Hallo meine lieben Freunde,
ich arbeite zur Zeit mal wieder am leidigen Thema der
Rippleunterdrückung von Schaltnetzteilen bzw. Schaltreglern. Ich habe
dabei folgenden Ansatz gewählt, der mich leider noch nicht ganz
zufrieden stellt.
Ich verwende fertige Schaltnetzteile von TracoPower, z. B. diese hier:
http://www.tracopower.com/fileadmin/medien/dokumente/pdf/datasheets/tmp.pdf
Um hierbei von 12V auf 9V, 6V oder gar 3,3V herunterzuregeln benutze ich
meist einen Step-Down-Regler, ebenfalls von TracoPower:
http://www.tracopower.com/products/tsrn1sm.pdf
Jener hat zwischen 50mVpp und 75mVpp Ripple bei einer Schaltfrequenz von
meist 580kHz.
Ich benutze einen LC-Eingangsfilter, zwei LC-Filter am Ausgang sowie
eine Ferritperle, um die Schaltspitzen zu unterdrücken.
Um die Spannung noch genauer einstellen zu können, schalte ich dahinter
noch einen Linearregler, je nach benötigtem Strom z. B. den LT3021 oder
den LT1965, die beide laut Datenblatt auch im höherfrequenten Bereich
noch eine gute Ripple Rejection haben. Nach dem Linearregler ziehe ich
eine große Massefläche, die nur an einem Punkt mit der restlichen Masse
verbunden ist.
Soweit so gut.
Jetzt würde man ja annehmen, dass zwei LC-Filter sowie ein Linearregler
mit 40dB Ripple Rejection am Ausgang dann ein ziemlich sauberes Signal
liefert (so um die 5mVpp Ripple etwa). Leider ist das nicht so.
Je nach Ausgangslast (z. B. 100mA Strom) habe ich da ziemlichen Quatsch
auf der Leitung. Zum einen ein sehr hochfrequentes Schwingen von etwa
1,45MHz und zum Anderen ein etwa 150kHz großes Signal, was
wahrscheinlich vom Schaltnetzteil direkt kommt.
Hier suche ich jetzt die Fehlerquelle. Okay, die MHz-Schwingung ist
nicht ganz sooo wichtig, die ist nicht so groß. Das langsamere Signal
nervt schon etwas.
Platinendesign? Die Filter irgendwie falsch? Die haben gerade eine
Grenzfrequenz von 145kHz. Sollte man die niedriger setzen? Ich will auch
nicht so ultragroße Spulen verwenden müssen.
Andere Ideen? Oder ist mein Ansatz schon ganz gut so? Ich bekomme auch
gerne Lob :)
Schöne Grüße, euer Gerd Freudenzimmer.
...ach und da ich das Forum hier schonmal durchforstet habe:
Die Spulen, die ich hier verwende, haben eine Eigenresonanzfrequenz von
18MHz. Die sollte eigentlich nichts ausrichten.
Einige haben auch die Verwendung eines RLC-Filters beworben. Was genau
ist an diesem denn besser?
Und bei der Ferritperle: Was genau sagt mir deren Impedanz eigentlich
aus? Ich will ja hier kein Anpassnetzwerk basteln - ist die Impedanz
dann überhaupt wichtig?
Ja, das fiel mir gerade noch ein. Vielen Dank :)
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Platinendesign?
Ja, wenn man wüsste...
Ein Tipp: miss mal mit dem Oszi Masse gegen Masse. Ja richtig: am einen
Massepunkt anklemmen und andere Massepunkte in der Schaltung abtasten.
Was siehst du?
Insgesamt: mir wären da viel zu viele Spulen beteiligt. Die machen das
ganze System so richtig hübsch schwing- und resonanzfähig...
In der Tat, bei den o.g. aufwendigen Filtermaßnahmen sollte der Rippel
ganz erheblich unter 1mV liegen. Selbst ohne den Linearregler. Das ist
unter Garantie ein Messfehler, oder aber die Taktfrequenz streut direkt
in den Ausgang mit ein.
Könntest ja die Filterschaltung mal weit entfernt vom Schaltregler
aufbauen.
Die Spulen sind Speicherdrosseln? Alles Andere ist aus meiner Sicht
absolut minderwertig und zu kaum was zu gebrauchen, trotz hoher
Nenninduktivitäten.
Lothar Miller schrieb:> Ein Tipp: miss mal mit dem Oszi Masse gegen Masse. Ja richtig: am einen> Massepunkt anklemmen und andere Massepunkte in der Schaltung abtasten.> Was siehst du?
Die gleiche Schwingung, die ich auch auf dem Ausgang habe.
Lothar Miller schrieb:> Insgesamt: mir wären da viel zu viele Spulen beteiligt. Die machen das> ganze System so richtig hübsch schwing- und resonanzfähig...
Daran hatte ich auch schon gedacht, darum habe ich mir ja extra Spulen
gesucht, die eine hohe Eigenresonanzfrequenz besitzen. Oder vertue ich
mich hier?
Butz schrieb:> Die Spulen sind Speicherdrosseln?
Ich benutze diese hier:
http://de.farnell.com/wurth-elektronik/744045120/induktivitaet-1812-bauform-12-0%C2%B5h/dp/1800410Butz schrieb:> Das ist unter Garantie ein Messfehler, oder aber die Taktfrequenz streut> direkt in den Ausgang mit ein.
Hm, ich gehe direkt von der Platine mit kurzen Leitungen ins Oszi.
Anders kann ich es ja eh nicht messen. Ich tippe daher eher auf
Einstreuung. Ich versuche es mal mit einem Käfig, wobei das natürlich
auch immer ein Platzproblem darstellt.
Butz schrieb:> Die Spulen sind Speicherdrosseln? Alles Andere ist aus meiner Sicht> absolut minderwertig und zu kaum was zu gebrauchen
Im Gegenteil, Speicherdrosseln sind ungeeignet, es müssen
Dämpfungsdrosseln mit extra geringer Güte sein. Man will ja breitbandig
filtern, also gerade keine Resonanzen haben.
Weiterhin dürfen es keine Stabdrosseln sein, die arbeiten ja wie eine
Ferritantenne, d.h. sie fangen die Störungen erst ein. Es müssen daher
geschirmte Ringkerndrosseln sein.
Die 0,5V scheinen mir für den Linearregler arg wenig. Bist Du sicher,
daß der überhaupt noch was regelt?
3,3V klingt ja nach Digitalanwendungen, da braucht man doch keinen
geringen Ripple.
Peter Dannegger schrieb:> Im Gegenteil, Speicherdrosseln sind ungeeignet, es müssen> Dämpfungsdrosseln mit extra geringer Güte sein. Man will ja breitbandig> filtern, also gerade keine Resonanzen haben.
Hmm, in Schaltnetzteilen selbst sind auch Speicherdrosseln vorhanden.
Ich finde auch gerade nirgends Dämpfungsdrosseln. Geschlossene
Speicherdrosseln hingegen schon. Das könnte ich in der Tat mal
verbessern.
Peter Dannegger schrieb:> Die 0,5V scheinen mir für den Linearregler arg wenig. Bist Du sicher,> daß der überhaupt noch was regelt?
Doch, der hat nur eine DropOut-Spannung von etwa 0,3V. Das bekommt der
eigentlich recht gut hin.
Peter Dannegger schrieb:> 3,3V klingt ja nach Digitalanwendungen, da braucht man doch keinen> geringen Ripple.
Klingt so, ist aber nicht ganz richtig. Ich benötige diese Spannungen
als Gain-Spannungen für einen kohärenten Empfänger - alles sehr
empfindlich dort.
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Lothar Miller schrieb:>> Ein Tipp: miss mal mit dem Oszi Masse gegen Masse. Ja richtig: am einen>> Massepunkt anklemmen und andere Massepunkte in der Schaltung abtasten.>> Was siehst du?>> Die gleiche Schwingung, die ich auch auf dem Ausgang habe.
Bitte genauer!
Du misst also auf Masse schon den Dreck, den du mit deiner LC
Filterkaskade weg kriegen willst?
Fällt dir da nix auf?
Es würde mal Zeit für Bilder.
Vom Signal, von der Platine, wo sind die Messpunkte, ...
Bitte Bildformate beachten.
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Lothar Miller schrieb:>> Ein Tipp: miss mal mit dem Oszi Masse gegen Masse. Ja richtig: am einen>> Massepunkt anklemmen und andere Massepunkte in der Schaltung abtasten.>> Was siehst du?>> Die gleiche Schwingung, die ich auch auf dem Ausgang habe.
dann scheint dein layout übelster scheiß zu sein...poste mal bilder vom
layout sowie bilder von der platine und vor allem auch die plots vom
oszi..
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Lothar Miller schrieb:>> Ein Tipp: miss mal mit dem Oszi Masse gegen Masse. Ja richtig: am einen>> Massepunkt anklemmen und andere Massepunkte in der Schaltung abtasten.>> Was siehst du?> Die gleiche Schwingung, die ich auch auf dem Ausgang habe.
Dann wäre das erst mal ein Fall von "Wer Mist misst, misst Mist". Zeig
mal ein Bild von deinem Messaufbau...
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Ich benötige diese Spannungen> als Gain-Spannungen für einen kohärenten Empfänger
Und diese Gain-Spannungen brauchen soviel Strom?
Ich versorge analoge Meßschaltungen oft direkt aus der Referenz, die
können bis 10mA liefern und sind sehr rauscharm.
Und bei kleinen Strömen ist eine RC-Siebung besser.
Peter Dannegger schrieb:> Ich versorge analoge Meßschaltungen oft direkt aus der Referenz, die> können bis 10mA liefern und sind sehr rauscharm.> Und bei kleinen Strömen ist eine RC-Siebung besser.
Das hatte ich mir auch überlegt, allerdings müssen diese Spannungen
einstellbar zwischen 3,3V und 0V sein. Manchmal auch zwischen 0,5V und
2V, je nach Anwendung.
Richtig ist auch, dass da sehr wenig Strom fließt. Es befinden sich aber
teilweise auch andere Komponenten im Aufbau, die mehr Strom benötigen.
Udo Schmitt schrieb:> Du misst also auf Masse schon den Dreck, den du mit deiner LC> Filterkaskade weg kriegen willst?
Das hatte ich tatsächlich falsch gemessen. Der Dreck befindet sich
lediglich am Ausgang des Linearreglers und auch nur unter Last.
Eine Messschaltung habe ich nicht. Ich habe eine Klemme an Masse und die
zweite Klemme am Ausgang des Linearreglers (direkt daneben ist ein Via,
an welchem ich messen kann). Beide Klemmen gehen mit kurzen Leitungen
ans Oszi. Kann das Signal nicht abfotografieren aufgrund fehlender
Kamera.
Layout wird schwierig, da die Platine recht groß ist. Im Anhang ist ein
"Bild" mit dem Schaltregler V1 und dem Linearregler V2 sowie den beiden
Spulen (L2 und L2a) und des Ferritperle (L3). Oben sieht man ein paar
Bahnen und die Massefläche unten sieht man auch.
Insgesamt: Ersetze ich Netzteil durch gutes Agilent-Labornetzteil, ist
kein Dreck mehr da. Die Schaltfrequenz des Schaltnetzteils wurde dann
wohl gut unterdrückt.
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Richtig ist auch, dass da sehr wenig Strom fließt. Es befinden sich aber> teilweise auch andere Komponenten im Aufbau, die mehr Strom benötigen.
Dann macht es allen Sinn große Verbraucher von den empfindlichen
Verbrauchern zu trennen.
Sonst kriegst du die Störungen durch Stromschwankungen der großen
Verbraucher wunderbar auf die Versorgung der empfindlichen Verbraucher.
Udo Schmitt schrieb:> Dann macht es allen Sinn große Verbraucher von den empfindlichen> Verbrauchern zu trennen.
Ich nutze verschiedene Linearregler für verschiedene Anwendungen. Die
werden dann aber alle aus demselben Netzteil gespeist, weil ich nicht
Platz für mehrere Netzteile hätte.
Sollte ich von denen auch noch die Massen trennen und jene dann
sternförmig zusammenführen, meintest du das damit?
Hallo Gerd,
Habe mir dein Layout kurz angeschaut: ich finde es viel zu verwinkelt /
zu "verschleift". Vermutlich bekommst du dadurch Probleme mit der Masse.
Gerade im Bereich der Filter zieht GND-0 unnötig große Schleifen
(Antennen), die außerdem unter dem Schaltregler durchgehen. Wenn du dir
dadurch GND-0 "verseuchst" nützt der ganze Filter nichts.
Nicht verstanden habe ich die Masseführung beim Längsregler, ist für GND
eine Fläche / Innenlage vorhanden?
Bei Messungen mit dem Oszilloskop keine Masseklemmen / GND-Leads
verwenden, sondern kürzestmögliche GND-Kontaktfedern am Tastkopf
anbringen.
Viel Erfolg!
ich denk auch, die massegeschichte ist nicht ganz unschuldig.
c9 c9a c11 sollten ohne ! umwege (max. 5mm vom chip-ende) direkt an
masse gehen und die masse nur diesen weg an genau dieser stelle
entlanggehen.
am besten wie ne hünerleiter..
wenn gar nix hilft, dann gleiche ferritperlen auch in die masseleitung
einfügen
die spuelengröße 12µF ist ok, jedoch ist solch gewundene spule (und
offene) spule mist.
die koppelung zwischen den windungen frisst die wirkung teilweise wieder
auf.
da gibts direkt lange ferritperlen, oder eben spezielle "spulen
innerhalb ferritkernen" (---> mal "blm ferrite" gurgeln)
c9 c9a c11 können auch gute (x5r x7r) 1µF smd-typen sein, geht ebenso
gut.
am Vout hätte ich jedoch vor L2 erstmal nen C gemacht, min 100nF, besser
viel größer, aber immer smd-keramik. ich löte die am besten immer unten
direkt zwischen die pins.. eben wieder so kurz es geht.
mit nem einfachen pi-filter solltes du bei 50mV rippel schon unter 10 mV
kommen.
Beitrag "Re: MC34063 suche perfektes Layout"
Wenn du bei der Messung 'Masse gegen Masse' die gleiche Schwingung
siehst wie am Ausgang, dann sind das Gleichtaktstörungen, also
Störungen, die sowohl auf deiner Masse als auch auf deiner
Ausgangsspannung in gleicher Höhe und Phasenlage vorhanden sind.
Filter-Kondensatoren sind deshalb wirkungslos, weil diese nur
differentiell wirken. Auch das Layout der Platine kann hier nicht viel
ändern, weil die Ströme im Schaltnetzteil verursacht werden.
Diese Gleichtakt-Störungen erzeugen bei der Messung mit dem Oszi einen
Strom auf dem Ausenleiter der Tastkopf-Leitung und dadurch einen
Spannungsabfall entlang der Tastkopf-Leitung. Dieser Spannungsabfall ist
das, was du am Oszi dann siehst.
Abhilfe degegen schafft eine Gleichtakt-Drossel oder Y-Kondensatoren
oder eine Kombination aus beidem.
Ach wie lustig. Gerade bin ich bei Farnell über Gleichtaktdrosseln
gestoßen und wollte nachfragen, ob die nicht was taugen bei meinem
Problem. Schön, dass mir die Antwort schon vorweg genommen wurde.
Zum Layout: Ich habe ab dem Längsregler abwärts eine große Massefläche
erstellt. Um dort mit einem kurzen Weg hinzukommen, habe ich einfach
immer ein Via zur Masse gelegt. Die Fläche ist recht groß, deswegen
erkennt man sie auf dem Bild vielleicht auch nicht so gut.
Ich werde beim nächsten Layout auch GND-0 als Fläche auslegen, damit ich
dort kurze Wege zur Masse habe und dadurch keine verwinkelte Führung.
Ich versuche es beim nächsten Aufbau mal mit den Gleichtaktdrosseln und
schaue, was da herauskommt.
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Ich habe eine Klemme an Masse und die> zweite Klemme am Ausgang des Linearreglers (direkt daneben ist ein Via,> an welchem ich messen kann). Beide Klemmen gehen mit kurzen Leitungen> ans Oszi.
Wie sollen wir das verstehen? Kein Tastkopf?
Das klingt, als hättest Du zwei getrennte Messleitungen, die zum Oszi
führen und da auf so einen BNC-Bananenbuchsen-Adapter gehen. Das wäre
natürlich eine super Antenne, um die Störungen Deines Schaltnetzteils
und der DC/DC-Wandler einzufangen - ist aber eher ungeeignet zum
Messen...
Gerd Freudenzimmer schrieb:> Ich versuche es beim nächsten Aufbau mal mit den Gleichtaktdrosseln und> schaue, was da herauskommt.
Besser wäre es, die Gleichtaktdrosseln zu testen, bevor du den neuen
Aufbau machst.
Wie sieht denn der Aufbau rund um das Traco-Schaltnetzteil aktuell aus,
hast du irgendwo Y-Kondensatoren eingebaut?
Schaltung.PNG
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