Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kurzschluss im 3.3V Netz meiner 3D-Drucker-Platine


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Stefan W. (stefanokolos)


Angehängte Dateien:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo beisammen,

bisher bin ich immer ohne Beiträge ausgekommen aber diesmal stehe ich 
vor einem Rätsel. Hier der Stand der Dinge: Ich schreibe gerade meine 
Master-Thesis über die Entwicklung einer Steuerplatine für einen 
3D-Drucker. Meine Abgabefrist ist aller spätestens Ende März aber ich 
kann die letzten 30% erst machen, sobald meine Platine funktioniert. Ich 
bin also etwas unter Druck.
Ich habe meinen Schaltplan sowie das Board-Layout fertig, der Hersteller 
Elecrow hat die Platinen hergestellt und bestückt. Gestern sind sie 
geliefert worden und nach dem Anstecken passierte - nichts. Nicht einmal 
die 3.3V LED leuchtet....
Folgendes konnte ich bereits messen: Mein 5V-Buck-Converter 
funktioniert, sobald ich aber den 3.3V LDO verbinde bricht meine 
Spannung zusammen und ein entsprechend hoher Strom fließt. Ich habe 2 
bestückte und eine nicht bestückte Leiterplatte:
Bei der nicht bestückten Platine messe ich zwischen dem 5V-Netz und GND 
einen Widerstand größer 2MOhm (Ende des Messbereichs meines 
Multimeters). Gleiches gilt für das 3.3V-Netz. Der Kurzschluss tritt 
also erst nach dem Bestücken auf.
Bei den bestückten Platinen messe ich zwischen dem 5V-Netz und GND einen 
Widerstand von etwa 33kOhm und zwischen 3.3V und GND 0Ohm. Ich vermute 
die 33kOhm kommen vom 3.3V LDO oder Ähnliches. Ich habe also irgendwo im 
3.3V-Netz einen Kurzschluss. Ich vermute einen der folgenden Fehler: 
Lötbrücke, falsches Bauteil, verpoltes Bauteil oder i.A. einen Fehler in 
meinem Schaltplan. Vielleicht findet jemand einen Fehler im Schaltplan?

Ich habe Mechatronik studiert und bin kein Elektronikexperte, für die 
Platine hat es aber bisher gereicht. Spätestens jetzt komme ich aber 
schnell an die Grenzen meiner Fähigkeiten. Ich stehe unter Zeitdruck, da 
ich so oder so die Platinen noch einmal überarbeiten und fertigen lassen 
(mind. 2-3 Wochen Lieferzeit), die Thesis fertig schreiben und 
selbstverständlich auch noch alles testen muss.

Hier noch einige Fotos der bestückten Platinen sowie meines Schaltplans 
(Zwei Seiten des Schaltplans fehlen, es sind allerdings nur weitere 
Motortreiber-Schaltungen!). Ich bin jedem über ein konstruktives 
Feedback unendlich dankbar! Gerne auch über Hinweise sonstiger 
Fehler/No-Gos. In erster Linie muss ich aber diesen Kurzschluss finden, 
sonst kann ich den Großteil der Platine nicht einmal testen.

Ich kann gerne auch noch weitere Informationen und auch das Eagle 
Projekt online stellen wenn das jemanden hilft.

Vielen Dank im Voraus!
VG, Stefan

PS: Die Platine ist mehr oder weniger ein Derivat eines Arduino Due mit 
SAM3X8E. Viele Teile der Schaltung habe ich von Arduino übernommen, dem 
einen oder anderen wird es also bekannt vorkommen!

: Verschoben durch Moderator
von Horst S. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sich mit einem Milliohmmeter an den tatsächlichen Kurzschluß auf der LP 
herantasten?

von Johannes S. (jojos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ist auch der 3,3 V LDO bestückt wie im Schaltplan? Die Dinger gibt es 
mit unterschiedlichen Pinbelegungen.

Und wenn irgendwo Leistung verbraten wird dann hilft eine 
Wärmebildkamera bei der Fehlersuche.

: Bearbeitet durch User
von Stefan W. (stefanokolos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Horst S: Gute Idee! Ich werde am Montag gleich auf die Suche gehen an 
der TU. Zusätzlich versuche ich eine Wärmebildkamera aufzutreiben, damit 
sollte die Stelle gut lokalisierbar sein.

@Johannes S: Der 3.3V LDO ist bestückt. Es ist ein NCP1117 von ON 
Semiconductor. Elecrow hat einige Teile gegen andere ausgetauscht (z.B. 
Dioden). Aber der NCP1117 ist davon (lt. BOM von Elecrow) nicht 
betroffen. Habe auch noch einmal die Pins überprüft, keine Fehler 
gefunden. Die Aufschrift auf dem LDO ist kaum lesbar, auf jeden Fall 
steht aber drauf:
- ON (für ON Semiconductor)
- 17-33
- NPW? Könnte aber auch RFW sein. Kann aber von ON Semiconductor kein 
anderes Produkt finden mit RFW oder NPW oder Ähnlichem.

Dank für die Unterstützung bis hierher.

PS: Zwei Pads liegen relativ nahe beieinander (3.3V und VDDOUT vom 
SAM3X8E). Ich messe zwischen beiden einen Widerstand von etwa 15kOhm 
(ich denke das ist der Widerstand vom Spannungswandler des SAM3X8E, 
1.8V). Meinem Beurteilungsvermögen liegt es also definitiv 
ausschließlich am 3.3V Netz.

: Bearbeitet durch User
von nicht"Gast" (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das geht auch mit einem normalen Multimeter und einer 
Konstantstromquelle.

Strom auf 1A stellen.
Ground zusammen mit dem Multimeter Ground auf die Platine klemmen( auf 
die Ground Leitung).
Plus zufallen mir der anderen Leitung von Multimeter am einen Tastkopf 
dran.

Jetzt auf der 3V3 Leitung auf die Suche gehen. Am der Stelle mit dem 
geringsten Spannugsabfall ist der Kurzschluss.

von nicht"Gast" (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kack Autokorrektur von Handy. Die Fehler bitte ignorieren

von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Pins der TQFP genau anschauen, eine Lötbrücke kann da schon mal 
auftreten.
Ich hatte mal Platinen (direkt vom Bestücker), da war ein Keramik-C 
(Block-C) gebrochen. Das ist u.U. nicht ohne Lupe/Mikroskop zu sehen. 
Die machen auch schöne Kurzschlüsse.
Ansonsten hilft

nicht"Gast" schrieb:
> Jetzt auf der 3V3 Leitung auf die Suche gehen. Am der Stelle mit dem
> geringsten Spannugsabfall ist der Kurzschluss.

von Kurzschluss (Gast)


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Hi

Wenn ich das richtig sehe, hast Du beim NCP1117 den Tab auch mit Masse 
Pin 1 verbunden, der ist aber gemäss Datenblatt Seite 1 mit Pin 2 
"Ausgang" verbunden. Somit hast Du da einen schönen Kurzschluss.

Gruss Sascha

von Karl (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kurzschluss schrieb:
> Wenn ich das richtig sehe, hast Du beim NCP1117 den Tab auch mit Masse
> Pin 1 verbunden, der ist aber gemäss Datenblatt Seite 1 mit Pin 2
> "Ausgang" verbunden.

Ja, das dürfte es sein. Viel Spass beim Wegflexen des Tab.

von Stefan W. (stefanokolos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Kurzschluss Sascha & Karl:
Mein Gott wie oft ich auf diese Stelle im Datenblatt gestarrt und den 
Satz "Heatsink tab is connected to Pin 2." wohl nie wahrgenommen habe. 
Allein heute habe ich mir das Ding schon mindestens 2 mal angesehen aber 
ich bin wohl mittlerweile zu blind in meinem eigenen Projekt.....
Vielen vielen vielen Dank für den Hinweis. Ich werde das Ding sobald wie 
möglich auslöten und erneut testen. Den TAB Anschluss zu erhitzen und 
vorsichtig mit einem kleinen Schraubenzieher anzuheben sollte doch 
funktionieren?! Ich hab den Anschluss zwar mit einigen Thermal Vias 
zugestopft aber ich bin optimistisch. Die Platine muss ich so oder so 
neu herstellen lassen, Hauptsache ich kriege das Ding irgendwie gelöst.

Danke noch mal an alle für die schnelle Lösung!!! Ich melde mich hier 
wieder sobald ich mehr weiß.

Viele Grüße, Stefan

von Jim M. (turboj)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Stefan W. schrieb:
> Den TAB Anschluss zu erhitzen und
> vorsichtig mit einem kleinen Schraubenzieher anzuheben sollte doch
> funktionieren?!

Wegflexen mit einem Dremel und kleiner Trennscheibe geht einfacher, 
auslöten ist wegen der relativ großen Wärmetransferkapazität deutlich 
schwieriger.

Man muss sich dann aber im Klaren sein dass die danach viel heisser 
werden.

von Jim M. (turboj)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was mit beim Durchsehen auch noch auffiel: Du hast zuviel Kapazität auf 
USB 5V. Da sind etliche 10µ hinter der Sicherung F4 (die IMO keine 
deutliche Wirkung im Ansteckmoment hat). Leider erlaubt die USB Spec nur 
insgesamt 10µ.

Da geht es vor allem um den Inrush beim Anstecken, den könnte man mit 
einer Drossel abfedern. Hinter der Drossel wäre die Kapazität dann egal.


Apropos USB: Ich sehe keinen Überspannungsschutz auf USB VBUS, der 
direkt an den ATSAM geht. Das ist -äh- mutig. Funktioniert im Labor 
hervorragend, aber sobalt jemand Anderes den USB Stecker anfässt können 
die Probleme anfangen.

von Kurzschluss (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich würde es auch mit dem Dremel und einem kleinen Fräser machen. Aber 
es kommt natürlich darauf an, wenn Du unter dem Tab auch Vias hast, 
funktioniert das nicht.
Dann würde ich das Ding mit Heissluft auslöten, sauber machen, ein Stück 
Kapton Band auf die Massefläche "unter den Tab" kleben und den Regler 
dann wieder Plan auflöten. Dann hast Du wenigstens noch ein wenig 
Wärmeübergabe an das Board.

Gruss Sascha

von Stefan W. (stefanokolos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Jim Meba: Ich habe den USB-Teil vom Due übernommen (siehe: 
https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-Due-schematic.pdf). Habe 
mir in dieser Hinsicht dann nicht mehr viele Gedanken gemacht. Ich habe 
noch nie eine Drossel ausgelegt, wie geht man da am besten vor? Gibt es 
Daumenregeln oder muss die genau berechnet werden? Mit der Drossel 
direkt hinter dem USB-Anschluss sollte auch der Überspannungsschutz 
gegessen sein?!

@Kurzschluss: Vias sind nicht direkt darunter aber gleich daneben. Ich 
werde es mit den Heißluftföhn und dem Kapton probieren oder alternativ 
das Ding senkrecht stellen und auf das Tab einen kleinen Kühlkörper 
kleben. Sieht nicht gut aus und hält nicht lange aber im Moment geht es 
für mich nur um's Validieren der Platine. Sie wird dann sowieso noch 
einmal gefertigt.

Danke soweit an allen die sich hier beteiligt haben. Über weitere 
Vorschläge würde ich mich freuen :-)

von Dirk S. (Firma: Messtechnik Mittelstand) (schabadu)


Bewertung
-11 lesenswert
nicht lesenswert
Und das stupide Zusammenklicken von Schaltungsfragmenten anderer 
Entwickler, ohne diese zu verstehen, und ohne die Fähigkeit 
Fehlersuchstrategien anzuwenden, reicht heutzutage für nen Master?
Armes Deutschland!!!

Das ist leider nur Bastlerniveau.

von Stefan W. (stefanokolos)


Bewertung
6 lesenswert
nicht lesenswert
Ohne zu wissen, um was es bei Arbeit geht und wie viel Prozent der 
Arbeit die Platine ausmacht reicht für den Kommentar? Danke für den 
qualitativen Beitrag.
Wie beschrieben studiere ich Mechatronik. Klar wird jeder 
Elektrotechniker besser in Elektronik sein, jeder Maschinenbauer besser 
im Konstruieren und jeder Informatiker besser im Programmieren. Ich 
kenne aber auch niemanden der am Ende seines Masters alle drei 
Disziplinen zu deiner Zufriedenheit beherrscht. Ich habe mir fast alles 
bis zu dieser Platine selbst beigebracht, im Studium wurde das nur kurz 
behandelt - die geht sicherlich besser, keine Frage.

von Jan L. (ranzcopter)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Trinamic-Treiber, nett :) Ist das Board verwandt oder verschwägert mit 
dem Smoothieboard, oder was komplett eigenes (eigene Software)?

von Dirk S. (Firma: Messtechnik Mittelstand) (schabadu)


Bewertung
-5 lesenswert
nicht lesenswert
Stefan W. schrieb:
> Wie beschrieben studiere ich Mechatronik.
> im Studium wurde das nur kurz behandelt

Hättest Du ne Lehre gemacht würde ich dir gratulieren.
Aber Du studierst auf Master! Und in einem Studium bekommt man nix 
beigebracht, sondern wird angeleitet sich selber etwas anzueignen.
Wie willst Du deine Masterarbeit eigentlich verteidigen? Oder reicht es 
den Text noch mal vorzulesen?

: Bearbeitet durch User
von Roy H. (roy01)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielleicht auch etwas zu spät angefangen bei einem Projekt mit dem 
Umfang.

Ohne jetzt die ganze Schaltung und Bilder durchgekäpft zu haben mal paar 
Ideen.

- einfach mal die Hand auflegen und während der Stromaufnahme 
(kurzzeitig) auf Wärme fühlen.
- Spannungsregler mal auslöten und danach 3,3V einspeisen.
- Unbestückte Platine auf Kurzschluss Prüfen

Kann immer auch ein Schaltplan Fehler sein, indem Bauteile falsche 
Pinbelegung haben.

Die Platine sieht schon schick aus, das kann man ruhig mal sagen.
Viel Erfolg!

von Nico W. (nico_w)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jan L. schrieb:
> Trinamic-Treiber, nett :) Ist das Board verwandt oder verschwägert mit
> dem Smoothieboard, oder was komplett eigenes (eigene Software)?

Sieht eher ähnlich dem Duet aus.

https://www.duet3d.com/

Smoothie nutzt nen LPC.

von Stefan W. (stefanokolos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Roy H: Etwas spät angefangen würde ich nicht unbedingt sagen. Aber es 
ist definitiv viel Arbeit sich einzuarbeiten! Ich habe auch nicht 
stupide Schaltungsteile zusammenkopiert sondern mir meine Gedanken 
darüber gemacht und viele Schaltungen auch selbst berechnet. Natürlich 
habe ich das Rad nicht neu erfunden und mich am Arduino Due orientiert. 
Das heißt aber nicht, dass ich mir das SAM3X Datenblatt und die Atmel 
Design-Rules nie angesehen hätte. An einigen Stellen habe ich 
Abänderungen vorgenommen.
Es liegt auf jeden Fall definitiv am NCP1117. Mir war auch schon 
aufgefallen, dass der ziemlich warm wird aber ich dachte der Kurzschluss 
tritt an einer nachfolgenden Schaltung auf. Ich werde das morgen sobald 
ich entsprechende Mittel zur Verfügung habe auslöten und testen. Danke 
für deine Mühe!

@Jan & Nico: Ich habe das Board im Kontext der Anforderungen des 
TU-Projektes entwickelt. Ich habe mir dafür einige andere Boards und den 
Due angesehen und gute Ideen übernommen. Ich kenne aber kein anderes 
Board mit diesem Aufbau. J. Prusa hatte von den TMC2130 geschwärmt und 
ich war von den Specs auch sofort überzeugt. Ich bin gespannt welchen 
Unterschied die TMC2130 gegenüber herkömmlichen Treibern bemerkt.
Da wir Repetier als Firmware benutzen wollte ich kein Fass aufmachen und 
habe den SAM3X8E verwendet (der wird unterstützt von Repetier). 
Ansonsten wären viele Anpassungen in der Software nötig gewesen. Das 
Board wäre für den normalen Bastler nicht universal genug, es ist 
speziell auf unseren Drucker angepasst. Beispielsweise kann auf die 
Buchsenleiste ein Raspberry Pi aufgesteckt werden, auf dem 
Repetier-Server läuft. Vieles was im Schaltplan unlogisch erscheint 
(vorallem hinsichtlich Buchsen und Stecker) wurde bewusst so umgesetzt.

von Roy H. (roy01)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Niemand kann das Rad neu erfinden.
Schon gar nicht in der Elektronik!

Datenblätter und Design-Rules sind dafür da, genutzt zu werden.
Viel Erfolg bei der Fehlersuche.

von A. K. (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich persönlich würde den Prototyp selbst löten und nicht bestücken 
lassen.An deiner Uni habt ihr sicherlich ein Labor welches du benutzten 
darfst.Sonnst würd ich meine Protos nicht bei Elecrow bestellen,wenn 
China dann Express Versand oder halt ein deutscher Hersteller(Leiton)
Wenn das in deinem Budget drinn ist würd ich das ausnutzen.
LG und viel Glück

von Karl (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja aber: Warum?

Ich mein, es gibt doch nun zig Boards für 3D-Drucker, da muss man doch 
nicht selbst noch eins mehr erfinden. Die Zeit hätte man besser in 
Optimierung der Software oder des mechanischen Aufbaus gesteckt.

Und btw, ich halte die Idee, die Schrittmotortreiber als steckbare 
Module auszuführen für gar nicht so dumm. Denn wenn Du einen Treiber 
schrottest, kannst Du die Platine weghauen, runterlöten macht da sicher 
keinen Spass.

von Nico W. (nico_w)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mit den TMC2130 hab ich auch schon gespielt. Das wird dir sicher auch 
noch ein paar Nerven kosten. Das ist kein anmachen und los gehts.


In Marlin werden die afaik mit angesteuert. Weiß aber nicht ob die 
Library auch beim Due geht.


Ich habe die vor über nem Jahr mal auf meinem Nucleo drauf gepackt. 
Wobei der Mehraufwand zu den TMC2100 den man machen muss kaum lohnt. 
Höchsten das man den Strom über SPI einstellen kann und in dem Bereich 
noch ein paar Features.


Als Endstops gehen die nur sehr grob.

von Marc H. (marchorby)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Poste doch mal die Boardfiles! So lässt sich der Leitungsweg leichter 
verfolgen!

von Sven B. (scummos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dirk S. schrieb:
> Und das stupide Zusammenklicken von Schaltungsfragmenten anderer
> Entwickler, ohne diese zu verstehen, und ohne die Fähigkeit
> Fehlersuchstrategien anzuwenden, reicht heutzutage für nen Master?
> Armes Deutschland!!!
>
> Das ist leider nur Bastlerniveau.

Ach, halt die Klappe, Mister "ich kann alles besser". Was soll dieser 
Schwachsinn? Schreib doch einen Thread wo du dein eigenes Projekt 
vorstellst statt hier rumzutönen. Idiot.

--

Evtl. kannst du den Heatsink nebendran mit dem Cuttermesser vom Rail 
trennen? Wenn es durch Vias mit einer mittleren Lage verbunden ist, geht 
das natürlich nicht, aber ich kenne ja dein Layout nicht ...

Ansonsten hilft dir sicher eine Heißluftstation sehr, es gibt da diese 
858D+ für nur 40 Euro ...

von Marco H. (damarco)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Auch schon komisch das man Teile von seinen Schaltungen nicht überprüft. 
Also gerade die Berechnung der Spannungsversorgung etc. Eigentlich prüft 
man die Spannungsversorgung peinlich genau, bevor man Spannung anlegt 
;).

Das Layout für die Treiber ist nicht so einfach, da wird sich dann 
zeigen wie solide die Spannungsversorgung ist.

von Stefan W. (stefanokolos)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So die Antwort kommt reichlich spät aber hier ein kurzes Feedback zum 
aktuellen Stand:

Der Kurzschluss ist behoben und lag ausschließlich am NCP1117. Ich habe 
den Anschluss mit einem Dremel entfernt, das ging wunderbar. Da die 
restlichen Teile nicht viel Strom ziehen ist auch keine Heatsink oder 
Ähnliches nötig.

Der USB-Bus funktioniert nur sporadisch. Aktuell benutze ich den 16U2 
eines Arduino Due um meinen SAM3X zu flashen. Ich habe aber schon eine 
Vermutung woran es liegt.

Alle Spannungswandler arbeiten stabil, ich konnte kaum eine 
Rippelspannung messen. Das Rauschen überwiegt überwiegt in diesem Fall.

Die MOSFET-Schaltungen konnte ich noch nicht testen, da ich 
versehentlich einen LOW-side und keinen HIGH-side Treiber ausgewählt 
habe....

Die TMC2130-Motortreiber funktionieren mittlerweile auch. Deren 
Inbetriebnahme hat zwar etwas gedauert aber sie sind es Wert. 
Hinsichtlich der Lautstärke und Performance merkt man definitiv einen 
Unterschied zu anderen Standard-Treibern.

Danke noch mal für eure Hilfe!

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.