gut genug... ;-)

> verschieden aufgebaute Platinen
Also nicht: "verschiedene Platinen",
sondern "verschieden bestückte Platinen"?

[B e r n d W. (smiley46)]

> Boost-Kondensator (C7)
Bootstrap-Kondensator

> Peak bei halber Schaltfrequenz
Bei kleiner Last läßt der Regler möglicherweise jede zweite Schwingung 
aus. Das EMV-Ergebnis ist auch lastabhängig, das Gerät sollte im 
typischen Zustand betrieben werden.

[Mike J. (emjey)]

Hallo Fluffi (Gast),

ich kann mir dein Bild nicht anschauen (das Bild wird bei mir 
zeilenweise aufgebaut, dauert ewig), kannst du es noch mal etwas 
verkleinert reinstellen? 100kByte sollten doch ausreichen.

Oder ein netter Moderator verkleinert das Bild für mich.

[Fluffi (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
>> verschieden aufgebaute Platinen
> Also nicht: "verschiedene Platinen",
> sondern "verschieden bestückte Platinen"?

Ja, genau. Ich habe verschieden bestückte Platinen benutzt.

B e r n d W. schrieb:
> Das EMV-Ergebnis ist auch lastabhängig, das Gerät sollte im
> typischen Zustand betrieben werden.

Das Gerät wurde im typischen Zustand betrieben.

Mike J. schrieb:
> kannst du es noch mal etwas
> verkleinert reinstellen?

Bitte schön

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Fluffi schrieb:
>> kannst du es noch mal etwas
>> verkleinert reinstellen?
> Bitte schön
Ich habe das Original oben im 
Beitrag "Re: EMV-Profis: Buck-Regler Schaltflanken abflachen?"
verkleinert und das zweite Bild hier gelöscht...