Guten Abend.
Ich habe mal wieder ein Problem. Ich habe ein Synchronschaltrichter mit
2 IRFU 3707Z und einem IR2184 als Treiber, mit einem 1µF Elko als Charge
pump, 50µH(Ringkern, gemessen bei 1kHz mit dem LCR-Meter) und 400kHz
Schaltfrequenz laufen bei einem DC von ~40%. Als Kondensatoren finden
sich jeweils 4 22µF/50V "low-ESR"(nach Reichelt) Typen auf beiden seiten
des Schaltreglers.
Nun höre ich aber einen Summton von der Spule, was bei 400kHz nicht
direkt von dem Schalten kommen kann und sie wird Warm.
Auch bemerke ich starke Spannugsschwankungen ca 800ns nach dem setzten
des on-pegels, was sich auf dem Logiksignal vom Mega8, der
Ausgangsspannung, der Eingansspannung und sogar auf GND widerfindet(laut
Oszi).
Ich weiß, dass eine Steuerung über einen Atmega in Software nicht
optimal ist, aber dies soll nur ein Testaufbau für ein FPGA sein, der
später das ganze steuern soll.
Ich lese zudem die Spannung über den Shunt nicht via ADC aus, sondern
verstärke sie in einem LM358 und vergleiche sie in einem LM393 mit einer
1,23V Referenzspannung über einen Spannungsteiler. Das Signal vom
Komperator wird dann noch durch einen Schmitt-Trigger geglättet und dann
an den Mega8 geleitet.
Dieser arbeitet mit einer Festen Off-Zeit und einer geregelten On-Zeit.
Sollte aber vor einschalten der On-Zeit zu viel Strom da sein(Feedback
auf high) wird gar nicht erst in den On-Zustand gesprungen.
Daraus schließe ich, dass es sich nicht um ein Fehler des PWM-Signals
des Mega8-handeln kann, da dieser Abschaltet und wartet und nicht sehr
schnell hin und her springen kann.
Ich würde vlt auf einen Fehler im Treiber schließen, dass vlt die
Charge-Pump die Spannung nicht halten kann, was ich aber egt für
unwarscheinlicher halte.
Vlt habe ich aber auch mit der Spule un den Ausgangskondensatoren und
Leitungswiderständen ein Schwingkreis gebaut?
Mich wundert es auch, dass die Spule so warm wird, schließlich habe ich
bei Aufbauten mit LM2576, LM2676, PR4101B oder MC34063 nie solche
Probleme gehabt.
Und um es zu erwähnen: Der Logikteil vom AVR und der Schaltregler hängen
an unterschiedlichen NTs, Masse natürlich verbunden, der Atmega, sowie
der Referenzspannungsteiler und die Logik werden mit 5V aus einem 7805
versorgt.
Über Hilfe würde ich mich sehr freuen.
MfG J.Hebeler
Schnell die obligatorischen Anmerkungen: Die Induktivität hat nicht wie
im Schaltplan 10mH, sondern 50µH und weniger. Die Widerstände mit einer
-1/-2 sind Spindeltrimmer und ich hatte keine Lust bei der
Refernzspannung das genaue Verhältnis auszurechnen. Die Werte für R6-1
und R6-2 stimmen auch nicht, die haben sich schon geändert, die wollte
ich aber im Moment auch nicht nachrechnen. AR2 ist wie gesagt ein LM358.
An V+ und V- hängt ein LED-Dummy aus einem BC245 und 2 LEDs. Vin beträgt
20V, 3A, verbraucht werden im betrieb maximal 2A laut Anzeige.
Das sollte es gewesen sein.
MfG J.Hebeler
Was macht AR2? Der -Eingang liegt immer auf Masse, es gibt keine
Rückkopplung, es wird also nichts verstärkt.
EDIT: Sorry, lesen muss man können, soll ja auch ein Komperator sein :)
>>Was macht AR2? Der -Eingang liegt immer auf Masse, es gibt keine>>Rückkopplung, es wird also nichts verstärkt.
Wieso sollte er dauerhaft auf Masse liegen? Über den Shunt fällt eine
Spannung abhängig vom Strom ab. Der Zielstrom ist 3A. Macht also 0.3V.
Dies soll auf 1.23V verstärkt werden, dieses Prinzip habe ich schon
erfolgreich bei 3 anderen Schaltreglern auf Basis des LM2576 und LM2676
angewendet.
Ansonsten entspricht der Aufbau dem eines positiven Verstärkers.
Um das nochmal kurz klar zu stellen: Zwischen V+ und V- hängt eine Last,
die ich aber nicht eingezeichnet habe. Es geht hier um den belasteten
Regler.
Die Last hat Halbleitercharakteristik und hat 3A bei ca 10V.
Daher ist auch eine Spannung über den Shunt vorhanden. Nicht das es da
zu Missverständnissen kommt
Eingangspannung hab ich jetzt auch nicht mit 0 angesehen...
ich glaub, du hast dich mit der Masse vertan, die gehört an eine andere
Stelle. Guck dir nochmal den Verstärker an...
http://www.elektronikinfo.de/techpic/strom/op_elektrometer.gif
deine Schaltung ist mir als nicht-invertierender Verstärker nicht
bekannt, das ist meiner Meinung nach ein Komperator.
>>ich glaub, du hast dich mit der Masse vertan, die gehört an eine andere>>Stelle.
Ich hätte mir mehr Mühe mit dem Plan geben sollen...
Den Plan habe ich eben gemacht und habe versucht das nach zu bilden, was
ich als Schaltung vorliegen habe. Der Op-Amp ist richtig angeschlossen
und Funktioniert, schließlich existiert eine Regelung nach dem Strom und
dies sollte auch nicht den von mir beschriebenen Sachzusammenhang
auslösen, nämlich das ca 800ns nach dem Schalten in den On-Zustand es
eine Spannungsspitze gibt und die Spule summt.
Natürlich hängt Vcc an 8 und Gnd an 4 vom LM358.
Hmm....vom Schaltplan her ist mir kein weiterer Fehler aufgefallen,
sofern dein OP korrekt beschalten und der LowSide MOSFET richtig herum
eingebaut ist ;)
Wie groß ist denn die Spannungsschwankung? Ist die Spannung am Gate
konstant? Könnte mir vorstellen, dass du durch die 400kHz irgendwo ein
Übersprechen hast. Die Schwingung der Spannung auf Masse beträgt auch
400kHz? Oder ist das irgendwas ganz anderes und nicht konstant oder so?
Hier ist das ganze zu sehen, ich hoffe auf dem oszi sieht man das.
http://www.youtube.com/watch?v=Jbc20PGKO_E
Die Schwankung ist Punktuell, vlt 100ns lang, aber sehr heftig, 10V und
mehr.
Ich weiß daher nicht, in wie fern die Ausschläge auf Masse durch
Induktion oder Übertragung kommt.
Mich wundert es halt, dass es immer erst einige hundert ns nach dem
schalten auf On-entsteht. Es könnte vlt sein, dass im Ladeprozess der
Spule sich die Eingangskondensatoren zu sehr entladen, dass NT versucht
nachzuregeln und dann über-regelt.
Das sieht mir sehr nach einem Schwingkreis aus. Die Spannungsspitzen
sind immer an der gleichen Stelle, auch die Amplitude ist nahezu
konstant. Außerdem hast du diese Schwingungen auch während deiner
off-Zeit, zwar nicht so hoch, aber sie sind mit scheinbar dem gleichen
Verlauf vorhanden wie während der on-Zeit. Veränder mal die
Ausgangskapazität und guck nach, ob sich was ändert.
Problem ist das die meisten Bauteile in der Schaltung für die
Schaltfrequenz zu langsam sind.
Zum Beispiel hat der LM358 nur ein unity-gain von ungefähr 700kHz. Das
bedeutet das ein Signal von 400kHz nicht mal um den Faktor 2 verstärkt
werden kann. Das was man hört ist die Regelschwingung durch die
zulangsame Ausregelung.
WISO_MASSE schrieb:> Problem ist das die meisten Bauteile in der Schaltung für die> Schaltfrequenz zu langsam sind.> Zum Beispiel hat der LM358 nur ein unity-gain von ungefähr 700kHz. Das> bedeutet das ein Signal von 400kHz nicht mal um den Faktor 2 verstärkt> werden kann. Das was man hört ist die Regelschwingung durch die> zulangsame Ausregelung.
Wenn sich die Spannung am LM358 mit 400kHz ändern würde, hätte er die
Spule zu klein ausgelegt. Man kann also annehmen, dass der Strom nahezu
konstant bleibt.
>>Wenn sich die Spannung am LM358 mit 400kHz ändern würde, hätte er die>>Spule zu klein ausgelegt. Man kann also annehmen, dass der Strom nahezu>>konstant bleibt.
Das sollte auch der sinn des ganzen sein. Zudem wirkt sich das
Feedbacksignal nur Indirekt aus. Wenn zu viel Strom da ist wird
abgeschaltet ansonsten wird eh nach den zeit geregelt.
Aber ich hab gerade festgestellt, das die Spannungsschwankungen mit dem
Schalten des oberen Mosfets zuzsammenhängen, bzw nur an den
Schaltflanken auftreten. Ich habe auch unterschiedliche Ausgangs und
Eingangskapazität getestet und festgestellt, dass es nicht daran liegt.
Wenn ich so darüber nachdenke ist es sogar sinnvoll, da der IR2184 eine
verzögerung von ~600-800ns hat und damit immer nach den Schaltflanken(im
Video glaube ich gelbes Signal) erst den Mosfet steuert, damit ergibt
sich die Verzögerung.
Die frage ist nun, ob man diese Spannungsschwankungen mit einem Snubber
weg bekommt, oder ob man da möglichst viele extrems low-esr Elkos
platzieren sollte?
J. Hebeler schrieb:> Aber ich hab gerade festgestellt, das die Spannungsschwankungen mit dem> Schalten des oberen Mosfets zuzsammenhängen, bzw nur an den> Schaltflanken auftreten. Ich habe auch unterschiedliche Ausgangs und> Eingangskapazität getestet und festgestellt, dass es nicht daran liegt.> Wenn ich so darüber nachdenke ist es sogar sinnvoll, da der IR2184 eine> verzögerung von ~600-800ns hat und damit immer nach den Schaltflanken(im> Video glaube ich gelbes Signal) erst den Mosfet steuert, damit ergibt> sich die Verzögerung.> Die frage ist nun, ob man diese Spannungsschwankungen mit einem Snubber> weg bekommt, oder ob man da möglichst viele extrems low-esr Elkos> platzieren sollte?
Ah, da kommen wir der Sache schon näher. Ich bin davon ausgegangen, dass
das Rechtecksignal die Spannung vor der Spule ist und nicht die
Gatespannung. Dann sind das Überschwinger, die durch den niedrigen ESR
der Ausgangskapazitäten nicht genügend gedämpft werden. Ein Snubber
sollte hier wirklich Abhilfe schaffen.
Wenn du da mal etwas gemacht hast, würde mich das Ergebnis mal
interessieren :) Nicht, dass ich hier doch Mist erzählt habe und dann
dumm sterbe ;)
>>Dann sind das Überschwinger, die durch den niedrigen ESR>>der Ausgangskapazitäten nicht genügend gedämpft werden. Ein Snubber>>sollte hier wirklich Abhilfe schaffen.>>Wenn du da mal etwas gemacht hast, würde mich das Ergebnis mal>>interessieren :) Nicht, dass ich hier doch Mist erzählt habe und dann>>dumm sterbe ;)
So, nachdem ich nun einen Snubber mit 300nF und 9Ohm/1W über den
Schalter platziert habe, ist ein Teil der Störung weg, aber noch nicht
alles.
Weiß jemand, welche Dimensionierung ich da nutzen sollte?
Hab jetzt 4 verschiedene Quellen gefunden, die alle etwas anderes
behaupten. Von 100nF pro A bis hin zu ca 2 mal Ausgangskapazität +
Lastkapazität.
Hat jemand einen Rat oder Link für mich?
MfG J.Hebeler
Ich würds auf Anhieb so probieren, wie hier im Forum beschrieben
und
Ich glaub, das ist aber recht unkritisch. Du kannst ja aus der Frequenz
der Überschwingern erkennen, wie schnell bzw. träge der Snubber sein
muss und an der Amplitude, wie sehr er dämpfen muss. Ich denke mal, das
kann man recht gut abschätzen.
Achja, was mir noch einfällt: Ist glaub ich einfacher, erst den
Kondensator zu dimensionieren, um sich auf eine Größenordnung
einzustellen.
ist die Resonanzfrequenz, die du ziemlich einfach aus deinem
Oszillographierten nehmen kannst, das C, mit dem gerechnet wird, ist
näherungsweise die Summe deiner Kondensatoren im Leistungsteil.
Ich komme im Moment auf keinen grünen Zweig mit meinem Snubber.
Ich habe im Moment 200nF und 1.1kOhm/2W, was die Schwingungen beim
Ausschalten schön eliminieren, aber nicht komplett die Schwingungen beim
Einschalten.
Deutlich zu sehen ist dies auf der IN-Leitung es IR2184 und leicht in
der Ausgangsspannung. Das Summen wurde etwas leiser, ist aber immer noch
da.
Laut Oszi hab ich folgende Daten:
f_schalt=400kHz
T_peak = 20ns
C_ausgang = 44µF
L_ausgang = 50µF
Berechnet man nach T=sqrt(L*C) den Kondensator, so kommt 8pF heraus.
Doch die Frage ist, soll dass der Snubber-Kondensator sein oder die
Kapazität mit der man weiter rechnen soll.
Ist zweiteres der Fall, so kommt man auf 1Ohm für R, ~200nF für C und
einer Verlustleistung von 4kW, was vlt etwas hoch ist. Mit anderen Wegen
komme ich auf ein C von 440µF.
Also im ganzen: entweder bin ich zu dumm den Artikel zu verstehen und
das richtig zu berechnen oder irgendetwas wird unzureichend erklärt.
MfG J.Hebeler
So, da ich nicht davon ausgehe, dass mir irgendwer meine Werte
berechnet, habe ich mich schnell selber daran gemacht.
Kurzer Hinweis: ich habe die Induktivität auf 10µH verringert.
So, gestartet wird mit dem Zusammenhang (1)
, wobei T die Periodenzeit der Störgröße ist, in meinem Fall ca 25ns(s.H
Bilder) und L die Induktivität des Kreises ist, in meinem Fall 10µH.
Umgestellt ergibt sich für C:
und damit C = 62.5pF.
Dann berechnet man Rsn mit (2)
, bzw wenn man die Formel aus (1) einsetz erhält man
und damit in meinem Fall r_sn = 400 Ohm.
Nun kann man C_sn mit (3)
Eine recht zuverlässige Methode für die Dimensionierung des Snubbers
ist, die Kapazität des Kondensators (experientell) so zu bestimmen, dass
sich die Schwingfrequenz ungefähr halbiert. Dabei keinen Widerstand in
Reihe schalten. Wenn man den passenden Kondensator gefunden hat, kann
der Widerstand mit R = 1/(2*pi*f*C) berechnet werden. f ist die neue
Resonanzfrequenz und C die Kapazität des Snubber-Kondensators.
Die Induktivität der Speicherdrossel hat dabei nichts zu bedeuten; die
Schwingungen werden durch die Induktivitäen der Leiterbahnen und
Bauteile bestimmt; diese liegen eher im nH-Bereich. Deswegen muss der
Kondensaotr deutlich größer werden als du berechnet hast; vermutlich im
Bereich von ein paar nF.
Was sind denn die Signale in deinem Screen-Shot? Sind das Gate-Signale
oder die Spannung in der Brücke?
Es wäre auch möglich, dass die Störung dadurch zustande kommt, dass für
einen kurzen Zeitpunkt beide Mosfets gleichzeitig an sind. Wenn der
Highside-Transistor hart anschaltet, bekommt man ein sehr großes du/dt
am Drain des unteren Mosfets. Wenn das Gate nicht sehr niederinduktiv
angesteuert wird bzw. wenn die Masse nicht gut ist, kann es passieren,
dass der untere Mosfet kurz einschaltet.
Dagegen würde evtl. ein höherer Gate-Widerstand helfen. Oder noch besser
eine Parallelschaltung aus Widerstand und Diode in den Gate-Leitungen,
so dass beim Ausschalten die Diode wirksam ist (Kathode in Richtung
Gate-Treiber) und beim Einschalten der Strom durch den Widerstand
fließen muss. Damit kann man den Einschaltvorgang langsamer machen und
der Ausschaltvorgang bleibt trotzdem schnell.
>>Was sind denn die Signale in deinem Screen-Shot? Sind das Gate-Signale>>oder die Spannung in der Brücke?
Es ist keine H-Brücke, sondern ein Synchronschaltregler.
Gelb ist der Signalverlauf an dem TTL in-Pin des Treibers und Blau der
Spannungsverlauf am Drain des High-Side Mosfet.
>>Es wäre auch möglich, dass die Störung dadurch zustande kommt, dass für>>einen kurzen Zeitpunkt beide Mosfets gleichzeitig an sind
Danke für den Tipp. Werde ich mal untersuchen.
>>Die Induktivität der Speicherdrossel hat dabei nichts zu bedeuten; die>>Schwingungen werden durch die Induktivitäen der Leiterbahnen und>>Bauteile bestimmt; diese liegen eher im nH-Bereich. Deswegen muss der>>Kondensaotr deutlich größer werden als du berechnet hast; vermutlich im>>Bereich von ein paar nF.
Danke. Wird im Wiki nicht so ganz deutlich.
So, es Funktioniert jetzt.
Was habe ich also geändert: Alles.
Ich habe den alten Aufbau komplett ersetzt durch einen neune, der
diesmal auf einer geätzen Platine sitzt und siehe da: sehr viel weniger
Probleme. Ich denke mal, ich hatte im alten Lochraster-Aufbau(Schande
über mich) zu viele Fehler im Design und der Anordnung, der Masseführung
und was sonst noch dazu gehört.
Aber im alten Design hatte ich mit 10nF und 1 Ohm das beste Ergebnis als
Snubber über den schalter
MfG J.Hebeler
