Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC/DC-Wandler mit Filtern am Ein- und Ausgang


von Martin H. (elektrofritz)


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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

: Verschoben durch User
von Hamfriend (Gast)


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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

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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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.

von Pandur S. (jetztnicht)


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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, ..

von Martin H. (elektrofritz)


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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 ;-)

: Bearbeitet durch User
von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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.
von eProfi (Gast)


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Wozu der ganze Aufwand? Umschaltbare Ausgangsspannung für ein Gerät??
Verwende 10 Zellen und gut ist's. Kein Regler, kein Ärger.

von Martin H. (elektrofritz)



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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Pandur S. (jetztnicht)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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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

: Bearbeitet durch User
von Pandur S. (jetztnicht)


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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.

: Bearbeitet durch User
von Martin H. (elektrofritz)


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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

: Bearbeitet durch User
von Martin H. (elektrofritz)


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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

: Bearbeitet durch User
von Martin H. (elektrofritz)


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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.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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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...

von Martin H. (elektrofritz)


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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?

von OS (Gast)


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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.

von OS (Gast)


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Da ist scheinbar was mit dem Upload schief gegangen.
Dann schau bitte auf dem link http://www.dg0sa.de/snt.pdf

von Martin H. (elektrofritz)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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von Pandur S. (jetztnicht)


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> 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.

: Bearbeitet durch User
von Martin H. (elektrofritz)


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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.

von Frank (Gast)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)



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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

: Bearbeitet durch Moderator
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Frank (Gast)


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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.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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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.

von Frank (Gast)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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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!

von Martin H. (elektrofritz)


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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!

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Frank (Gast)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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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.

von Frank (Gast)


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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.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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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).

von Frank (Gast)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


Angehängte Dateien:

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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

: Bearbeitet durch User
von Martin H. (elektrofritz)


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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.

von Pandur S. (jetztnicht)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Frank (Gast)


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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?

von Frank (Gast)


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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.

von Pandur S. (jetztnicht)


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> Oder schon den Filter vergessen?

Sorry. Vergessen. Genau, den Filter auf 0 Ripple auslegen.

: Bearbeitet durch User
von Frank (Gast)


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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?

von Frank (Gast)


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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.

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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Frank schrieb:
> Hast Du eigentlich einen Spektrumanalysator?

Ja, da komme ich dran ;-)

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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/

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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

von Martin H. (elektrofritz)


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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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