Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Überspannungssicherung nach DCDC Converter


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von Llemaban (Gast)


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Hi Zusammen

Ich hab einen LM2678 in Verwendung für eine 5V Versorung einiger 
ATMegas. Für gewöhnlich fliessen lediglich bis rund 300mA, jedoch zieht 
die Schaltung auch bis zu 2A, wenn alle Verbraucher eingeschaltet sind.
Mein Problem: Die Regler gibt eine sehr glatte 5V-Spannung aus, jedoch 
erst nach einigen millisekunden. Beim Einschalten des Reglers jagt es 
mir die 5V Linie auf gute 12V hoch, was die Mikrocontroller wohl nicht 
lange mitmachen werden.
Was wären eure Vorschläge, um dies zu verhindern? Ich hatte bisher an 
eine Z-Diode gedacht mit Vz 5.5-6V, weiss aber nicht, ob es da noch 
bessere Möglichkeiten gäbe.
Falls mehr Informationen über die Schaltung notwendig sind, kann ich 
gerne den Schaltplan hochladen.

lg Llemaban

von Gerd E. (robberknight)


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Llemaban schrieb:
> Beim Einschalten des Reglers jagt es
> mir die 5V Linie auf gute 12V hoch, was die Mikrocontroller wohl nicht
> lange mitmachen werden.
> Was wären eure Vorschläge, um dies zu verhindern?

Wenn dem wirklich so ist und es sich nicht nur um einen Messfehler 
handelt: Den Regler wegwerfen. Denn dann ist er entweder defekt oder ein 
Fake-Bauteil.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Was wären eure Vorschläge, um dies zu verhindern?

Ich würde die Fehlerursache suchen, nicht an dem Symptom herum doktorn. 
Ein 5V regler darf auf gar keinen Fall 12V ausgeben. Auch nicht 
kurzzeitig.

Schaltplan?
Hast du für den Ausgang einen Low-ESR Elko verwendet, und ist er groß 
genug? Hat die Spule genug Induktivität?

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


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Gerd E. schrieb:
> Wenn dem wirklich so ist und es sich nicht nur um einen Messfehler
> handelt: Den Regler wegwerfen. Denn dann ist er entweder defekt oder ein
> Fake-Bauteil.

Oder die Schaltung / das Layout ist madig designt.

von Kurt B. (kurt-b)


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Gerd E. schrieb:
> Llemaban schrieb:
>> Beim Einschalten des Reglers jagt es
>> mir die 5V Linie auf gute 12V hoch, was die Mikrocontroller wohl nicht
>> lange mitmachen werden.
>> Was wären eure Vorschläge, um dies zu verhindern?
>
> Wenn dem wirklich so ist und es sich nicht nur um einen Messfehler
> handelt: Den Regler wegwerfen. Denn dann ist er entweder defekt oder ein
> Fake-Bauteil.

Oder ein ganz normaler Vorgang.

Beim "harten" anlegen der Versorgungsspannung kommt es zum 
"Durchreichen" zum Ausgang.
Ich habe das selber, an gekauften PT-Displays, mehrfach erlebt. (dem 
Hersteller war das auch unbekannt)

Abhilfe: Hochfahren der Eingangsspannung verlangsamen, ich nahm einfach 
einen Widerstand und nen dicken Elko dahinter, ab da war Ruhe.

 Kurt

Eine Drossel geht auch, jedoch ist deren Verhalten zu bedenken.

von Gerd E. (robberknight)


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Kurt B. schrieb:
> Oder ein ganz normaler Vorgang.
>
> Beim "harten" anlegen der Versorgungsspannung kommt es zum
> "Durchreichen" zum Ausgang.

Ne, an einem Spannungsregler ist das definitiv kein normaler Vorgang. 
Das ist ein grober Fehler.

Bei einem ordentlichen Buck-Regler ist da eine Spule seriell und ein 
Kondensator am Ausgang. Da darf auch bei schnellem Einschalten nicht die 
Eingangsspannung zum Ausgang "durchgereicht" werden.

Das ist entweder Messfehler, Defekt/Fake oder falsches Design.

Ist der Spannungsregler auf so einem billigen China-Breakout-Modul? Oder 
ist die Beschaltung des Spannungsreglers selbst gemacht?

: Bearbeitet durch User
von B. Kindle (Gast)


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Kurt B. schrieb:
> einen Widerstand und nen dicken Elko dahinter, ab da war Ruhe.
> Eine Drossel geht auch, jedoch ist deren Verhalten zu bedenken.

Zugegeben hat eine Drossel kompliziertere Eigenschaften, als ein
Widerstand (reaktiv, AC-R > DC-R, etc.). Aber auch der Elko.
Eigenschaften hat doch aber trotzdem auch der Widerstand?

("Weder geht jede Drossel, noch jeder Elko, noch jeder Widerstand.")

Deshalb: Bitte Hilfe zur Dimensionierung? (Oder "rumprobieren"?)

Kurt B. schrieb:
> einen Widerstand und nen dicken Elko dahinter

WO-"hinter"? Bis dahin verstand ich: Da-"vor" (Schaltregler)?

Leicht verrwirrend, das. Bitte hilf mir da doch.

MfG - Burt Kindle

(-; P.S.: Kurt, auch ohne >>Kurt<< darunter steht doch der Verfasser 
schon deutlich darüber... Seinen Namen setzt man, wenn 
"nochmalig/zusätzlich", für gewöhnlich nur neben / unter freundliche 
Grüße o. ä. - ohne das wäre es eine [unnötige, und da nur Vorname, 
inkomplette] Unterschrift. Kurz: Man schreibt seinen Namen nicht völlig 
grundlos regelmäßigst/überall hin... außer vielleicht, man ist sehr 
stolz auf alle (!) seine Beiträge. ;-)

von Llemaban (Gast)


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Oh schon so viele Antworten, danke erstmal

Schaltplan stammt aus dem Webbench von TI, Bauteile davon ebenfalls 
übernommen. Der Regler ist nicht defekt, kann ich schon im Voraus 
garantieren.
Ich vermute eher, dass genau im Einschaltmoment der Ausgangsstrom noch 
extrem niedrig ist (sicher unter 10mA), da die Verbraucher erst nach und 
nach einschalten. Die Spannungsquelle des Reglers liegt bei 24V, somit 
vermute ich, dass der Regler einfach genau im Einschaltmoment einen 
"Peak" erreicht (evtl auch etwas lange FB-Leitung), doch ihr seid da 
eher die Profis...
Im Anhang noch ein schneller Auszug aus dem Webbench.
Die Bauteile dazu:
Cin: GRM219R61H225KE15D
Cinx: standard Kerko 100uF (direkt zweischen Input und GND des Reglers)
Cb: standard Kerko 10nF
Cout: 2x A750KS567M1CAAE014
L1: MSS1210-333MEB
D1: SB540
Alle Bauteile neu gekauft bei Farnell, nichts irgendwo ausgelötet oder 
so.

@Kurt: hochfahren der Eingangsspannung kann ich leider nicht 
realisieren. Spannung an oder aus, aber kein hochfahren möglich.

Weitere Infos notwendig?

lg Llemaban

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Diese Schaltregler sind so aufgebaut:
1
                             Spule
2
12V in o----[Transistor]-----XXXXXX---+-----+-----------o Ausgang
3
                                      |     |
4
                                      |     |
5
                            +---|>|---+     |  
6
                            |               |
7
                            +---||----------+     
8
                            |
9
GND o-----------------------+---------------------------o GND

Wenn das Steuer-IC den Schalt-Transistor einschaltet, steigt die 
Spannung am Kondensator allmählich an. Sobald sie den Nenn-Wert erreicht 
hat, muss das Steuer-IC den Transistor wieder aus schalten.

Wenn das schon nicht funktioniert, dann liegt ein Fehl-Design vor. Das 
kann zum Beispiel passieren, wenn das IC eine extern geregelte 
Spannungsversorgungn hat und diese bis dahin noch nicht eingereglt ist. 
Ich habe den Fehler einmal erlebt, da hatte die Spule zu wenig 
Induktivität und der Kondensator zu wenig Kapazität. Die Spannung am 
Ausgang steigt in solchen Fällen schneller an, als der Transistor 
abgeschaltet werden kann. Diese Fehlfunktion ist auch denkbar, wenn der 
Schalttransistor ungeeignet ist (zu hohe Gate-Kapazität).

Nachdem der Transistor abgeschaltet hat, entlädt die Spule die in ihr 
gespeicherte Energie durch die Diode in den Kondensator (und in die 
Last). Wenn diese Ladung zu groß ist, oder der Laststrom plötzlich stark 
absinkt, während die Last nur eine geringe Kapazität hat, könnte ich mir 
einen einzigen Überschwinger vorstellen. In diesem Fall wären wieder 
Spule und Kondensator einfach falsch dimensioniert.

Wenn man sich für 1,50€ einen fertigen Schaltregler bei Ebay kauft, der 
angeblich jede beliebige Eingangsspannung in jede beliebige 
Ausgangsspannung umwandelt und das auch noch bei jeden beliebnigen 
Strom, dann muß man sich schon fragen, wie glaubwürdig diese Angaben 
denn sind. Das kann nämlich kaum sein, weil ja Spule und Kondensator 
entsprechend angepasst sein müssen.

Im Datenblat vom LM2575 ist das sehr deutlich dargestellt und erklärt. 
Da kannst du auch nicht einfach eine Spule für beliebige Ströme und 
Spannungen verwenden. Da wird klar hervorgehoben, daß eine gewisse 
Mindestlast (je nach Spule) nötig ist, damit die Regelung funktioniert.

Geräte mit extrem schwankender Stromaufnahme würde ich ohnehin lieber 
mit einem Linear-Regler betreiben. Ein ESP8266 + 3,3V Schaltregler würde 
mir schlaflose Nächte bereiten.

: Bearbeitet durch User
von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


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Llemaban schrieb:
> Weitere Infos notwendig?

1. Layout?
2. Fotos von der Platine (oben+unten)

von Christian K. (Gast)


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Kurt B. schrieb:
> Oder ein ganz normaler Vorgang.
>
>  Kurt


Ersetz den "getarnten" Voltage Mode Regler durch einen Current Mode 
Regler eines nahmhaften Herstellers. Wenn der LM2678 mit einem 1000uF 
Elko am Ausgang selbst bei Null Last einen derartigen "overshoot" 
hinlegt, ist das Design Murks.

von Kurt B. (kurt-b)


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Gerd E. schrieb:

> Ist der Spannungsregler auf so einem billigen China-Breakout-Modul? Oder
> ist die Beschaltung des Spannungsreglers selbst gemacht?

Weder noch, es waren TP-3000 von Wilke (wird inzwischen nicht mehr 
hergestellt) welche am 24V Schaltnetzteil problemlos liefen.

Nachdem wir das durch eine niederohmige 24V Accuversorgung ersetzt 
hatten war das Display (bzw. der Steuerrechner darauf) beim ersten 
Anlegen der Versorgungsspannung hinüber.

Ein Widerstand von wenigen Ohm in Reihe zur Versorgungsspannung und ein 
dicker Elko am Eingang des Pannels brachten Ruhe.
Seitdem geht's wieder ohne Probleme.

Ob das jetzt am Design lag kann ich nicht beurteilen, jedenfalls die 
Schaltung war wohl so aufgebaut wie es der Hersteller empfiehlt (laut 
Auskunft von Wilke).

Ich kann mir durchaus vorstellen dass ein Schaltregler bei "hartem" 
Anlegen der Spannung in einem noch nicht eingeregelten Zustand gerät/ist 
und da was durchkommt.

Mit dem Oszi konnte man das sogar sehen.


 Kurt

von Kurt B. (kurt-b)


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Llemaban schrieb:

> @Kurt: hochfahren der Eingangsspannung kann ich leider nicht
> realisieren. Spannung an oder aus, aber kein hochfahren möglich.

Die Spannung braucht ja auch nicht hochschleichen, sondern einfach ein 
bisserl weniger Steil ansteigen.

Ich habe damals einen Widerstand im zehntelohmbereich genommen und einen 
Elkos bei einigen  100 µF.
Diese Kombi mindert auch Leitungsinduktivitäten die auch Überschwinger 
produzieren können ab .

Nimm einem Oszi damit kannst du sehen wie sich der Einschaltvorgang 
gestaltet.

 Kurt

von THOR (Gast)


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Kurt B. schrieb:
> Nimm einem Oszi damit kannst du sehen wie sich der Einschaltvorgang
> gestaltet.

DSO dann. Mit nem analogen wird man dabei nicht glücklich.

von Kurt B. (kurt-b)


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THOR schrieb:
> Kurt B. schrieb:
>> Nimm einem Oszi damit kannst du sehen wie sich der Einschaltvorgang
>> gestaltet.
>
> DSO dann. Mit nem analogen wird man dabei nicht glücklich.

Ist wohl Gewohnheitssache.
Den Trigger so setzen dass er bei > 5V zündet dann sieht man schon was.

 Kurt

von Llemaban (Gast)


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Im Anhang noch die Bilder der Einheit des 5V Reglers (Rasterplatine). 
Alles was auf der Oberseite links vom Kühlkörper ist, ist vom 5V Regler, 
rechte Seite ist ein 12V Regler.
Ich habe gerade einen Versuch mit Last am Ausgang gemacht. 100Ohm 
Widerstand angehängt und den Regler gestartet: Wie erwartet war dieser 
"Peak" fast nicht mehr vorhanden.
Ich habe leider kein Oszi zur Hand, um die genauen Werte präsentieren zu 
können. Augemessen ist das ganze mit Multimeter und einem Komparator, um 
den Peak-Wert genauer zu erfassen. Ich werde jedoch eins besorgen für 
nächste Woche.
Das ich für diese Ströme bis 300mA einen Linearen Regler verwenden 
könnte war mir schon klar, doch ich wollte alles über diesen einen 
Regler laufen lassen.

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


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Llemaban schrieb:
> Im Anhang noch die Bilder der Einheit des 5V Reglers
> (Rasterplatine).

Bei dem Konstrukt wundert mich nix mehr.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Mich auch nicht.

Und daß Schaltregler eine gewisse minimal-Last benötigen ist auch kein 
Geheimnis.

von Christian K. (Gast)


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Stefan U. schrieb:
>
> Und daß Schaltregler eine gewisse minimal-Last benötigen ist auch kein
> Geheimnis.

Die nächste Urban legend. Das gilt überwiegend für voltage mode Regler, 
nicht für modernere Reglertopologien.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Sorry, ich habe im Prinzipschaltbild die Diode falsch platziert:
1
                             Spule
2
12V in o----[Transistor]--+--XXXXXX---+-----o Ausgang
3
                          |           | 
4
                          |           | 
5
                +---|>|---+           | 
6
                |            +---||---+     
7
                |            |
8
GND o-----------+------------+--------------o GND

> Die nächste Urban legend.
> Das gilt ... nicht für modernere Reglertopologien.

Mag sein, wir alle wissen aber, daß viele Schaltregler so einfach 
aufgebaut sind, wie ich es hier dargestellt habe. Der konkrete Regler um 
den es geht, ist genau so einer.

Und dann hat man den Salat.

: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Ist es die Festspannungsversion des Reglers, oder die einstellbare 
Variante? Bei letzterer steht explizit im Datenblatt, das man den 
Widerstandsteiler und dessen Leiterzüge abseits des Magnetfeldes der 
Induktivität platzieren soll.
Außerdem, wenn ich den Lochrasteraufbau richtig deute, ist da ein 4,7n 
Boostkondensator verbaut. Das Datenblatt empfiehlt 10n.
Das würde sich mit dem oben beschriebenen Effekt einer zu hohen 
Gatekapazität decken, da der Boost-C dann in die Knie geht.
Als "Pflaster" für die Symptome ginge auch noch eine TVS-Diode.
Warum verwendest du für 2A eigentlich einen 5A Regler, wenn es ein 
LM2576 für 3A ebenso schafft? Möglicherweise ist der nicht so zickig.
Der verwendet intern schon mal keinen Power-FET, sondern einen bipolaren 
Transistor.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Warum verwendest du

Die Schaltung hat er ja nicht entworfen, er soll sie nur verbessern.

von Llemaban (Gast)


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Hallo Zusammen

@Gerald: Da hast du dich versehen, da ist ein 4k7 NTC, der boost 
kondensator ist 103 -> 10nF. Aber der ist ganz klein versteckt, sieht 
man auf dem Bild nicht wirklich.
Bezüglich wieso LM2678; daran ist wohl der Webbench schuld ;) der hatte 
mir diesen als "am besten" vorgeschlagen.

Ich habe die Einstellbaren Regler verwendet (LM2678-ADJ), auch wenn es 
die fixen für 5 und 12V gibt. Die Feedback Leitung ist tatsächlich 
unglücklich nahe an der Spule, aber in den Bildern findet man was 
interessantes (zumindest für mich)...

Gelb: Ausgang nach dem Kondensator
Rot: Ausgang am Regler
Blau: Feedback

Bei beiden Reglern ist ein richtiges Rauschen in den ersten 800us zu 
sehen, doch auf einmal wird FB glatt. So als ob der Regler erst nach 
800us weiss, was er tut. Zu dieser Zeit ist der 5V Regler bereits auf 
12V (beachte FB, diese ist bereits über 2V!?), danach lässt er die 
Spannung bis rund 5.1V konstant fallen und dann hält er diese 
wunderschön. Ausgang am Regler pulsiert, FB aber bleibt schön konstant 
ohne Störungen.
Beim 12V Regler ist es iwie genau verkehrt. Er steigt nur bis etwa 9.5V. 
Erst danach ist ein "kontrolliertes" Pulsieren zu erkennen und er steigt 
auf 12V an.


Ist es möglich, dass die Eingangsspannung (24V) noch nicht sauber ist 
und die beiden Regler deswegen sollche komischen Schwingungen in den 
ersten 800us aufweisen?

lg Llemaban

von Llemaban (Gast)


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Verzeiht, das waren die falschen Bilder...

von Gerald B. (gerald_b)


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Hmpf... ganz bekloppte Idee... gib den On/Off Eingang doch über ein 
RC-Glied frei :-)
Da kann die 24V sich erst mal fangen und dann erst wird der Regler 
hochgefahren. Was passiert dann? Ist das Problem damit eventuell schon 
behoben?

von Llemaban (Gast)


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War auch meine nächste Idee. Blöderweise habe ich die 24V leitung nicht 
mit dem Oszi aufgenommen, aber ich werde die Idee mit dem ON/OFF morgen 
gleich machen.
Danke :)

von Llemaban (Gast)


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Nein nein nein und nochmals nein.
Dieser Kollege will einfach nicht...
Das selbe Ergebnis wieder, nur halt eben zeitverzögert. (Siehe Bild)
Gelb: Augang am Kondensator
Rot: Ausgang am Regler
Blau: Versorgungsspannung (24V)
Grün: ON/OFF am Regler
ON/OFF schwingt auf dem Bild ziemlich start, ich habe es probehalber mal 
mit einem 100nF Kondensator geglätet... Spannung steigt dann schön an, 
jedoch immer noch das gleiche Endergebnis.

Ich habe die 24V nun ebenfalls mal untersucht, diese bleiben ziemlich 
stabil während die beiden Converter starten.

Ich weiss nicht mehr weiter... Ich könnte höchstens den Regler wie 
vorher ohne Zeitverzögerung starten, den Ausgang dann aber erst bei 
Sollspannung freigeben. Wäre jedoch auch nicht Sinn der Sache.

Was sagt ihr? Regler lieber komplett neu machen?

lg Llemaban

von Kurt B. (kurt-b)


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Llemaban schrieb:

>
> Ich habe die 24V nun ebenfalls mal untersucht, diese bleiben ziemlich
> stabil während die beiden Converter starten.
>

Häng mal einen 1 Ohm in die 24V rein und einen Elko von 1000 µF vor den 
Reglern.

Die Anstiegsgeschwindigkeit der 24V sollte "langsam" sein.

Wenns dann noch schwingt dann liegt wohl ein Masseproblem im Regelkreis 
vor.


 Kurt

von Llemaban (Gast)


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Masseproblem könnt ich mir durchaus vorstellen.
Geht ne Weile, bis ich wieder dazu komm, aber ich werde dein Rat 
befolgen, danke.

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