Hallo, ich habe eine Platine, welche 4.5-5.5V benötigt (enthält 9x TPIC6C596N und 81x20mA LEDs, und diverse andere Dinge) und versorge es mit einem einfachen Netzteil, welches 5V, max 3A liefert. Leider fällt die Spannung ab sobald ich eine Last daran lege - sogar bis unter 3,8V. Dann versagt natürlich der IC auf der Platine seinen Dienst (und noch viele andere Komponenten). Wie ich recherchiert habe, ist Spannung scheinbar generell abhängig von der Last, wenn keine spezielle Schaltung davor gebaut wurde. Wie kann ich meine Platine mit "möglichst" genau 5V versorgen? (+/- 0.2V sind kein Thema). Kenndaten: Steckernetzteil: 5V Ausgang (gemessen ohne Last: 5.2V), max. 3 Ampere belastbar. Platine: 5V benötigt, min. 4.5V (Schmerzgrenze), max. 5.5V, benötigt min. 1A, Spitze wäre 2-2.5A (kurzfristig für wenige Sekunden). Lieben Gruß, Sebastian
Überprüfe ( oder sage uns ): wo fällt die Spannung ab: am Ausgang des Steckernetzteils oder auf der Platine ( Leiterbahnen zu dünn?). Belaste das Netzteil mit einigen Ohm, so daß etwa 1,5 bis 2,5 A fließen, und miß die Spannung. Wenn sie zusammenbricht, investiere in die Zukunft durch Ankauf eines "richtigen" Steckernetzteils. ( Achtung, bei 2 A an 5 V setzt du 10 W um, das wird heiß; also passende Widerstände verwenden ).
Hallo Marc, die Leiterbahnbreite ist 25mil, als GND wird die ganze Platine verwendet. Am Eingang der Platine messe ich z.B. 4,27V bzw. am 1. IC, dem VCC-Pin. Doch am "nächsten" IC messe ich nur noch 4.10V und am 3. nur noch 4.05V. Und "natürlich" sind sie parallel geschaltet, die Durchgangsmessung ergibt auch einen klaren Kontakt. Was mich iritiert: Sind alle LEDs an, werden ca. 500mA verbraucht, aber es müssten eigentlich 81x20mA = 1,6A verbraucht werden. PS: Es werden "nie" alle LEDs an sein (im Normalfall), max. 4-8 zur gleichen Zeit, daher sind 25mil ausreichend. Der Spannungsabfall ist aber auch gegeben, wenn keine LED an ist (jedoch nicht so stark, aber stark genug, dass mir einfach zu viel Spannung fehlt).
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Ein Teilsegment meiner Schaltung sieht so wie im Anhang. Die LEDs werden mit von 5V versorgt und die IC schaltet gegen GND. Macht es Sinn, vor der ganzen 5V Versorgung einen 78Txx Festspannungsregler zu setzen? Lieben Gruß, Sebastian
@ Sebastian Loncar (arakis) >Leider fällt die Spannung ab sobald ich eine Last daran lege - sogar bis >unter 3,8V. Dann versagt natürlich der IC auf der Platine seinen Dienst >(und noch viele andere Komponenten). Da ist dann wohl was zu hochohmig. >Wie ich recherchiert habe, ist Spannung scheinbar generell abhängig von >der Last, wenn keine spezielle Schaltung davor gebaut wurde. Komischer Satz. >Wie kann ich meine Platine mit "möglichst" genau 5V versorgen? (+/- 0.2V >sind kein Thema). Mit dem passenden Spannungsregler sowie einer gescheiten Spannungsverteilung auf der Platine. >Steckernetzteil: 5V Ausgang (gemessen ohne Last: 5.2V), max. 3 Ampere >belastbar. Bild? Typ? >Platine: 5V benötigt, min. 4.5V (Schmerzgrenze), max. 5.5V, benötigt >min. 1A, Spitze wäre 2-2.5A (kurzfristig für wenige Sekunden). Sollte das Netzteil ja bringen. >die Leiterbahnbreite ist 25mil, als GND wird die ganze Platine >verwendet. Naja, 25mil = 0,6mm, da geht schon was drüber. http://www.mikrocontroller.net/articles/Leiterbahnbreite bei 10K Erwärumg etwas mehr als 1A. Ohhh, doch nicht sooo viel. Aber viel schwerwiegender als die Erwärmung ist der Spannungsabfall wegen des ohmschen Widerstands. Und bei einem 5V System kann man sich da nicht viel erlauben. Wenn man von max. 0,2V Spannungsabfall ausgeht, dürfen bei 3A maximal 66mOhm Widerstind in VCC und GND in Summe sein. Das ist nicht so viel, die hat man leicht erreicht! >Am Eingang der Platine messe ich z.B. 4,27V bzw. am 1. IC, dem VCC-Pin. Poste ein Bild deines layouts unter Beachtung der Bildformate. >Doch am "nächsten" IC messe ich nur noch 4.10V und am 3. nur noch 4.05V. Bei welchem Strom? Damit kann man ausrechnen, wie hochohmig deine Stromverteilung ist. R = delta U / I >Und "natürlich" sind sie parallel geschaltet, die Durchgangsmessung >ergibt auch einen klaren Kontakt. >Was mich iritiert: Sind alle LEDs an, werden ca. 500mA verbraucht, aber >es müssten eigentlich 81x20mA = 1,6A verbraucht werden. Schaltplan? Siehe Netiquette. >gleichen Zeit, daher sind 25mil ausreichend. Der Spannungsabfall ist >aber auch gegeben, wenn keine LED an ist (jedoch nicht so stark, aber >stark genug, dass mir einfach zu viel Spannung fehlt). Dann ist was faul. Siehe oben.
Hallo Falk, hier die vollständige Schematic und Layout im PDF-Format. Ich werde dann mal ein paar Messungen vornehmen. Lieben Gruß, Sebastian
Mal als Orientierung. Eine 0,6mm breite und 35um hohe Kupferleiterbahn hat einen Querschnitt von 0,021mm^2 und damit einen Widerstand von 857 mOhm/m. Um die 66mOhm zu erreichen, die ich oben mal abgeschätzt habe, dürfen VCC + GND Leitung nicht länger als 7,7cm sein. Hust Dein Layout ist ungewöhlich. Wie ist das zu verstehen? Sind das alles Einzelplatinen, die du dann zusammensetzt? Sind die selber geätzt? Oder hat dich den PDF-Drucker veralbert? Die Leitungsführung ist sehr verschwenderisch. Die Leitungsdicht ist sehr gering, das könnte man locker einseitig mit ein paar Drahtbrücken machen, dann hätte man WIRKLICH die Oberseite komplett als Masselage. So wie es jetzt ist, ist die Masse tierisch zerschnitten und damit relativ unbrauchbar. http://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts#Vorgehen_bei_der_Layouterstellung Was du brauchst ist eine WIRKLICH solide Stromverteilung, GND + VCC. Und Entkoppelkondensatoren an den ICs. http://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator#Entkoppelkondensator Deine Pinbelegung des Anschlusskabels ist ungünstig. http://www.mikrocontroller.net/articles/Wellenwiderstand#Leitungsf.C3.BChrung_und_Layout
Hallo Falk, der Tipp mit der Drahtbrücke scheint sehr brauchbar zu sein, habe mal testweise ein Zusatzkabel gelegt und die Spannung steigt! Mir ist aber nicht ganz klar, warum, denn ich habe mir den Artikel "Leiterbahnbreite" vor Monaten bereits durchgelesen und ging davon aus, dass ich mit 25mil "mindestens" 1A nutzen kann. Doch meine Schaltung scheint bei 500mA ja schon Probleme zu bekommen. Die was passiert eigentlich, wenn man dennoch einen Festspannungsregler davor baut, könnte der denn nicht einfach "nachregeln"? Danke für den Tipp mit der Pinbelegung. Das mit dem Wellenwiderstand habe ich zwar nie verstanden, aber jede 2-4 (bis 10.) Leitung als GND definieren ist einfach umzusetzen. Das mit dem PDF war natürlich kein Scherz. Siehe Anhang. Es handelt sic dabei um ein open source projekt von mir, Schaltungen, Bauplan für das Gehäuse und Software stehen frei zur Verfügung. Bisher befindet sich das Projekt noch im Prototypen-Stadium (wie unschwer festzustellen). Die "Balken" sind als Hilfslinien zu verstehen: Sie zeigen an, welcher Bereich von welchem IC kontrolliert wird, außerdem markiert es die spätere Halterung (Holzleiste, welche auf die Platine aufliegen wird). Lieben Gruß, Sebastian
@Sebastian Loncar (arakis) >der Tipp mit der Drahtbrücke scheint sehr brauchbar zu sein, habe mal >testweise ein Zusatzkabel gelegt und die Spannung steigt! Das war zwar anders gemeint, aber wenn es hilft ;-) >Mir ist aber nicht ganz klar, warum, denn ich habe mir den Artikel >"Leiterbahnbreite" vor Monaten bereits durchgelesen und ging davon aus, >dass ich mit 25mil "mindestens" 1A nutzen kann. Doch meine Schaltung >scheint bei 500mA ja schon Probleme zu bekommen. Das ist nur die halbe Wahrheit. Das 1A erwärmt die Leiterbahn um ca. 10K. Der damit verbundene Spannungsabfall ist erstmal nicht genannt. Und der ist auch von Anwendung zu Anwendung verschieden kritisch. Wenn auf einem Verlängerskabel für 230V 2V abfallen, kommen bei deinem Gerät noch 228V an, damit läuft es genausogut wie mit 230V. Wenn bei einem 5V System 2V auf dem Versorgungskabel verloren gehen, wird es nix mehr mit der Funktion. >Die was passiert eigentlich, wenn man dennoch einen Festspannungsregler >davor baut, könnte der denn nicht einfach "nachregeln"? Nö, der kann nur dort nachreglen, wo er die Spannung misst. Das ist bei den meisten direkt am Ausgang. Wenn dahinter ein langes Kabel kommt, "weiß" der Regler doch nicht, wie hoch die Spannung am Ende des Kabels ist. Es gibt regler mit Remote Sense Eingängen, die können die Spannung an einem weiter entfernten Punkt messen und regeln. Nützt dir hier aber nicht soviel, denn der Abfall über deiner VCC/GND Verteilung ist zu groß. Denn wenn der die Spannung am Ende auf 5V reglet, liegen am Anfang vielleicht 7V an! Was du brauchst ist eine SOLIDE Verteilung von GND und VCC. Z.B. zieht man DICKE Leiterbahnen in der Mitte von oben nach unten für VCC/GND, 3mm Breite scheinen nicht verkehrt, so wie eine Sammelschiene in der Starkstromtechnik. Von dort geht man dann je nach links und rechts weg, 1mm klingt OK. Mal rechnen. Pro Segment hast du 8 LEDs a 20mA, macht bestenfalls 160mA. damit nicht mehr als 0,1V abfällt, darf max. 0,625 Ohm Widerstnadn in VCC und GND rauskommen. bei ca. 20cm Weg für hin und zurück macht das max. 3,1 Ohm/m, das wiederum verlangt nach mindestens 0,00576 mm^2 Querschnitt, was bei 35um Kupferauflage ca. 0,16mm Breite macht. OK, dann reichen vielleicht 0,5mm für die Abzweigungen. Für die mittigen "Sammelschienen", die in Summe max. 9x160mA tragen müssen und ca. 1m Gesamtlänge haben, braucht man nach obiger Rechnung ca. 7,3mm Breite. Uuups, mit 3mm doch gut verschätzt, wenn gleich wie du sagst neimals alle LEDs gleichzeitig leuchten. Wenn doch, nimm die 7,3mm Breite, Platz ist ja ausreichend vorhanden. Und ergänze die Entkoppelkondensatoren!
Hallo Falk, Also wenn ich das richtig verstanden habe, sorgen allein die Länge der Leiterbahnen schon für "spürbaren" Spannungsabfall? Das ist ja Hammer, über Leitungslängen habe ich mir nie Gedanken gemacht, immer nur über die Leiterbahnbreite bzw. Querschnitt. Ich bedanke mich für deine sehr ausführliche und verständliche Antwort! Wie hoch müssen denn die Entkoppelkondensatoren sein? Vermutlich möchtest du von mir nun die Schaltfrequenz wissen: ca. 100 Microsekunden zwischen jedem IO-Set, kann aber auch mal sehr viel langsamer sein, je nach Auslastung der "CPU". Ich dachte für den TPIC6C596N bräuchte ich keinen Kondensator, weil im Datenblatt nichts darüber zu finden ist :/ Kurze Frage am Rande: Könnte es sein, dass die VCC durch "VIA's" entsprechend gestört werden kann bzw. könnte ein Via trotz dicker Leiterbahn ein "Flaschenhals" sein? Lieben Gruß, Sebastian
@ Sebastian Loncar (arakis) >Also wenn ich das richtig verstanden habe, sorgen allein die Länge der >Leiterbahnen schon für "spürbaren" Spannungsabfall? Ja. Schau dir mal in deinem Layoutprogramm die VCC Leitung an, wie sie verläuft und wie langs sie ist. >Wie hoch müssen denn die Entkoppelkondensatoren sein? Link gelesen? >nach Auslastung der "CPU". Ich dachte für den TPIC6C596N bräuchte ich >keinen Kondensator, weil im Datenblatt nichts darüber zu finden ist :/ Das ist so grundlegend wie U = I * R, das schreibt dort keiner extra rein.
Sebastian Loncar schrieb: > Das ist ja Hammer, > über Leitungslängen habe ich mir nie Gedanken gemacht, immer nur über > die Leiterbahnbreite bzw. Querschnitt. Nun, der Widerstand berechnet sich nach der Formel rho*l/A. Doppelte Länge ergibt doppelten Widerstand und doppelter Querschnitt den halben Widerstand. Generell: man sollte nicht immer die Leiterbahnbreiten nach der zulässigen Erwärmung bestimmen (Layouter-Tabellenbuch). In den meisten Anwendungen ist der Spannungsabfall das begrenzende Element, zunmal viele komplexe ICs nur noch 1V Corespannung haben wollen und die trotzdem mit 5% tolerieren. Das sind dann nur noch 50mV bis zur Unterspannung ... > Kurze Frage am Rande: Könnte es sein, dass die VCC durch "VIA's" > entsprechend gestört werden kann bzw. könnte ein Via trotz dicker > Leiterbahn ein "Flaschenhals" sein? Man kann auch mit obiger Formel den Widerstand einer Via ausrechnen. Eine kleine Via mit 0.3mm Bohrung ergibt aber schon fast 1mm Leiterbahnbreite (PI*d). Die sind also meist nicht der primäre Flaschenhals, man muss es aber speziell beim obigen Beispiel im Auge behalten. Bei höheren Strömen lasse ich deshalb den Layouter lieber ein paar Vias mehr setzen.
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