Hallo, leider habe ich gerade mit bösartigen Störungen eines DCDC-Wandlers zu kämpfen, der mir sensible Messsignale unbrauchbar macht. Spezifikationen des DC-DC-Wandlers: - Uin = 18-36V - Uout = 3,3V - Ibmax = 6A Zur Charakterisierung der Störungen habe ich folgendes durchgeführt: Ich habe zwei Messleitungen neben meinem DC-DC Wandler in einer Entfernung von ca. 10cm vorbeigeführt. Wird dann der DC-DC-Wandler eingeschaltet und mit 4A belastet. Dann werden ca. 100mVpp Störsignale auf den messleitungen sichtbar. Der DC-DC Wandler taktet mit 350kHz laut Datenblatt. Das periodische Störsignal hat allerdings nur eine Frequenz von 310kHz. Weitere Störquellen wie Labornetzgerät können als Störquellen ausgeschlossen werden, da diese sich nicht in der näheren Umgebung befunden haben. Somit scheint es sich um feldgebundene Störungen zu handeln. In den Application Notes von Recom: http://www.recom-international.com/fileadmin/Media/Folder-Flyer/App_Notes_16062014.pdf findet sich auf Seite 31 eine geeignete Schaltung. Darin werden stromkompensierte Drossel im Rahmen eines PI-Filters vorgeschlagen. Für meinen DC-DC-Wandler wird sogar ein zweistufiges Filter empfholen. Welchen Sinn haben die zwei Stufen? Warum werden stromkompensierte Drosseln eingesetzt? Würde mir diese Schaltung helfen meine oben geschilderten Probleme zu lösen? Meine Simulationen für die in den AppNotes angegebene zweistufige Schaltung mit LTSpice haben ergeben, dass sich ein solches Filter nicht wie ein klassisches Tiefpassfilter verhält. Die Simulation mit den passenden Modellen von Würth Elektronik ist im Anhang zu finden. Über jedwelche Hilfe wäre ich sehr dankbar! Beste Grüße
Angehängte Dateien:
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Frequenzgang.jpg
52 KB
Hallo,
> Wird dann der DC-DC-Wandler eingeschaltet und mit 4A belastet.
Es gibt jetzt mehrere Möglichkeiten:
- Schaltet die Last mit einem entsprechenden Takt und die eigene
Schaltung bietet keinen ausreichenden Blockkondensator, so muss der
AC-Strom über den DCDC-Wandler fließen. Direkt neben der Störquelle
sollte mit einem geeigneten Keramik-Kondensator abgeblockt werden.
- Der Ausgang des DCDC-Wandlers enthält Gleichtakt-Störungen. Diese
können mit der erwähnten stromkompensierten Drossel weggefiltert werden.
- Das Ausgangssignal des DCDC-Wandlers enthält noch zuviel Ripple und
muss besser geglättet werden. Das kann man mit einer Drossel ~1µH in der
Plusleitung und 2-3 Low-ESR Elkos 1000...2200µF gegen GND wegbekommen.
Die Drossel muss die 4 bzw. 6 A verkraften, sowas gibts z.B. von Würth.
Gruß, Bernd
Hallo Bernd, Danke für deine Antwort! Den ersten Punkt kann ich verneinen. Die Last stellt eine einfache Parallelschaltung von Hochleistungswiderständen dar. Entsprechend generieren die mir kein Wechselssignal was noch zusätzlich abgeblockt werden müsste. Zu Punkt 2 und 3: Kann ich wirklich derzeit nicht beurteilen da ich noch nicht recht weiß wie sich solche Störungen messtechnisch erfassen und charakterisieren lassen. Wäre nicht folgendes eine Option: http://www.beta-dyne.com/pdf/dcdc_an02REVA.pdf So könnte ich den Ripple sinnvoll verringern bedingt durch die eingeführte Polstelle die mir die -20dB/Dekade bringt. Zudem hätte ich mich mit den stromkompensierten Drossel um die Gleichtaktstörungen gekümmert. Abblocken tue ich den DCDC Wandler auch noch primär und Sekundärseitig mit 100nF X7R Kondensatoren. Spricht etwas gegen den Einsatz dieser Lösung? Hätte geeignete PowerFerrite mit denen ich das LC Filter realisieren könnte. Würden vom Strom her sowohl für Ein- und Ausgang passen. Letzte Frage aber noch: Soeben habe ich die stromkompensierte Drossel alleine ohne Caps simuliert und ein BodeDiagramm angefertigt. Dabei zeigt sich annähernd der selbe Verlauf wie im Bild oben zu sehen. Es kommt zu einer sehr scharfen Resonanzüberhöung und dem "merkwürdigen" Phasengang. Ist das so normal? Wie könnte eine Übertragungsfunktion von solch einer Drossel aussehen?
Beim obigen Diagram reicht die Auflösung nicht aus, dadurch wird die
Kurve eckig.
Oft ergeben sich solche Resonanzen, wenn ideale Bauteile verwendet
werden. Eine Spule hat aber immer einen Gleichstrom-Widerstand eine
Parallelkapazität und dadurch eine Eigenresonanz und weitere
Dämpfungsfaktoren wie Eisenverluste. Werden die Verluste in das Modell
einbezogen, sind meist die Überschwinger weg.
> mit den stromkompensierten Drossel
Mit zwei einzelnen Drosseln sind Gleich- und Gegentaktstörungen weg,
zugegebenermaßen ist die stromkompensierte Drossel deutlich kleiner.
Versuch macht Klug!
Control:Eng schrieb: > Darin werden stromkompensierte Drossel im Rahmen eines PI-Filters > vorgeschlagen. Für meinen DC-DC-Wandler wird sogar ein zweistufiges > Filter empfholen. > > Welchen Sinn haben die zwei Stufen? > Warum werden stromkompensierte Drosseln eingesetzt? > Würde mir diese Schaltung helfen meine oben geschilderten Probleme zu > lösen? Filterschaltungen in Versorgungsleitungen sind keine Filter im eigentlichen Sinn, da sie keine definierte Ein- und Ausgangsimpedanz aufweisen. Die (große) Induktivität reduziert den differentiellen Strom, der aus dem Schaltnetzteil herausfließt. Damit wird der in die Netznachbildung, die sinnvollerweise als Wandler benutzt wird, fließende Strom verkleinert; der X-Kondensator läßt wiederum einen Teil des HF- Stromes gleich wieder in die Quelle zurückfließen; der in die Netznachbildung fließende Strom wird dadurch weiter reduziert. Stromkompensierte Drosseln sind absolut geniale Bauteile: durch die Art der Wicklung wird der Eisenkern magnetisch nicht belastet; im Bereich des symmetrischen Stromflusses ( also bis etwa einige Hundert kHz ) wirken beide Induktivitäten getrennt für die niederfrequenteren Störspannungen ( bis etwa einige Hundert kHz eben ). Im Bereich des unsymmetrischen Stromflusses hingegen ( einfach gesagt: oberhalb von einigen Hundert kHz ) kompensieren sich die beiden (großen) Induktivitäten, es bleibt die sog. Streuinduktivität übrig, die etwa 1% der Nenninduktivität beträgt und in Verbindung mit den Y-Kondensatoren für den Bereich höherer Frequenzen einen HF-Spannungsteiler darstellt. Warum verwenden wir gelegentlich zwei Drosseln? Bei Filterschaltungen, die niedrige Frequenzen abblocken und gleichzeitig hohen Stromfluß gewährleisten sollen, werden -oft gleichartige - Drosseln wegen der Bauteilgröße verwendet. Gelegentlich ist das Störspektrum eines Gerätes aber so gemein, daß zwei Drosseln seriell betrieben werden, eine für eher niedrige Frequenzen, eine zweite für eher höhere Frequenzen. Zu deiner letzten Frage: Filter helfen grundsätzlich immer, wenn sie korrekt dimensioniert sind...
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Bearbeitet durch User
Bist du sicher, dass die Störungen über die Pins rauskommen? Nur dann kann man überhaupt was filtern... Ich hatte bei einem viel kleineren DC-DC-Wandler (200mA oder so) Erfolg mit einer Weissblechabschirmung des Wandlergehäuses, war auch noch mit GND verbunden. Danach wars viel ruhiger ;)
Ohne den Aufbau gesehen zu haben:
1.Dreck aus dem DC-Ausgang?
2.Induktive Effekte durch ungünstigen Aufbau, die auf Deine
Messleitungen eingekoppelt werden.
Verändere den Aufbau und mache die Gegenprobe. Ein DC/DC-Wandler liefert
selten wirklich saubere Gleichspannung am Ausgang. Um allerdings aus 24V
nur 3,3V zu bekommen ist das die verlustärmste Lösung.
> Das periodische Störsignal hat allerdings nur eine Frequenz von 310kHz.
Da ist kein Quarz für die Frequenz. Die Frequenz könnte sich auch
ändern.
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