Hallo, ich versuche seit einiger Zeit, einen DC-DC-Wandler zu bauen, der aus 4 NiMH-Zellen schaltbar 6, 9, oder 12 V bei 500 mA Last erzeugt. Da davon ein Amateurfunkgerät im Bereich von 7 - 21 MHz betrieben wird, sind die Störungen aus dem Schaltregler potentiell ein großes Problem. Mit einem Fertigbaustein von Pololu, https://www.pololu.com/product/2117 bin ich in einem ersten Versuch überraschend recht weit gekommen. Die schaltbare Eingangsspannung kann man z.B. durch das Parallelschalten zusätzlicher Widerstände zum Spannungsteiler für die Spannungsregelung erreichen, dazu unten mehr. Nun hatte ich gedacht, dass kann ich auch und habe eine eigene Platine mit einigen Zusatzfunktionen auf Basis desselben ICs SC4503 http://www.semtech.com/images/datasheet/sc4503.pdf dafür entworfen. Das Ergebnis hat mich gleich gelehrt, dass PCB-Design für Schaltregler bei 1.3 MHz Schaltfrequenz nicht-trivial ist ;-) Also, kurz und gut: Die Störungen auf dem Ein- und Ausgang, besonders dem Eingang, sind unterirdisch. Also muss ich nochmal zurück an den Start und kenne nun schon einen Haufen Dinge, die ich falsch gemacht habe (z.B. hinsichtlich der Masseführung). Nun möchte ich es beim zweiten Versuch besser, im Idealfall gleich richtig machen. Das Ergebnis soll Open Hardware werden, also wäre Nachbausicherheit gut. Auf der anderen Seite spielen Bauteilekosten keine große Rolle - 5 EUR zusätzliche Komponenten sind kein Problem. Daher habe ich mir gedacht, je einen LC-Filter am Ein- und Ausgang vorzusehen. Für den Eingangsfilter habe ich mich an dieses Dokument gehalten: http://www.ti.com/lit/an/snva489c/snva489c.pdf Für den Ausgangsfilter an jene hier: http://www.ti.com/lit/an/sbva012/sbva012.pdf http://www.aimtec.com/site/Aimtec/files/documents/ApplicationNotes/a016e%20-%20reduction%20of%20output%20ripple%20&%20noise.pdf Als Induktivitäten will ich drei Mal dieselbe 4.7 uH-Induktivität von TDK verwenden: http://www.mouser.de/ProductDetail/EPCOS-TDK/B82472G6472M000/ Für die Filter ginge es eventuell auch eine Nummer kleiner, aber drei Mal dasselbe Bauteil hat logistische Vorteile. Im Ergebnis komme ich auf den beigefügten Schaltplan. Der Wandler in der Mitte ist im Prinzip die Schaltung aus der Application Note. Die Umschaltung der Zielspannung geschieht über R10 und R11, die parallel zu R7 geschaltet werden. Nun meine Fragen: 1. Habe ich irgendwas vergessen? ;-) 2. Bei der Bauteileauswahl von C1 - C4 und C7 - C10 muss ich auf einen geringen ESR achten, das ist klar. Für C2 empfiehlt das obige Dokument ca 680 mOhm. 3. Die Kondensatorenpaare C3/C4, C7/C8 und C9/C10 sollen den ESR minimieren. Wenn aber der 10u jeweils schon ein Kerko ist, ist das dann überhaupt noch nötig? 4. Die Widerstände R10 und R11 liegen ja an der noch ungefilterten Ausgangsspannung des Wandlers an. Wenn ich sie mit einem Schalter von der Frontplatte aus zuschalte, fange ich mir schnell eine tolle Antenne zur Abtrahlung ein, oder? Könnte ich diese Widerstände auch hinter den Ausgangsfilter setzen? 5. Was muss ich beim Platinenlayout an Fallstricken beachten? Vielen Dank für jeden Input! Martin
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Hallo zu deinen direkten Fragen kann ich leider nichts sinnvolles beitragen, aber ich möchte die folgende Empfehlungen geben: 1- Wie du schon geschrieben hast ist das Layout wichtig- also wäre das Platinenlayout als Beigabe sehr wichtig, und zwar einmal in einen Datenformat einer freien (im Sinn von Kostenlose und ohne anmelde zwang zur Aktivierung) und weit verbreiteten Layoutsoftware und einmal als größen richtige PDF Vorlage. 2 - Bezugsquellen für den den privaten Bastler in Deutschland bezüglich des SC4503 und der Induktivitäten. 3 - Was ist bei den Induktivitäten (Ersatzwerte) zu beachten? Bitte jetzt nicht Induktivität und I max. sagen, das ist ja eindeutig und trivial ;-) Klingt jetzt ziemlich fordernd, aber du hast ja selbst von "Open Hardware" geschrieben - und so etwas sollte verpflichten. Messprotokolle mit detaillierte Erklärung, Videos, den Erklärbär machen usw. wäre jetzt wirklich etwas frech zu verlangen, aber... träumen ist ja erlaubt ;-) mfg Hamfriend
Martin H. schrieb: > der aus 4 > NiMH-Zellen schaltbar 6, 9, oder 12 V bei 500 mA Last erzeugt Damit bist du lt. Datenblatt am Limit des SC4503, der bei 5V Input und 12V Output max. 530mA am Ausgang liefert. Der kleine Kerl ist auch schwer zu kühlen, so das der Betrieb an der oberen Grenze sicher nicht so lange klappt. Wenn die Spannung der Akkus zurückgeht, wird das ganze noch schwächer.
Filtern ist ein Abenteuer... Ich wuerd nochmals beginnen. Diemal mit einem Ultra-Low-Noise Controller von Linear Technology. Der Witz bei diesen Controllern ist die verlangsamte, gesteuerte Flanke, etwas mehr Verlustleistung, dafuer sehr viel weniger Stoerungen. zB LT 1683, 1777, ..
Hamfriend schrieb: > 1- Wie du schon geschrieben hast ist das Layout wichtig- also wäre das > Platinenlayout als Beigabe sehr wichtig, und zwar einmal in einen > Datenformat einer freien (im Sinn von Kostenlose und ohne anmelde zwang > zur Aktivierung) und weit verbreiteten Layoutsoftware und einmal als > größen richtige PDF Vorlage. Ja, gerne - nur habe ich das noch nicht. Das alte Layout hatte zu viele Schwächen und macht daher hier keinen Sinn. Bevor ich das neue anfange, wollte ich die Schaltung diskutieren. Ich nutze KiCad, das ist meiner Meinung nach super, umsonst - und seit den neuen Lizenzmodellen von Eagle für mich die einzige Option. > > 2 - Bezugsquellen für den den privaten Bastler in Deutschland bezüglich > des SC4503 und der Induktivitäten. > Gibt es beide bei Mouser: http://www.mouser.de/ProductDetail/EPCOS-TDK/B82472G6472M000/ http://www.mouser.de/ProductDetail/Semtech/SC4503TSKTRT/ (im Moment Lieferzeit) Ab 50 EUR Bestellwert ist der Versand auch aus den USA kostenfrei und schnell. Anders als bei Reichelt bekommt man hier genau spezifizierte Ware mit Datenblatt, die auch noch längerfristig verfügbar ist. > 3 - Was ist bei den Induktivitäten (Ersatzwerte) zu beachten? > Bitte jetzt nicht Induktivität und I max. sagen, das ist ja eindeutig > und trivial ;-) Im Datenblatt des SC4503 steht dazu auf Seite 10 einiges: http://www.mouser.com/ds/2/761/down-766913.pdf Die Induktivität sollte so gewählt werden, dass Ripple Current an der Spule zwischen 0.35A und 0.6A liegt. Dazu dient diese Formel:
Mit f= 1.3 MHz und einem V_D der gewählten Diode (http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A400/SS12L_SS13L_SS14L-TSC.pdf) von 0.55 V und L = 4.7 uH gibt das für den relevanten Spannungsbereich folgende Werte: V_out = 12 V V_in = 6.0 V, delta_I = 0.513 A V_in = 4.8 V, delta_I = 0.485 A V_in = 4.0 V, delta_I = 0.446 A V_out = 9 V V_in = 6.0 V, delta_I = 0.365 A V_in = 4.8 V, delta_I = 0.391 A V_in = 4.0 V, delta_I = 0.380 A V_out = 6 V V_in = 6.0 V, delta_I = 0.082 A V_in = 4.8 V, delta_I = 0.210 A V_in = 4.0 V, delta_I = 0.255 A Bei 9 und 12 Volt sieht also alles gut aus, bei 6 V ist der Wert etwas gering. Ferner soll der Sättigungsstrom 20 - 30 % über dem Spitzenstrom liegen, also 1,4 A * 1,3 = 1,82 A. Der gewählte Kern http://www.mouser.com/ds/2/400/b82472g6-773439.pdf kann 2 A. Er ist zudem abgeschirmt, was sicher kein Nachteil ist. Ich denke daher, dass der gewählte Kern gut geeignet ist. Erstaunlicherweise verwendet Pololu einen deutlich kleineren Kern. > > Klingt jetzt ziemlich fordernd, aber du hast ja selbst von "Open > Hardware" geschrieben - und so etwas sollte verpflichten. > Messprotokolle mit detaillierte Erklärung, Videos, den Erklärbär machen > usw. wäre jetzt wirklich etwas frech zu verlangen, aber... träumen ist > ja erlaubt ;-) Ich schaue mal, was ich machen kann ;-)
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Matthias S. schrieb: > Martin H. schrieb: >> der aus 4 >> NiMH-Zellen schaltbar 6, 9, oder 12 V bei 500 mA Last erzeugt > > Damit bist du lt. Datenblatt am Limit des SC4503, der bei 5V Input und > 12V Output max. 530mA am Ausgang liefert. Der kleine Kerl ist auch > schwer zu kühlen, so das der Betrieb an der oberen Grenze sicher nicht > so lange klappt. > > Wenn die Spannung der Akkus zurückgeht, wird das ganze noch schwächer. Ja, es stimmt, dass wir bei 12 V und schwächer werdender Akku-Spannung an die Grenze des SC4503 kommen. Mit dem Pololu-Modul klappt es aber in der Praxis ganz gut, deshalb wollte ich das beibehalten. Man muss auch sehen, dass 1. der SC4503 einen Schutz gegen thermische Überlastung hat und 2. der Verbraucher (ein CW-Transceiver) meistens nur 50 mA zieht, nur beim Senden 450 - 500 und das mit einem Duty Cycle von maximal 50 %. Martin
Sapperlot W. schrieb: > Filtern ist ein Abenteuer... > > Ich wuerd nochmals beginnen. Diemal mit einem Ultra-Low-Noise Controller > von Linear Technology. Der Witz bei diesen Controllern ist die > verlangsamte, gesteuerte Flanke, etwas mehr Verlustleistung, dafuer sehr > viel weniger Stoerungen. zB LT 1683, 1777, .. Hmm. Das ist eine gute Idee, z.B. der hier http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1533f.pdf Allerdings wird dadurch der Nachbau nicht einfacher. Der SC4503 kommt als SOT23 und ist also leicht mit der Hand zu löten und ist einigermaßen gängig. Die Spulen und der Trafo für diese Schaltung sind schwer zu bekommen und teuer (der Trafo kostet bei Mouser 8 EUR pro Stück). Aber ein anderes IC ist natürlich eine Überlegung wert. Die einfache externe Beschaltung des SC4503 wird in meinem Fall natürlich geschmälert, wenn ich je einen Filter am Eingang und Ausgang brauche. Auf der anderen Seite habe ich die Bauteile alle schon aus meinem Erstversuch und ich vermute, dass meine großzügig dimensionierten Filter im Ergbebnis ein sehr ordentliches Signal geben. Martin
Beitrag #5163846 wurde vom Autor gelöscht.
Wozu der ganze Aufwand? Umschaltbare Ausgangsspannung für ein Gerät?? Verwende 10 Zellen und gut ist's. Kein Regler, kein Ärger.
Martin H. schrieb: >> >> Klingt jetzt ziemlich fordernd, aber du hast ja selbst von "Open >> Hardware" geschrieben - und so etwas sollte verpflichten. >> Messprotokolle mit detaillierte Erklärung, Videos, den Erklärbär machen >> usw. wäre jetzt wirklich etwas frech zu verlangen, aber... träumen ist >> ja erlaubt ;-) > > Ich schaue mal, was ich machen kann ;-) Hallo, als Schritt in Richtung echter "Open Hardware", die also auch nachvollziehbar ist, habe ich mal begonnen, zentrale Entwurfsentscheidungen als ausführbaren Python-Code (Jupyter-Notebook-Format) und als PDF zu dokumentieren. Anbei die Dateien. Um das Notebook lokal auszuführen, benötigt man Jupyter Notebook, https://jupyter.readthedocs.io/en/latest/install.html. Martin
eProfi schrieb: > Wozu der ganze Aufwand? Umschaltbare Ausgangsspannung für ein Gerät?? > Verwende 10 Zellen und gut ist's. Kein Regler, kein Ärger. Ich kann jetzt hier nicht die ganze Motivation darlegen, aber: es gibt viele kleine QRP-Transceiver, deren HF-Ausgangsleistung direkt von der Versorgungsspannung abhängt, z.B. 6 V = 1 W, 9 W = 2.5 W, 12 V = 5 W. Zum Abstimmen einer Antenne oder um Energie zu sparen, arbeitet man gerne mit 1 W oder 2.5 W. Für beste Reichweite mit 5 W. Für 5 W braucht man möglichst genau 12 V. Wenn das ganze klein sein soll, kann man keinen 12 V Akku oder 12 V Batterie nehmen. Außerdem hat jede Batterie eine sinkende Zellspannung. Eine 12 V Batterie oder eine 12 V Akku hat halt nur am Anfang 12 V. Mit einem DC-DC-Wandler kann man die Energiequelle bis zur tiefsten erlaubten Spannung leersaugen, das ist viel effizienter. Außerdem soll das ganze recht klein sein. Mit 4 x AA in NiMH bekomme ich 2,8 Ah, das reicht für viele Stunden Betrieb. LiPo wäre noch etwas besser, ist aber auch schwieriger in der Ladetechnik (bitte keine Diskussion dazu in diesem Thread) und manchmal blöd im Fluggepäck. Mit dem billigen Pololu-Wandler hat das Konzept schon super funktioniert. Nur der Nachbau auf einer eigenen Platine eben nicht, was daran lag, dass ich beim Design ein paar Fehler gemacht habe (z.B. durchgehende Masseflächen vom Eingang bis zum Ausgang, was hier kontraproduktiv ist, sowie die sorglose Verlegung der Eingangs-Batteriespannung zu anderen Komponenten, obwohl diese die ganzen Störungen vom Wandler-Eingang trägt). Martin
Zur Auslegung der Filter ... wenn die Hackfrequenz 1.3MHz betraegt, und man bei 1.3MHz filtert, kann man zwar der Dreieck etwas druecken, aber die Umschaltspitzen, welche periodisch mit 1.3MHz kommen, eben nicht... die bilden einen Gartenzaun, der kann locker bis 600MHz gehen. Erscheinen so vielleicht nicht direkt im Spektrum des Senders. Werden aber von Transistoren, OpAmps, Dioden, ua trotzdem gleichgerichtet und erscheinen als Offsetspannung, allenfalls periodische Offsetspannung, irgendwo wieder.
Sapperlot W. schrieb: > Zur Auslegung der Filter ... wenn die Hackfrequenz 1.3MHz betraegt, und > man bei 1.3MHz filtert, kann man zwar der Dreieck etwas druecken, aber > die Umschaltspitzen, welche periodisch mit 1.3MHz kommen, eben nicht... > die bilden einen Gartenzaun, der kann locker bis 600MHz gehen. > Erscheinen so vielleicht nicht direkt im Spektrum des Senders. Werden > aber von Transistoren, OpAmps, Dioden, ua trotzdem gleichgerichtet und > erscheinen als Offsetspannung, allenfalls periodische Offsetspannung, > irgendwo wieder. Ja, sehe ich ein, deshalb setzt man die Tiefpass-Frequenz auch deutlich niedriger als die Schaltfrequenz. http://www.ti.com/lit/an/snva489c/snva489c.pdf. empfiehlt 1/10 der Schaltfrequenz, daran habe ich mich orientiert: Anforderung 1: Filterfrequenz maximal 1/10 der Schaltfrequenz:
Anforderung 2: Ausreichende Dämpfung des Filters in Kombination mit Eingangskapazität des Wandlers:
Ergibt in meinem Fall: C_fa >= 0.329 uF C_fb >= 31.890 uF C_f also >= 31.890 uF Wenn man die Formel nach der tatsächlichen Filterfrequenz ableitet, also
erhält man für 33 uF eine Frequenz von 23.215 kHz, das sollte doch passen. Martin
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>... erhält man für 33 uF eine Frequenz von 23.215 kHz, das sollte doch
passen.
Nein tut es nicht. Ein solches Filter ist bei 30 .. 600MHz voll
transparent. Abschwaechung gleich Null.
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Martin H. schrieb: >... > erhält man für 33 uF eine Frequenz von 23.215 kHz, das sollte doch > passen. Irgendwie habe ich beim Ableiten einen Fehler gemacht, es müsste eigentlich
sein, mit
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Sapperlot W. schrieb: >>... erhält man für 33 uF eine Frequenz von 23.215 kHz, das sollte doch > passen. > > Nein tut es nicht. Ein solches Filter ist bei 30 .. 600MHz voll > transparent. Abschwaechung gleich Null. Das verstehe ich ehrlich gesagt nicht. Bei hohen Frequenzen sollte doch folgendes am Pi-Filter passieren: 1. Der Eingangskondensator hat eine niedrige Impedanz und schließt die Wechselspannung kurz, begrenzt durch seinen ESR. 2. Was noch übrigbleibt, fließt durch den Induktor, der bei dieser Frequenz einen hohen Widerstand hat. 3. Was dann noch übrigbleibt, schließt der Kondensator am Ausgang kurz, der bei dieser Frequenz eine niedrige Impedanz hat. So hatte ich die Funktion eines Tiefpass-Filters verstanden. Und TI empfiehlt eigentlich genau diesen Ansatz (Seite 6 oben): http://www.ti.com/lit/an/snva489c/snva489c.pdf Oder habe ich hier etwas missverstanden? Danke im voraus! Martin
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Hallo, noch eine Frage: In http://www.aimtec.com/site/Aimtec/files/documents/ApplicationNotes/a016e%20-%20reduction%20of%20output%20ripple%20&%20noise.pdf wird empfohlen, die Induktivität im Ausgangsfilter mit einem parallel geschalteten Widerstand zu dämpfen (Seite 2 unten). Dazu dient hier R12. Dieser Widerstand soll laut der Empfehlung ca. der Impedanz des Induktors entsprechen, also
Nun ist mir aber nicht klar, ob damit a) die Resonanzfrequenz des Filters, b) die Arbeitsfrequenz des Schaltreglers oder c) die Eigenresonanz der Spule gemeint ist. Ich vermute mal, es ist a). Dann wären es 0.68 Ohm. Für die Arbeitsfrequenz wären es 38 Ohm. Die Eigenresonanz der Spule liegt bei 4.7 uH bei jenseits von 10^7 Hz, wenn ich die Grafik auf S. 6 des Datenblatts richtig deute: http://www.mouser.com/ds/2/400/b82472g6-773439.pdf Frage 1: Was stimmt? Frage 2: Wie dimensioniere ich diesen Widerstand hinsichtlich seiner Leistung? Martin Edit: Ich habe den Auszug aus dem Schaltplan hinzugefügt, damit man nicht nach oben scrollen muss.
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Martin H. schrieb: > Da davon ein Amateurfunkgerät im Bereich von 7 - 21 MHz betrieben wird, > sind die Störungen aus dem Schaltregler potentiell ein großes Problem. Dann solltest du dich aber mal nach Gleichtaktfiltern umschauen. Die hochfrequenten Problembereiter kommen bei deinem Filteraufbau nämlich ungehindert geradeaus durch...
Lothar M. schrieb: > Martin H. schrieb: >> Da davon ein Amateurfunkgerät im Bereich von 7 - 21 MHz betrieben wird, >> sind die Störungen aus dem Schaltregler potentiell ein großes Problem. > Dann solltest du dich aber mal nach Gleichtaktfiltern umschauen. Die > hochfrequenten Problembereiter kommen bei deinem Filteraufbau nämlich > ungehindert geradeaus durch... Danke - aber sind die Störungen, die durch die Schaltvorgänge am DC-DC-Konverter entstehen (und das sind wohl die heftigsten hier), nicht Gegentaktstörungen? Also der Leistungstransistor im Wandler schaltet durch, es fließt ein Strom aus dem NiMH-Akku in den Schaltkreis und über den Minuspol wieder zurück?
Bei so einem DC/DC Wandler bekommst Du es mit zwei Arten von Störungen zu tun. Zum einen mit Gleichtakt Störungen und zum Anderen mit Gegentakt Störungen. Das Gemeine daran, mit nur einer Art der Filterung bekommst Du es nicht in den Griff. Bevor ich das hier alles erkläre, ich hatte selbst damit Probleme, schau Dir mal den Anhang an. Oder suche mal nach Gleichtakt und Gegentakt Störungen im zusammenhang mit DC/DC Wandlern.
Da ist scheinbar was mit dem Upload schief gegangen. Dann schau bitte auf dem link http://www.dg0sa.de/snt.pdf
OS schrieb: > Bei so einem DC/DC Wandler bekommst Du es mit zwei Arten von Störungen > zu tun. Zum einen mit Gleichtakt Störungen und zum Anderen mit Gegentakt > Störungen. Das Gemeine daran, mit nur einer Art der Filterung bekommst > Du es nicht in den Griff. > Bevor ich das hier alles erkläre, ich hatte selbst damit Probleme, schau > Dir mal den Anhang an. > Oder suche mal nach Gleichtakt und Gegentakt Störungen im zusammenhang > mit DC/DC Wandlern. Danke, Wolfgang! Deine Folien kannte ich schon von einem Versuch, ein Schaltnetzteil für einen FT817 zu entstören! Im Moment glaube ich, dass die Schwierigkeiten mit meiner Version 1.0 überwiegend leitungsgebundene Störungen waren. Aus derselben NiMH-Batterie, die den Wandler speist, wollte ich noch einen kleinen NF-Verstärker versorgen. Und der wird fürchterlich gestört, wenn der Sender getastet wird. Das liegt entweder daran, dass dann der Strom durch den Wandler stark ansteigt (20 mA -> 450 mA, multipliziert mit Spannungsverhältnis Vout/Vin = ca. 1.2 A), oder dass dies noch durch die Sendefrequenz moduliert wird (wobei ich das nicht so recht glaube, weil der Sendeteil noch reichlich Pufferkondensatoren hat). Mein Leiterplattenlayout war auch suboptimal. Ich könnte natürlich noch zwei Drosseln für Gleichtaktstörungen vorsehen. Mal schauen, ob das nötig ist.
Hallo, FYI: Das folgende Dokument von Würth finde ich ziemlich hilfreich: http://www.we-online.com/web/en/electronic_components/produkte_pb/application_notes/anp044_auswirkungdcdcschaltregler.php
> Bei hohen Frequenzen sollte doch folgendes am Pi-Filter passieren... > Oder habe ich hier etwas missverstanden? Genau. Es geht um das "sollte". Tut es aber nicht. Ein LF Filter ist kein HF Filter. Eine LF-Spule ist ploetzlich eine HF-Kapazitaet, und eine LF-Kapazitaet ist ploetzlich eine RF-Spule.
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Sapperlot W. schrieb: >> Bei hohen Frequenzen sollte doch folgendes am Pi-Filter passieren... >> Oder habe ich hier etwas missverstanden? > > > Genau. Es geht um das "sollte". Tut es aber nicht. Ein LF Filter ist > kein HF Filter. > Eine LF-Spule ist ploetzlich eine HF-Kapazitaet, und eine LF-Kapazitaet > ist ploetzlich eine RF-Spule. Ich bin lernwillig, aber das verstehe ich nicht. Und sowohl Würth als auch TI empfehlen eigentlich genau den Ansatz, den ich oben beschrieben habe. Man könnte die Frequenz des Filters noch etwas erhöhen - auf wirklich 1/10 der Schaltfrequenz, aber ich sehe nicht, welchen grundsätzlichen Unterschied das macht.
Martin H. schrieb: > 1. Habe ich irgendwas vergessen? ;-) Ja Du solltest angeben, bei welcher Frequenz wie viel Störspannung erlaubt ist. Prinzipiell kann man die Ausgangsspannung mit einer solchen Schaltung auf einen beliebig niedrigen Störpegel (also praktisch 0) bringen. Allerdings ist die Spannung dann nicht mehr geregelt. > 2. Bei der Bauteileauswahl von C1 - C4 und C7 - C10 muss ich auf einen > geringen ESR achten, das ist klar. Für C2 empfiehlt das obige Dokument > ca 680 mOhm. Das ist verdammt viel ESR und macht den Filter auf jeden Fall deutlich schlechter als mit weniger ESR. Aber ohne die genauen Anforderungen zu kennen (z.B. -140 dB Störpegel bei 21 MHz) kann man das auch nur annehmen. Ich kann nur sagen, daß ich bei einem Filter schon mal Probleme mit einem Kondensator hatte, weil er 7 mOhm ESR hatte, ein anderer mit 2 mOhm ESR war dann gerade noch ausreichend. > 3. Die Kondensatorenpaare C3/C4, C7/C8 und C9/C10 sollen den ESR > minimieren. Wenn aber der 10u jeweils schon ein Kerko ist, ist das dann > überhaupt noch nötig? Hier liegt ein Irrtum vor, ein Parallelschaltung von Kondensatoren ändert nicht den ESR. Und eine Parallelschaltung von unterschiedlichen Kondensatoren kann sehr unangenehme Störeffekte erzeugen. > 4. Die Widerstände R10 und R11 liegen ja an der noch ungefilterten > Ausgangsspannung des Wandlers an. Wenn ich sie mit einem Schalter von > der Frontplatte aus zuschalte, fange ich mir schnell eine tolle Antenne > zur Abtrahlung ein, oder? Könnte ich diese Widerstände auch hinter den > Ausgangsfilter setzen? Ich sehe darin kein Problem. > 5. Was muss ich beim Platinenlayout an Fallstricken beachten? Ein derartiger Filter hat keine speziellen Ansprüche, aber nach dem Filter bis zum Verbraucher ist ein kritischer Weg, diese Leitungen sollten zu denen des Schaltnetzteils entfernt sein. Man sollte eigentlich den Ausgangsfilter vom Schaltnetzteil möglichst trennen im Layout. Natürlich sollte man allgemein so auslegen, daß man die Störinduktivitäten klein hält. Der Eingangsfilter hat für die Qualität der Ausgangsspannung übrigens keine Funktion. So ganz verstehe ich den hohen Aufwand beim Eingangsfilter darüber hinaus nicht. Für meine sensiblen Analogschaltungen verwende ich normalerweise ein beliebiges Schaltnetzteil und filtere die Störungen dann um den gewünschten Wert beliebig raus.
Frank schrieb: > Martin H. schrieb: >> 1. Habe ich irgendwas vergessen? ;-) > Ja Du solltest angeben, bei welcher Frequenz wie viel Störspannung > erlaubt ist. Prinzipiell kann man die Ausgangsspannung mit einer solchen > Schaltung auf einen beliebig niedrigen Störpegel (also praktisch 0) > bringen. Allerdings ist die Spannung dann nicht mehr geregelt. > Wenn ich das wüsste ;-) >> 2. Bei der Bauteileauswahl von C1 - C4 und C7 - C10 muss ich auf einen >> geringen ESR achten, das ist klar. Für C2 empfiehlt das obige Dokument >> ca 680 mOhm. > Das ist verdammt viel ESR und macht den Filter auf jeden Fall deutlich > schlechter als mit weniger ESR. Aber ohne die genauen Anforderungen zu > kennen (z.B. -140 dB Störpegel bei 21 MHz) kann man das auch nur > annehmen. Ich kann nur sagen, daß ich bei einem Filter schon mal > Probleme mit einem Kondensator hatte, weil er 7 mOhm ESR hatte, ein > anderer mit 2 mOhm ESR war dann gerade noch ausreichend. Das obige TI-Dokument empfiehlt das in Abschnitt 4.4: http://www.ti.com/lit/an/snva489c/snva489c.pdf Wenn ich das richtig verstanden habe, soll damti vermieden werden, dass der Inputfilter die Regelung des Reglers beeinflusst, wenn man sich bei der Resonanzfrequenz des Filters bewegt. Allerdings liegt diese so niedrig, dass es eine Interaktion mit der Schaltfrequenz eigentlich nicht geben kann, und mit anderen Verbrauchern eher auch nicht. > >> 3. Die Kondensatorenpaare C3/C4, C7/C8 und C9/C10 sollen den ESR >> minimieren. Wenn aber der 10u jeweils schon ein Kerko ist, ist das dann >> überhaupt noch nötig? > Hier liegt ein Irrtum vor, ein Parallelschaltung von Kondensatoren > ändert nicht den ESR. Und eine Parallelschaltung von unterschiedlichen > Kondensatoren kann sehr unangenehme Störeffekte erzeugen. Danke für den Hinweis - das wird aber an vielen Stellen als die ideale Lösung beschrieben: Elko mit nicht-so-tollem ESR + Kerko mit tollem ESR. In den Datenblättern vieler Regler steht auch, dass Kerkos mit sehr niedrigem ESR die Stabilität der Schaltung gefährden. Deshalb habe ich für die 10u-Kondensatoren jetzt an so etwas gedacht: http://www.mouser.com/ds/2/427/293d-239871.pdf Die haben 1 - 2 Ohm bei 100 kHz laut Datenblatt. Andere Dokumente empfehlen, Kondensatoren mit zu niedrigem ESR mit einem Widerstand zu bedämpfen. Aber dann kann ich ja gleich einen Kondensator mit höherem ESR nehmen. >> 4. Die Widerstände R10 und R11 liegen ja an der noch ungefilterten >> Ausgangsspannung des Wandlers an. Wenn ich sie mit einem Schalter von >> der Frontplatte aus zuschalte, fange ich mir schnell eine tolle Antenne >> zur Abtrahlung ein, oder? Könnte ich diese Widerstände auch hinter den >> Ausgangsfilter setzen? > Ich sehe darin kein Problem. Ok, danke! > >> 5. Was muss ich beim Platinenlayout an Fallstricken beachten? > Ein derartiger Filter hat keine speziellen Ansprüche, aber nach dem > Filter bis zum Verbraucher ist ein kritischer Weg, diese Leitungen > sollten zu denen des Schaltnetzteils entfernt sein. Man sollte > eigentlich den Ausgangsfilter vom Schaltnetzteil möglichst trennen im > Layout. Natürlich sollte man allgemein so auslegen, daß man die > Störinduktivitäten klein hält. Ich dachte halt an Dinge wie ein enges Layout an den Übergängen Filter-Wandler und Wandler-Filter, sowie an die Positionierung von Kondensatoren (Kerkos nahe an Regler bzw. Spule vs. Elko/Tantal näher etc.). > Der Eingangsfilter hat für die Qualität der Ausgangsspannung übrigens > keine Funktion. So ganz verstehe ich den hohen Aufwand beim > Eingangsfilter darüber hinaus nicht. Die ursprüngliche Motivation war zweigeteilt: 1. Bisher hatte ich ein paar Analogkomponenten (LM 386 und einen Zero-Beat-Indikator) direkt an die Batterie angeschlossen, weil zumindest letzterer nur mit 9 V klarkommt, und ich nicht erst Spannung hochwerkeln und dann wieder herunterregeln wollte, und, weil ich dachte, dass diese Spannung sauberer sei als der Ausgang des Reglers. Das war aber ein Trugschluss. An meinem ersten Prototypen mit fertigen DC-DC-Wandler von Pololu arbeitet der LM386 eigentlich ganz ruhig, bei meinem neuen Prototypen wird er vom Wandler ganz massiv gestört. 2. Außerdem sind die Leitungen zum Schalter am Eingang und zum Akku je mindestes 12 cm lang. Für Störungen bei 1.3 MHz und aufwärts mit Oberwellen etc. sind das ganz gute Antennen, die ich vermeiden wollte. > Für meine sensiblen Analogschaltungen verwende ich normalerweise ein > beliebiges Schaltnetzteil und filtere die Störungen dann um den > gewünschten Wert beliebig raus. Ich werde jetzt alle Komponenten aus dem Ausgang des Reglers speisen. Trotzdem werde ich wohl die Filter vorsehen. Wenn sie nicht nötig sind, ist das für mich weniger Ärger als studenlang zu versuchen, die SMD-Platine mit Abblockkondensatoren etc. nachzubessern ;-) Entscheidend für mich wäre nun zu wissen: 1. Spricht irgendwas gegen die etwas niedrigere Frequenz des Eingangsfilters? Das sollte doch eigentlich eher helfen - aber ein Beitrag hat gesagt, dass der Filter in dieser Form überhaupt nichts brächte, ob wohl er genau nach Empfehlungen von TI und Würth konzipiert ist. 2. Welche Art von Kondensatoren soll ich nun für die Filter und für den Ausgangskondensator am Regler nehmen: a) Gute SMD-Elkos mit kleinem ESR (0.5 - 3 Ohm oder so) b) 10uF-Kerkos mit sehr kleinem ESR c) Tantal-Elkos d) je ein SMD-Elko und ein Kerko parallel 3. Brauche ich den Widerstand R12 zum Dämpfen des Ausgangsfilters, welchen Wert soll er haben und welche Belastbarkeit muss er aushalten? Dann würde ich mal mit einem Layout anfangen. Vielen Dank nochmals für allen Euren Input! Martin
Hallo allerseits, falls jemand noch etwas zu diesen Punkten sagen könnte, wäre ich sehr dankbar und würde danach mit einem Layout anfangen. Dazu brauche ich aber die Footprints / Typen der Bauteile: Martin H. schrieb: > Entscheidend für mich wäre nun zu wissen: > > 1. Spricht irgendwas gegen die etwas niedrigere Frequenz des > Eingangsfilters? Das sollte doch eigentlich eher helfen - aber ein > Beitrag hat gesagt, dass der Filter in dieser Form überhaupt nichts > brächte, ob wohl er genau nach Empfehlungen von TI und Würth konzipiert > ist. > > 2. Welche Art von Kondensatoren soll ich nun für die Filter und für den > Ausgangskondensator am Regler nehmen: > > a) Gute SMD-Elkos mit kleinem ESR (0.5 - 3 Ohm oder so) > b) 10uF-Kerkos mit sehr kleinem ESR > c) Tantal-Elkos > d) je ein SMD-Elko und ein Kerko parallel > > 3. Brauche ich den Widerstand R12 zum Dämpfen des Ausgangsfilters, > welchen Wert soll er haben und welche Belastbarkeit muss er aushalten? Wenig verwunderlich: Würth empfiehlt die eigenen "WCAP-ASLI Aluminum Electrolytic Capacitors" mit einem ESR von 0.6 Ohm (bei 100 KHz) und rät von Kerkos ab. Von TI gibt es einen netten Application Report "Input and Output Capacitor Selection": http://www.ti.com/lit/an/slta055/slta055.pdf Sie empfehlen - am Eingang des Reglers nah einen Kerko und danach parallel einen größeren (Alu-)-Elko - am Ausgang einen Kerko mit geringem ESR Semtech empfiehlt im SC4503-Datenblatte Kerkos für den Eingangskondensator und Kerkos für den Ausgangskondensator: "Multi-layer ceramic capacitors, due to their extremely low ESR (<5mΩ), are the best choice." Kemet hat eine nette Präsentation zu diesem Thema: http://www.kemet.com/Lists/TechnicalArticles/Attachments/5/Avnet2012PowerForum_CapacitorsSelection.pdf Dort empfehlen sie, einen größeren Kondensator am Ausgang parallel mit mehreren guten Kerkos zu beschalten, und zwar so, dass jeder Kerko selbst-resonant auf der zu unterdrückenden Frequenz ist (Folie 56). Grundsätzlich empfehlen sie aber Kerkos. Von Kemet gibt es zudem ein Online-Simulationstool, mit dem man das Impedanzverhalten aller Kemet-Kondensatoren analysieren kann: http://ksim.kemet.com/ Ich habe anbei mal drei Kondensatoren analysisert, und zwar jeweils Kemet-Kerkos mit 10u, 4.7u und 100 nF. Die Resonanzfrequenz des 10u/16V-Exemplars liegt bei den folgenden Bias-Spannungen jeweils recht deutlich über der Schaltfrequenz des Reglers: 0V: 2 MHz 6V: 3.6 MHz 9V: 4.5 MHz 12V: 5.2 MHz Wenn ich das richtig verstehe, laufe ich hier in ein Tradeoff zwischen Stabilität und verbleibenden Ripple-Anteilen hinein. Martin
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Martin H. schrieb: > falls jemand noch etwas zu diesen Punkten sagen könnte, wäre ich sehr > dankbar und würde danach mit einem Layout anfangen. Sieh dazu genau das Beispiellayout im Datenblatt und das des EVAL-Boards an. Und behalte die 3 Stromschleifen im Auge: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler Die gibt es auch beim Boost-Regler: blau Laden, rot Freilauf, gelb Recovery
Lothar M. schrieb: > Martin H. schrieb: >> falls jemand noch etwas zu diesen Punkten sagen könnte, wäre ich sehr >> dankbar und würde danach mit einem Layout anfangen. > Sieh dazu genau das Beispiellayout im Datenblatt und das des EVAL-Boards > an. Und behalte die 3 Stromschleifen im Auge: > http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler > Die gibt es auch beim Boost-Regler: blau Laden, rot Freilauf, gelb > Recovery Hallo Lothar, danke! Also in diesem Bereich: - alles auf einem Layer (oben) - kurze Wege - breit - keine Schleifen desselben Signals, eher sternförmig - Hin- und Rückweg möglichst symmetrisch - Evtl. GND-Layer unten unter Hinweg - Möglichst kleine Pads und kurze Wege zwischen Pads - Bauteilanordung und Routing so wie Stromfluss Habe ich was vergessen? Übrigens überlege ich, zumindest für die Rs doch 0603 statt 0805 einzusetzen. Spart Platz und Leitungswege und lässt sich noch gut mit der Hand löten. Wenn ich jetzt noch wüsste, ob ich Kerkos oder Low-ESR-Elkos nehmen soll, könnte ich loslegen ;-) Viele Grüße Martin
Martin H. schrieb: >>> 2. Bei der Bauteileauswahl von C1 - C4 und C7 - C10 muss ich auf einen >>> geringen ESR achten, das ist klar. Für C2 empfiehlt das obige Dokument >>> ca 680 mOhm. >> Das ist verdammt viel ESR und macht den Filter auf jeden Fall deutlich >> schlechter als mit weniger ESR. Aber ohne die genauen Anforderungen zu >> kennen (z.B. -140 dB Störpegel bei 21 MHz) kann man das auch nur >> annehmen. Ich kann nur sagen, daß ich bei einem Filter schon mal >> Probleme mit einem Kondensator hatte, weil er 7 mOhm ESR hatte, ein >> anderer mit 2 mOhm ESR war dann gerade noch ausreichend. > > Das obige TI-Dokument empfiehlt das in Abschnitt 4.4: > http://www.ti.com/lit/an/snva489c/snva489c.pdf Das Dokument ist meiner Ansicht nach nicht sehr gut in diesem Punkt. Vor allem aber geht es in diesem Dokument auch um allgemeines EMI und nicht um die Störung eines Schaltnetzteils zu unterdrücken. > Wenn ich das richtig verstanden habe, soll damti vermieden werden, dass > der Inputfilter die Regelung des Reglers beeinflusst, wenn man sich bei > der Resonanzfrequenz des Filters bewegt. Allerdings liegt diese so > niedrig, dass es eine Interaktion mit der Schaltfrequenz eigentlich > nicht geben kann, und mit anderen Verbrauchern eher auch nicht. Wie gesagt, daß Dokument von TI das Du verwendest ist nicht geeignet. Vergiss das Dokument mal. Alles was Du brauchst sind: a) Deine Akkuzellen b) Einen StepUp-Konverter c) einen LC Filter Nach dem Filter ist die Ausgangsspannung wieder ungeregelt, deshalb braucht man ggf. noch einen: d) einen Linearregler und schon hast Du einen völlig Störungsfreie Ausgangsspannung. >>> 3. Die Kondensatorenpaare C3/C4, C7/C8 und C9/C10 sollen den ESR >>> minimieren. Wenn aber der 10u jeweils schon ein Kerko ist, ist das dann >>> überhaupt noch nötig? >> Hier liegt ein Irrtum vor, ein Parallelschaltung von Kondensatoren >> ändert nicht den ESR. Und eine Parallelschaltung von unterschiedlichen >> Kondensatoren kann sehr unangenehme Störeffekte erzeugen. > Danke für den Hinweis - das wird aber an vielen Stellen als die ideale > Lösung beschrieben: Elko mit nicht-so-tollem ESR + Kerko mit tollem ESR. Für welchen Einsatzzweck wird das beschrieben? Ganz sicher nicht für Filter! > In den Datenblättern vieler Regler steht auch, dass Kerkos mit sehr > niedrigem ESR die Stabilität der Schaltung gefährden. Ist bei einem Filter nicht der Fall. Du mußt bitte unterscheiden was der Kondensator macht. Für den Kondensator im Filter gilt minimaler ESR. >>> 4. Die Widerstände R10 und R11 liegen ja an der noch ungefilterten >>> Ausgangsspannung des Wandlers an. Wenn ich sie mit einem Schalter von >>> der Frontplatte aus zuschalte, fange ich mir schnell eine tolle Antenne >>> zur Abtrahlung ein, oder? Könnte ich diese Widerstände auch hinter den >>> Ausgangsfilter setzen? >> Ich sehe darin kein Problem. > Ok, danke! Um das zu präzisieren, ich sehe kein Problem darin sie von der Frontplatte zu schalten. >>> 5. Was muss ich beim Platinenlayout an Fallstricken beachten? >> Ein derartiger Filter hat keine speziellen Ansprüche, aber nach dem >> Filter bis zum Verbraucher ist ein kritischer Weg, diese Leitungen >> sollten zu denen des Schaltnetzteils entfernt sein. Man sollte >> eigentlich den Ausgangsfilter vom Schaltnetzteil möglichst trennen im >> Layout. Natürlich sollte man allgemein so auslegen, daß man die >> Störinduktivitäten klein hält. > > Ich dachte halt an Dinge wie ein enges Layout an den Übergängen > Filter-Wandler und Wandler-Filter, sowie an die Positionierung von > Kondensatoren (Kerkos nahe an Regler bzw. Spule vs. Elko/Tantal näher > etc.). Alles vor dem Filter ist relativ egal, weil es eben vor dem Filter ist. Nach dem Filter ist die Spannung "sauber" dann muß man acht geben, damit nicht wieder Störungen drauf kommen. >> Der Eingangsfilter hat für die Qualität der Ausgangsspannung übrigens >> keine Funktion. So ganz verstehe ich den hohen Aufwand beim >> Eingangsfilter darüber hinaus nicht. > > Die ursprüngliche Motivation war zweigeteilt: > 1. Bisher hatte ich ein paar Analogkomponenten (LM 386 und einen > Zero-Beat-Indikator) Was ist das: Zero-Beat-Indikator? > direkt an die Batterie angeschlossen, weil > zumindest letzterer nur mit 9 V klarkommt, und ich nicht erst Spannung > hochwerkeln und dann wieder herunterregeln wollte, und, weil ich dachte, > dass diese Spannung sauberer sei als der Ausgang des Reglers. Das war > aber ein Trugschluss. An meinem ersten Prototypen mit fertigen > DC-DC-Wandler von Pololu arbeitet der LM386 eigentlich ganz ruhig, bei > meinem neuen Prototypen wird er vom Wandler ganz massiv gestört. Also Du entnimmst die Batteriespannung, das BAT_VCC. Gut das erklärt den Filter. Prinzipiell halte ich das aber für schlecht. Lass den Eingangsfilter weg und erzeuge alle Spannungen nach dem Konverter. > 2. Außerdem sind die Leitungen zum Schalter am Eingang und zum Akku je > mindestes 12 cm lang. Für Störungen bei 1.3 MHz und aufwärts mit > Oberwellen etc. sind das ganz gute Antennen, die ich vermeiden wollte. Ist das denn nicht in einem Metallgehäuse verbaut? >> Für meine sensiblen Analogschaltungen verwende ich normalerweise ein >> beliebiges Schaltnetzteil und filtere die Störungen dann um den >> gewünschten Wert beliebig raus. > Ich werde jetzt alle Komponenten aus dem Ausgang des Reglers speisen. Gut. > Trotzdem werde ich wohl die Filter vorsehen. Den Ausgangsfilter unbedingt. > Entscheidend für mich wäre nun zu wissen: > 1. Spricht irgendwas gegen die etwas niedrigere Frequenz des > Eingangsfilters? Das sollte doch eigentlich eher helfen - aber ein > Beitrag hat gesagt, dass der Filter in dieser Form überhaupt nichts > brächte, ob wohl er genau nach Empfehlungen von TI und Würth konzipiert > ist. Scheiß auf TI, aber der Filter sollte so niederfrequent wie möglich sein. Je niederfrequenter, je besser die Filterwirkung bei hohen Frequenzen. Ein einfacher LC-Filter bei fg = 10 kHz hat bei 1 MHz -40 dB Ein einfacher LC-Filter bei fg = 1 kHz hat bei 1 MHz -60 dB Ein einfacher LC-Filter bei fg = 100 Hz hat bei 1 MHz -80 dB > 2. Welche Art von Kondensatoren soll ich nun für die Filter und für den > Ausgangskondensator am Regler nehmen: > a) Gute SMD-Elkos mit kleinem ESR (0.5 - 3 Ohm oder so) > b) 10uF-Kerkos mit sehr kleinem ESR > c) Tantal-Elkos > d) je ein SMD-Elko und ein Kerko parallel Einen möglichst großen Alu-Elko mit möglichst viel Kapazität, gerne auch ein paar identische (auf keinen Fall unterschiedliche!) parallel geschaltet. Je mehr Kapazität desto besser, denn das reduziert die Grenzfrequenz siehe oben (außerdem haben größere Elkos kleineren ESR). > 3. Brauche ich den Widerstand R12 zum Dämpfen des Ausgangsfilters, > welchen Wert soll er haben und welche Belastbarkeit muss er aushalten? R12 ist Blödsinn und muß weggelassen werden. Wo hast Du denn das her. Selbst in dem ungeeigneten TI Dokument ist so ein Blödsinn nicht drinnen. Ich weise nochmal darauf hin, daß Du durch den Ausgangsfilter die Regelung verlierst.
Martin H. schrieb: > Wenn ich jetzt noch wüsste, ob ich Kerkos oder Low-ESR-Elkos nehmen > soll, könnte ich loslegen ;-) Wieviel Platz hast du? Hochkapazitive Kerkos haben bei Nennspannung oft nur die Hälfte oder gar nur ein Drittel ihrer angegebenen Kapazität. Das sollte man bei der Auswahl beachten und die Dinger entsprechend spanungsfester (und damit größer) auswählen. Dann kommt man (auch preislich) schnell in die Gegend, wo ein Elko interessant wird.
Martin H. schrieb: > Habe ich was vergessen? Das wichtigste ist immer die Positionierung der Kondensatoren. Die muß so sein, daß die Stromschleifen die Lothar eingezeichnet hat möglichst klein sind. > Wenn ich jetzt noch wüsste, ob ich Kerkos oder Low-ESR-Elkos nehmen > soll, könnte ich loslegen ;-) Für was? Für die Kapazitäten im Schaltnetzteil nimmst Du Kerkos und für den Filter Alu-Elkos. C3-C8 Kerkos. C1, C2, C10 Alu Elkos große R12, C9 unbedingt weglassen.
Frank schrieb: > Martin H. schrieb: >> Habe ich was vergessen? > Das wichtigste ist immer die Positionierung der Kondensatoren. Die muß > so sein, daß die Stromschleifen die Lothar eingezeichnet hat möglichst > klein sind. > >> Wenn ich jetzt noch wüsste, ob ich Kerkos oder Low-ESR-Elkos nehmen >> soll, könnte ich loslegen ;-) > Für was? Für die Kapazitäten im Schaltnetzteil nimmst Du Kerkos und für > den Filter Alu-Elkos. > > C3-C8 Kerkos. > C1, C2, C10 Alu Elkos große > R12, C9 unbedingt weglassen. Danke Frank, das hilft sehr!
Lothar M. schrieb: > Martin H. schrieb: >> Wenn ich jetzt noch wüsste, ob ich Kerkos oder Low-ESR-Elkos nehmen >> soll, könnte ich loslegen ;-) > Wieviel Platz hast du? Wenig ;-) > Hochkapazitive Kerkos haben bei Nennspannung oft nur die Hälfte oder gar > nur ein Drittel ihrer angegebenen Kapazität. Das sollte man bei der > Auswahl beachten und die Dinger entsprechend spanungsfester (und damit > größer) auswählen. Dann kommt man (auch preislich) schnell in die > Gegend, wo ein Elko interessant wird. Ok - in meinen Berechnungen komme ich aber dazu, dass schon 1-2.2uF bei den Abblockkondensatoren gut wären. Wenn ich eine 10uF-Type von Kemet o.ä. nehme, sollte die ja noch genug Puffer haben. Das Problem an zuvielen Elkos ist halt, dass sie erstens Platz brauchen und zweitens dadurch die Leiterlängen und parasitären Induktivitäten und Widerstände zunehmen. Daher werde ich Franks Vorschlag umsetzen. Das sollte vom Platz noch gehen, und eventuell ist meine Filterung eh überdimensioniert. Aber lieber 1 cm^2 mehr Platine und 3 EUR für zusätzliche Bauteile als tagelanges Herumprobieren im HF-Bereich ;-) (okay - letzteres ist ja gerade das Wesen des Amateurfunks, aber das ist ein anderes Thema ;-). Nochmals danke!
Nochetwas: Frank schrieb: > Martin H. schrieb: > Für was? Für die Kapazitäten im Schaltnetzteil nimmst Du Kerkos und für > den Filter Alu-Elkos. > > C3-C8 Kerkos. > C1, C2, C10 Alu Elkos große > R12, C9 unbedingt weglassen. C8 und C3 (100nF parallel zu 10uF Kerko) würdest Du aber vorsehen? Oder weglassen? Zwei zusätzlich 0603 Pads schaden vermutlich nicht. Oder macht diese Parallelschaltung nur bei der Kombination mit sehr unterschiedlichem ESR Sinn? Anbei nochmal der relevante Ausschnitt. Martin
Martin H. schrieb: > Nochetwas: > > Frank schrieb: >> Martin H. schrieb: >> Für was? Für die Kapazitäten im Schaltnetzteil nimmst Du Kerkos und für >> den Filter Alu-Elkos. >> >> C3-C8 Kerkos. >> C1, C2, C10 Alu Elkos große >> R12, C9 unbedingt weglassen. > > C8 und C3 (100nF parallel zu 10uF Kerko) würdest Du aber vorsehen? Oder > weglassen? Zwei zusätzlich 0603 Pads schaden vermutlich nicht. Oder > macht diese Parallelschaltung nur bei der Kombination mit sehr > unterschiedlichem ESR Sinn? Da war ich vielleicht etwas übereifrig ... Also da (C3-C8) würde ich mich an genau das halten, was der Hersteller vorgibt, ggf. das jeweilige Switchertool verwenden. C4, C5, C7 könnte man auch Tantal verwenden oder gar Elkos, was sagt der Hersteller vom SC4503? C3, C6, C8 müssen zwingend Folie oder Kerko sein. Da die Kapazitäten selbst für C4, C5, C7 klein sind könnte man da auch Kerkos einsetzen, allerdings könnte das kontraproduktiv sein, weil man für diese einen hohen ESR möchte. Ein hoher ESR führt zu einer kleineren Grenzfrequenz des Filters. Deshalb besser für C4, C5, C7 das verwenden was im Datenblatt empfohlen wird.
Frank schrieb: > Also da (C3-C8) würde ich mich an genau das halten, was der Hersteller > vorgibt, ggf. das jeweilige Switchertool verwenden. C4, C5, C7 könnte > man auch Tantal verwenden oder gar Elkos, was sagt der Hersteller vom > SC4503? > C3, C6, C8 müssen zwingend Folie oder Kerko sein. > Da die Kapazitäten selbst für C4, C5, C7 klein sind könnte man da auch > Kerkos einsetzen, allerdings könnte das kontraproduktiv sein, weil man > für diese einen hohen ESR möchte. Ein hoher ESR führt zu einer kleineren > Grenzfrequenz des Filters. > Deshalb besser für C4, C5, C7 das verwenden was im Datenblatt empfohlen > wird. Danke! Der Hersteller empfiehlt Kerkos: Für C4: "The input current in a boost converter is the inductor cur- rent, which is continuous with low RMS current ripples. A 2.2-4.7μF ceramic input capacitor is adequate for most applications." C3 war nur meine Idee. Wenn es nichts bringt, sehe ich entweder ein 0603 Pad vor oder lasse es ganz weg. Für C7: "Both ceramic and low ESR tantalum capacitors can be used as output filtering capacitors. Multi-layer ceramic capacitors, due to their extremely low ESR (<5mΩ), are the best choice. Use ceramic capacitors with stable temperature and voltage characteristics." Weiter "For most applications, a 10-22μF ceramic capacitor is suf- ficient for output filtering. It is worth noting that the output ripple voltage due to discharging of a 10μF ceramic capaci- tor (13) is higher than that due to its ESR." Also vielleicht besser C7 und C8 = 10uF Kerko. C5 ist unkritisch, er bestimmt nur die Einschaltverzögerung. Martin
Martin H. schrieb: > A 2.2-4.7μF ceramic input capacitor is adequate for most applications. Dieser Wert gilt für die Funktion des Schaltreglers und geht von einer stabilen und konstanten Eingangsspannung aus. Wenn deine Applikation noch Pulsströme braucht, die die Zellspannung zusammenbrechen lassen könnten, dann wäre noch ein richtig "dicker" Pufferelko am Eingang ratsam.
Martin H. schrieb: > Also vielleicht besser C7 und C8 = 10uF Kerko. Ja genau, wobei Eingang war ja im Datenblatt weniger nämlich 2,2-4,7 uF. C4 = 4,7 uF Kerko oder Folie C7 = 10 uF Kerko oder Folie C8 = weglassen C3 = weglassen C3 und C8 sind dann kontrapproduktiv. Du kannst damit leicht das Schaltnetzteil ruinieren durch ungewollte Polstellen. Was anderes wäre, wenn C4 und C7 Elkos gewesen wären, dann und nur dann machen C3=C8=100 nF Kerko Sinn. Falls Du für C4 und C7 minderwertige X7R Kerkos einsetzen möchtest mußt Du wegen der Kapazität aufpassen, siehe Beitrag von Lothar Miller: 05.10.2017 12:49. Bei Folienkondensatoren gibt es nichts weiter zu beachten. Ripple ist egal, weil wir haben ja einen Ausgangsfilter, der den eh wieder wegmacht. NOCHMAL: Nach dem Ausgangsfilter ist die Regelung weg! Du brauchst einen zusätzlichen Linearregler dahinter, wenn Du eine geregelte Ausgangsspannung haben möchtest.
Frank schrieb: > NOCHMAL: Nach dem Ausgangsfilter ist die Regelung weg! Naja, ganz so schlimm würde ich das bei einem Ausgangsfilter mit deratig hoher Grenzfrequenz jetzt nicht hinstellen. Im langjährigen Mittel ist dort genau die gewünschte Spannung (abzüglich des Teils, der am Innenwiderstand der Spule abfällt, und der ist gering).
Lothar M. schrieb: > Frank schrieb: >> NOCHMAL: Nach dem Ausgangsfilter ist die Regelung weg! > Naja, ganz so schlimm würde ich das bei einem Ausgangsfilter mit deratig > hoher Grenzfrequenz jetzt nicht hinstellen. Im langjährigen Mittel ist > dort genau die gewünschte Spannung (abzüglich des Teils, der am > Innenwiderstand der Spule abfällt, und der ist gering). Gut, der Effekt ist nicht sehr groß ich weiß auch nicht wie empfindlich die Geräte sind, sicherlich nicht so empfindlich wie meine Analogschaltung (OPV-Versorungsspannung). Aber ich wollte es erwähnt haben. Man muß jedenfalls auf den Innenwiderstand der Spule achten, diese erhöht den ansonsten recht niedrigen Ausgangswiderstand des Schaltnetzteils und reduziert dadurch die Regelung.
Frank schrieb: > Aber ich wollte es erwähnt haben. Man muß jedenfalls auf den > Innenwiderstand der Spule achten, diese erhöht den ansonsten recht > niedrigen Ausgangswiderstand des Schaltnetzteils und reduziert dadurch > die Regelung. Der Gleichstromwiderstand der geplanten Spule beträgt 30 mOhm: http://www.mouser.de/ProductDetail/EPCOS-TDK/B82472G6472M000/ Zur Regelung hätte ich aber doch noch eine Frage: Was spräche dagegen, C7 und C8 VOR den Spannungsteiler für die Regelung zu setzen, so wie in der beigefügten Variante gezeigt? Vom Layout hätte das Vorteile und bei der Verdrahtung würden die Leitungen zum Schalter dann an die bereits deutlich gefilterte Ausgangsspannung führen, was hinsichtlich Abstrahlungen eventuell gut wäre. Die Genauigkeit der Regelung ist übrigens nicht wild; die digitalen Komponenten im nachgeschalteten Verbraucher haben eh ihre eigenen LDOs für 3.3 und 5 V (okay - ziemlicher Umweg, aber hier nicht änderbar, da ich ein gegebenes Gerät erweitere) und der einzige Verbraucher direkt an der 12V-Leitung sind die HF-Endstufentransistoren. Diese werden mit Morse getastet - also grob 50 % Duty Cycle bei vielleicht 5 - 20 Hz und schwingen dann mit 7, 10, 14, 21 oder 25 MHz. Wenn die Amplitude etwas schwankt, macht das nichts; meist werden sie direkt aus Alkaline-Batterien, NimH-Akkus oder LiIon-Akkus betrieben, die auch lastabhängig einbrechen. Es sollte halt keine Interaktion geben. Martin
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Martin H. schrieb: > Zur Regelung hätte ich aber doch noch eine Frage: Was spräche dagegen, > C7 und C8 VOR den Spannungsteiler für die Regelung zu setzen, so wie in > der beigefügten Variante gezeigt? Nachtrag: Genau so ist es auch im Musterlayout (Figure 8 im Datenblatt) des SC4503 gezeigt, siehe Skizze anbei.
Frank schrieb : > Vergiss das Dokument mal. Alles was Du brauchst sind: > .. > d) einen Linearregler und schon hast Du einen völlig störungsfreie Ausgangsspannung. Schon mal die Ripple Rejection bei den relevanten Frequenzen angeschaut ? Angehaengt die Daten von einem LM317 von Texas Instruments. Davon ist bei 1MHz nicht mehr so viel uebrig. -20dB ist noch 1/10 der Amplitude.
Frank schrieb: > > Falls Du für C4 und C7 minderwertige X7R Kerkos einsetzen möchtest mußt > Du wegen der Kapazität aufpassen, siehe Beitrag von Lothar Miller: > 05.10.2017 12:49. Bei Folienkondensatoren gibt es nichts weiter zu > beachten. > Ich habe jetzt für die Kerkos direkt vor / nach dem SC4503 folgende gewählt: http://www.mouser.de/ProductDetail/Murata-Electronics/GRM21BZ71E106KE15L/ Sie haben 10u und sind für bis zu 25 V spezifiziert. Die höhere Spannung habe ich gewählt, weil dadurch laut Datenblatt der Kapazitätsverlust durch DC-Bias geringer wird. Am Ausgang schalte ich zwei parallel und habe dann 20 uF und halbe ESR. Martin
Sapperlot W. schrieb: > Angehaengt die Daten von einem LM317 von Texas Instruments. Davon ist > bei 1MHz nicht mehr so viel uebrig. -20dB ist noch 1/10 der Amplitude. Braucht ja auch niemand. Wo kein Ripple da keine Rejection nötig. Oder schon den Filter vergessen?
Martin H. schrieb: > Der Gleichstromwiderstand der geplanten Spule beträgt 30 mOhm: > http://www.mouser.de/ProductDetail/EPCOS-TDK/B8247... Ja ich war irgendwie bei Milli-Henry-Spulen die haben so 1-200 Ohm Widerstand, aber bei den Mikrohenryspulen die haben sehr kleine Widerstände also kein Problem. Alles kleiner 100 Milliohm ist ausreichend gut. > Zur Regelung hätte ich aber doch noch eine Frage: Was spräche dagegen, > C7 und C8 VOR den Spannungsteiler für die Regelung zu setzen, so wie in > der beigefügten Variante gezeigt? Schaltungstechnisch ist das identisch. Layouttechnisch sollten diese sowieso möglichst nah an der Diode sein, gefällt mir also besser so. > Vom Layout hätte das Vorteile und bei der Verdrahtung würden die > Leitungen zum Schalter dann an die bereits deutlich gefilterte > Ausgangsspannung führen, was hinsichtlich Abstrahlungen eventuell gut > wäre. Sehr intelligente Überlegung. Allerdings sehe ich nicht den Schalter als Problem, der was einfängt sondern die störbehaftete Eingangsspule, die alle in Nachbarschaft gelegenen Leitungen "bestrahlt". Also höchstes Ziel ist die Strecke Diode - Kondensator zu minimieren, sowohl in Löänge als auch in Induktivität. Insofern sind SMD-Bauteile vorteilhafter. > Die Genauigkeit der Regelung ist übrigens nicht wild; die digitalen > Komponenten im nachgeschalteten Verbraucher haben eh ihre eigenen LDOs > für 3.3 und 5 V (okay - ziemlicher Umweg, aber hier nicht änderbar, da > ich ein gegebenes Gerät erweitere) und der einzige Verbraucher direkt an > der 12V-Leitung sind die HF-Endstufentransistoren. Diese werden mit > Morse getastet - also grob 50 % Duty Cycle bei vielleicht 5 - 20 Hz und > schwingen dann mit 7, 10, 14, 21 oder 25 MHz. Um die Digitalschaltung mache ich mir keine Sorgen, die verträgt viel Störung. > Wenn die Amplitude etwas schwankt, macht das nichts; meist werden sie > direkt aus Alkaline-Batterien, NimH-Akkus oder LiIon-Akkus betrieben, > die auch lastabhängig einbrechen. Es sollte halt keine Interaktion > geben. Die Spannung ist schon recht stabil, 30 Milliohm bedeuten, daß bei 0,5 Ampere die Spannung nur um maximal 15 Millivolt bei Lastwechseln schwankt. Für den HF-Teil könnte natürlich <15 mV Pegel unangenehm sein, aber der Filter bügelt ja alles HF weg.
> Oder schon den Filter vergessen?
Sorry. Vergessen. Genau, den Filter auf 0 Ripple auslegen.
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Martin H. schrieb: > Ich habe jetzt für die Kerkos direkt vor / nach dem SC4503 folgende > gewählt: > > http://www.mouser.de/ProductDetail/Murata-Electron... > > Sie haben 10u und sind für bis zu 25 V spezifiziert. Die höhere Spannung > habe ich gewählt, weil dadurch laut Datenblatt der Kapazitätsverlust > durch DC-Bias geringer wird. Am Ausgang schalte ich zwei parallel und > habe dann 20 uF und halbe ESR. Schauen auf dem Papier erstaunlich gut aus. Mehr kann ich dazu nicht sagen. Mit einem vorne und zwei hinten ist sicherlich ausreichend vorgesorgt für alle Eventualitäten. Ist ja jweiles die doppelte notwendige Kapazität. Ob das für den Eingangskonsdensator so gut ist weiß ich allerdings nicht. Ich weiß nicht genau, wei genau der Eingangsfilter auf die Schaltfrequenz optimiert wird. Falls der SC4503 mit fester Frequenz arbeitet würde ich lieber bei den 4.7 uF bleiben. Falls mit variabler Frequenz passt alles. Beim Ausgangskondensator ist es weniger kritisch, da doppelte Kapazität zu haben schadet m.E. nicht. Hast Du eigentlich einen Spektrumanalysator?
Falls Du etwas Platz erübrigen könntest, wäre es eine gute Idee einen zweiten LC-Filter (identisch) im Layout anzubringen, so hast Du die Möglichkeit diesen zu bestücken falls gewünscht. Wenn Du das in ein Gehäuse einbaust solltest Du, falls möglich ein Blech mit Masseanschluß vorsehen, daß das Schaltnetzteil vom Filter und dem Ausgangsanschluß trennt.
Hallo allerseits, in der Zwischenzeit habe ich etwas weitergearbeitet und ein Layout, das in den kritischen Bereichen ziemlich nahe an die Empfehlung aus dem Datenblatt kommt. Anbei ein Eindruck, extra ohne Silkscreen etc. Was mir noch nicht gefällt, sind die Thermal Relief Pads. Kicad macht sie defaultmäßig an alle Flächen. Da wir hier aber die ganze Zeit diskutieren, wie man minimale parasitäre Induktivitäten vermeidet, tendiere ich dazu, lieber die Platine beim Handlöten vorzuwärmen, als mir meine schönen Flächen mit Thermal Relief Pads und ihren dünnen Zuleitungen wieder kaputtzumachen. Was meint ihr? Martin
Also, nach etwas googeln scheint es State of the Art zu sein, bei HF etc. eher auf thermal relief pads zu verzichten. Sieht auch viel logischer aus. Anbei mein letzter Wurf. Die zusätzlichen Pads unten sind von einer kleinen Batteriestands-Schaltung, die auf der Rückseite Platz findet. Apropos Rückseite: Ich könnte sie fast flächig mit GND füllen. Spricht etwas dagegen? Irgendwo hatte ich gelesen, dass man bei Filtern vor oder nach DC-DC-Schaltreglern die Masse in der Mitte eher schmaler halten sollte. Martin
Frank schrieb: >> Vom Layout hätte das Vorteile und bei der Verdrahtung würden die >> Leitungen zum Schalter dann an die bereits deutlich gefilterte >> Ausgangsspannung führen, was hinsichtlich Abstrahlungen eventuell gut >> wäre. > Sehr intelligente Überlegung. Allerdings sehe ich nicht den Schalter als > Problem, der was einfängt sondern die störbehaftete Eingangsspule, die > alle in Nachbarschaft gelegenen Leitungen "bestrahlt". Also höchstes > Ziel ist die Strecke Diode - Kondensator zu minimieren, sowohl in Löänge > als auch in Induktivität. Insofern sind SMD-Bauteile vorteilhafter. Danke - die TDK-Spulen, die ich verwenden werde, sind übrigens abgeschirmt: http://www.mouser.de/ProductDetail/EPCOS-TDK/B82472G6472M000/
Frank schrieb: >> Die ursprüngliche Motivation war zweigeteilt: >> 1. Bisher hatte ich ein paar Analogkomponenten (LM 386 und einen >> Zero-Beat-Indikator) > Was ist das: Zero-Beat-Indikator? Hallo Frank, ein Zero-Beat-Indikator ist eine kleine Hilfsschaltung, die einem beim Senden mit einem Morse-Transceiver anzeigt, das man auf genau der Frequenz sendet, auf der die Gegenseite hört. Wegen der niedrigen Bandbreite, die man für Radiotelegraphie braucht, verwendet man auf der Empfangsseite of sehr schmale Audiofilter (meist so 300 - 600 Hz breit, Spezialisten aber manchmal auch noch schmäler). Wenn man nicht genau auf der richtigen Frequenz sendet, hört einen die Gegenstelle nicht. Die richtige Frequenz ergibt sich grob daraus, dass die Audiofrequenz der Gegenstelle, die Du hörst, dem Versatz zwischen Deiner Sendefrequenz und Deiner Empfangsfrequenz entspricht. Hier ein Schaltplan: http://qrpguys.apps-1and1.com/wp-content/uploads/2017/06/zero_061117.pdf Okay, das ist jetzt off-topic, aber da Ihr soviel Support geleistet habt, wollte ich diese Frage noch beantworten. Cheers Martin
Hallo allerseits, auf der Suche nach einem günstigen PCB-Layout für den Wandler habe ich folgendes Dokument von TI gefunden: http://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf Es gibt eigentlich für mich vernünftige Hinweise, z.B. - die Leitung vom Schaltregler zur Induktivität (bei mit L2) zwar breit, aber mit minimaler Fläche zu gestalten: "The copper of the SW-node should be optimized to handle the large current with minimum area. und den Sense-Eingang für den Regler (FB) weit weg zu führen: "The SW-node is the noisy source of the boost converter, so any trace of a sensitive node, such as FB, should be far away from the SW node." "The analog components and nodes are sensitive to noise, especially when they have large input impedance, such as FB pin. Make sure these components are close to the IC. The traces between the components and IC should be short to minimize the parasitic capacitance with noisy SW node. Never route the FB trace in parallel with the SW node closely; otherwise the switching noise would couple to the FB pin and cause problems." Wenn ich das richtig verstehe, empfehlen sie teilweise, GND für die empfindlichen Signale (bei mir nur der Spannungsteiler zur Regelung) separat zu führen und an einem Punkt nahe am Regler mit einem Via anzubinden. Am Ende beschreibt TI aber auch, dass eine große GND-Fläche mit Vias an den richtigen Stellen (nahe am GND-Pin des Reglers und am Massepin der empfindlicheren Schaltungsteile) genausogut sei uns besser Wärme ableiten würde. Ich werde also die Flächen unter/an den drei Induktivitäten verkleinern und eine mit Vias angebundene Groundplane auf die Unterseite legen. Hat jemand dazu noch eine Meinung? Vielen Dank im voraus! Martin
Hallo, nochmals danke für das reichliche Feedback. Ich habe inzwischen die Platinen fertig und mal eine Testserie bei OSH Park bestellt. Beim Layout habe ich versucht, alle Tipps umzusetzen. Dabei habe ich mich neben möglichst kurzen Wegen in den kritischen Bereichen und 0603-SMD-Teilen (wenn verfügbar) an folgenden Dingen orientiert: 1. Der gesamte Wandler nutzt nur die Oberseite ohne ein einziges Via. 2. Die Unterseite ist eine Groundplane, fast durchgängig, mit ein paar kleinen Vias zusätzlichen zu den THT-Pads an kritischen Stellen (neben den Caps und nahe am GND-Pin des Wandler-ICs). Auf der Unterseite liegt noch eine unkritische Schaltung zur Anzeige der Batteriespannung. 3. Bei der Positionierung (13/27mil-Vias) hatte ich keine Vorerfahrung und hab mich von Stellen leiten lassen, die mir kritisch erschienen. Von einem flächigen Stitching habe ich abgesehen, weil ich fürchtete, das würde die Groundplane beeinträchtigen. 4. Unter den drei Induktivitäten habe ich kein Signal geführt und die Fläche an den heißen Pins versucht zu minimieren. Auch die Groundplane habe ich dort an der Unterseite weggelassen, weil ich Sorge hatte, sie würden dort hineinstrahlen. Das war es eigentlich schon. Anbei der letzte Stand. Wenn alles läuft, melde ich mich wieder und stelle die Dateien in Github. Nochmals vielen Dank! Martin
Hallo allerseits, mit einiger Verzögerung wollte ich mich mit Ergebnissen melden: Der Ansatz funktioniert super! Ich habe inzwischen einen Prototypen aufgebaut und evaluiert. Testaufbau: Eingangsspannung: 9V aus 9V-Block Last am Ausgang: 100 Ohm Drahtwiderstand Ausgangsspannung: 11.9V (-> 0.120 mA Last => 1.4 W) DMM und Rigol-Oszilloskop mit Tastkopf 1:10 am Ausgang bzw. Eingang Anbei Screenshots der Messungen. Am Ausgang ist quasi kein Ripple mehr messbar, in der empfindlichsten Stellung (20mV pro Raster) triggert das Oszi kaum noch. Die noch sichtbaren Störungen können auch EMV-Probleme in meinem Lab sein (Einstrahlungen von anderen Geräten etc.). Am Eingang ist bei dieser Last ein Ripple von 66 mV Peak-to-Peak. Ich habe die Schaltung noch nicht am geplanten Transceiver betrieben, bin aber quasi sicher, dass sie dort problemlos arbeitet. Nochmals vielen Dank! Nach ein wenig Politur stelle ich die Dateien in Github als Open Hardware. Martin
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