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.
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...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...
Mach mal einen Abschirmkäfig aus Blech um die Wandler, auch untenrum. Das wirkt Wunder...
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/1800410 Butz 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.
Gerd Freudenzimmer schrieb: > Ich benutze diese hier: > http://de.farnell.com/wurth-elektronik/744045120/i... Wie man gut sieht, haben die leider keinen geschlossenen Magnetkreis. Also ideale Störsender bzw. Störempfänger. 2 davon nebeneinander und Du hast ne schönen Trafo gebaut.
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..
Andi D. schrieb: > dann scheint dein layout übelster scheiß zu sein... Kann auch einfach ein Messfehler sein
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.
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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?
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