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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik EMV-Test DC/DC - Verbesserungsvorschläge gesucht


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.
Autor: Martin J. (martin-j)
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Moin zusammen,

ich war mit meinem MPPT Laderegler (buck converter) im EMV-Labor und 
hatte leider zu hohe Werte für die Abstrahlung (alle anderen Tests waren 
OK).

Angehängt die Messergebnisse (Sollwert Quasi-Peak nach EN 55014-1: 42-35 
dBuV/m von 30-230 MHz und 42 dBuV/m von 230-1000 MHz).

Habe nach möglichen Ursachen im Platinen-Layout gesucht, die ich 
ebenfalls in angehängtem Dokument (mppt_emv_analyse.pdf) beschrieben 
habe. Es wird wohl am Leistungsteil liegen, denn wenn der ausgeschaltet 
ist, ist alles ruhig.

Es wäre großartig, wenn ihr mir ein paar Tipps geben könnt, wie das 
Layout verbessert werden kann. Aus Kostengründen würde ich gern bei der 
2-lagigen Platine bleiben.

Ist ein Open Hardware Projekt, deshalb gibt es bei Bedarf auch weitere 
Daten bei Github: https://github.com/LibreSolar/MPPT-Charger_20A

Viele Grüße

Martin

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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Bei der Frequenz tippe ich, dass du die Schaltflanke der Transistoren 
siehst. Mit 3,3 Ohm an der Gate ist der Vorwiderstand recht klein. 
Kannst du diesen etwas vergrößern, ohne, dass die Verlustleistung 
deutlich steigt?

Autor: oszi40 (Gast)
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Martin J. schrieb:
> Es wird wohl am Leistungsteil liegen, denn wenn der ausgeschaltet
> ist, ist alles ruhig.

Dann würde ich mal in diesem Bereich suchen. 200MHz sind etwa 3 
Windungen Draht. Stell mal nich ein paar Fotos rein von der Rückseite.

Autor: Hannes B. (Gast)
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Und das ist die Software die während des Tests darauf lief?
https://github.com/LibreSolar/MPPT-Charger_Software

Autor: Martin J. (martin-j)
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Kevin K. schrieb:
> Bei der Frequenz tippe ich, dass du die Schaltflanke der Transistoren
> siehst. Mit 3,3 Ohm an der Gate ist der Vorwiderstand recht klein.
> Kannst du diesen etwas vergrößern, ohne, dass die Verlustleistung
> deutlich steigt?

War auch meine erste Vermutung und habe noch direkt im EMV-Labor R10 auf 
5.1 Ohm vergrößert, womit das Einschalten des HS FETs verlangsamt wird. 
Hat quasi keinen Unterschied gemacht.

Ich hatte gehofft, dass ich zu Hause mit dem Spectrum Analyzer und den 
Hameg HZ540 Nahfeldsonden die Ergebnisse einigermaßen reproduzieren kann 
und dann ein bisschen experimentieren kann. Allerdings haben meine 
Messungen leider nicht im Entferntesten etwas mit der Messung aus dem 
EMV-Labor zu tun. Kann nicht mal genau die gleichen Frequenzen 
identifizieren...

Autor: Mark S. (voltwide)
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Martin J. schrieb:
> Ich hatte gehofft, dass ich zu Hause mit dem Spectrum Analyzer und den
> Hameg HZ540 Nahfeldsonden die Ergebnisse einigermaßen reproduzieren kann
> und dann ein bisschen experimentieren kann. Allerdings haben meine
> Messungen leider nicht im Entferntesten etwas mit der Messung aus dem
> EMV-Labor zu tun. Kann nicht mal genau die gleichen Frequenzen
> identifizieren...

Das ist mir schon genauso ergangen.
In diesem Falle kann es sein, dass die angeschlossenen Leitungen im 
Labor andere Längen / Eigenresonanzen aufwiesen als beim Test zu Hause.

Zuerst mußt Du im Labor den worst-case-Fall bestimmen, das ist 
normalerweise der Fall maximaler Last. Bei Dir also eher 20A statt 3A.
Und es ist zu klären, ob Dein Wandler EMV-mäßig als Class-A oder Class-B 
Gerät zu behandeln ist.

Bei Frequenzen um die 100MHz hast Du eine Chance durch Verdrosselung 
sämtlicher KabelAnschlüsse mit passenden Ferriten das Ganze zu bändigen.
Und da dies mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Gleichtaktstörung ist, 
wäre es am besten, alle Leitungen zusammen durch einen gemeinsamen 
Ferrit zu ziehen.
So etwas kann man auch schon im Labor untersuchen mit Klappferriten auf 
den verschienden Zuleitungen (möglichst nah am Prüfling aufsetzen).

Besser wäre es natürlich, die Störung an der Ursache zu beheben. Anreger 
können hart schaltende MOSFETs sein, aber auch, und das wird leicht 
übersehen, hart kommutierende Gleichrichter Dioden im kontinuierlichen 
Betrieb des Schaltwandlers.

Du kannst mal versuchen, im Layout Strukturen zu finden, wo die 
Eigenresonanz aus Leitungsinduktivität und Parallelkapazität des 
abgeschalteten MOSFETS/Gleichrichters in die Gegend von 100MHz fällt.

Suchen würde ich so etwas mit dem Specki und einer H-Feld-Sonde.

Hab jetzt nicht die Muße, mir Dein Projekt mit KiCAD zu betrachten,
deshalb wäre ein Schaltplan hilfreich.
Sofern der Wandler diskontiniuierlich bei kleiner Leistung und 
kontinuierlich bei größer Leistung arbeitet, wäre es mal interessant ob 
im Übergangsbereich sich die EMV-Signatur merkbar ändert. Und falls ja, 
dann ist der (Synchron-)Gleichrichter näher zu betrachten.

: Bearbeitet durch User
Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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Martin J. schrieb:
> Kevin K. schrieb:
>> Bei der Frequenz tippe ich, dass du die Schaltflanke der Transistoren
>> siehst. Mit 3,3 Ohm an der Gate ist der Vorwiderstand recht klein.
>> Kannst du diesen etwas vergrößern, ohne, dass die Verlustleistung
>> deutlich steigt?
>
> War auch meine erste Vermutung und habe noch direkt im EMV-Labor R10 auf
> 5.1 Ohm vergrößert, womit das Einschalten des HS FETs verlangsamt wird.
> Hat quasi keinen Unterschied gemacht.
>
Versuch mal eher so 47 Ohm

Autor: Joggel E. (jetztnicht)
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> Das ist mir schon genauso ergangen.
In diesem Falle kann es sein, dass die angeschlossenen Leitungen im
Labor andere Längen / Eigenresonanzen aufwiesen als beim Test zu Hause.

Eigenresonanzen von und mit Kabeln ... Uuiiiii. Da fehlt dann noch 
Einiges. Auf Kabeln duerfen solche Signale erst gar nicht drauf sein.
Also ein paar Ferrite, Caps, und Gleichtaktdrossen reinschmeissen. Die 
muessen natuerlich fuer den verseuchten Frequenzbereich passen. Also 
nicht die kHz, sondern die MHz.

Allerdings, wenn man die kHz an der Quelle wegmacht, sind auch die MHz 
weg. Also schaltende FET slewrate-limiten. Heisst langsamer schalten 
lassen, mit mehr Gate Vorwiderstand.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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Mist, da war das Editieren zu langsam:
Verbaue auf möglichst kurzem Wege am Ausgang noch Keramikkondensatoren 
wie z.B. 1x 100 nF, 1x 1 µF und 5x 10 µF. Der 820 µF-Elko ist im Bereich 
der Schaltflanken kaum wirksam. Am Eingang kannst du vergleichbar noch 
verschiedene kerkos zufügen. Google mal nach "power distribution 
network".

Autor: Martin J. (martin-j)
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oszi40 schrieb:
> Dann würde ich mal in diesem Bereich suchen. 200MHz sind etwa 3
> Windungen Draht. Stell mal nich ein paar Fotos rein von der Rückseite.

Anbei ein Foto der Rückseite hinter den Klemmen. Das Layout des bottom 
layers ist im PDF auf Seite 3 dargestellt.

Was meinst du mit 3 Windungen Draht?


Hannes B. schrieb:
> Und das ist die Software die während des Tests darauf lief?
> https://github.com/LibreSolar/MPPT-Charger_Software

Ja genau. Schaltfrequenz ist übrigens 70 kHz, falls das die Frage war.


Mark S. schrieb:
> Zuerst mußt Du im Labor den worst-case-Fall bestimmen, das ist
> normalerweise der Fall maximaler Last. Bei Dir also eher 20A statt 3A.
> Und es ist zu klären, ob Dein Wandler EMV-mäßig als Class-A oder Class-B
> Gerät zu behandeln ist.

Ja, aber eine 3A Last ließ sich noch ganz gut passiv mit einem 
Widerstand darstellen. Wenn es da schon viel zu viel ist, wird es bei 
20A sicherlich nicht besser, habe ich mir gedacht.

> Bei Frequenzen um die 100MHz hast Du eine Chance durch Verdrosselung
> sämtlicher KabelAnschlüsse mit passenden Ferriten das Ganze zu bändigen.
> Und da dies mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Gleichtaktstörung ist,
> wäre es am besten, alle Leitungen zusammen durch einen gemeinsamen
> Ferrit zu ziehen.
> So etwas kann man auch schon im Labor untersuchen mit Klappferriten auf
> den verschienden Zuleitungen (möglichst nah am Prüfling aufsetzen).

Klappferrite kommen eigentlich nicht in Frage, da man beliebige 
Batterien und Solarzellen anschließen können soll. Den will ich nicht 
mit fertigem Kabel + Ferrit ausliefern.

> Besser wäre es natürlich, die Störung an der Ursache zu beheben. Anreger
> können hart schaltende MOSFETs sein, aber auch, und das wird leicht
> übersehen, hart kommutierende Gleichrichter Dioden im kontinuierlichen
> Betrieb des Schaltwandlers.

Könnte da eine Schottky-Diode parallel zur Body-Diode des LS MOSFET 
helfen für die Phase, in der der LS MOSFET noch nicht durchgeschaltet 
ist?

> Du kannst mal versuchen, im Layout Strukturen zu finden, wo die
> Eigenresonanz aus Leitungsinduktivität und Parallelkapazität des
> abgeschalteten MOSFETS/Gleichrichters in die Gegend von 100MHz fällt.
>
> Suchen würde ich so etwas mit dem Specki und einer H-Feld-Sonde.

Warum 100 MHz?

> Hab jetzt nicht die Muße, mir Dein Projekt mit KiCAD zu betrachten,
> deshalb wäre ein Schaltplan hilfreich.
> Sofern der Wandler diskontiniuierlich bei kleiner Leistung und
> kontinuierlich bei größer Leistung arbeitet, wäre es mal interessant ob
> im Übergangsbereich sich die EMV-Signatur merkbar ändert. Und falls ja,
> dann ist der (Synchron-)Gleichrichter näher zu betrachten.

Sehr interessante Idee. Bleibe allerdings bisher auch bei niedrigen 
Lasten im Synchron-Betrieb. Die Stromrichtungs-Umkehr in der Drossel 
bein niedrigen Lasten dürfte egal sein, oder?

Der Schaltplan ist übrigens im ersten Beitrag angehängt. (PDF öffnen und 
nicht nur die Vorschau)

Autor: Stephan C. (stephan_c)
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Wozu ist denn der MOSFET Q2 da?

Autor: Martin J. (martin-j)
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Oops, Foto der Rückseite vergessen.

Noch ein Nachtrag zur Software: Der MPPT-Algorithmus war während des 
Tests ausgeschaltet und der PWM Duty Cycle fix vorgegeben.

Die Leitungsgebundenen Störungen am Ausgang waren eigentlich in Ordnung. 
Max. 56 dBuV bis ca. 1 MHz. (erlaubt: >60 dBuV am DC power port)

Stephan C. schrieb:
> Wozu ist denn der MOSFET Q2 da?

Das ist der effizientere Ersatz für die sonst übliche reverse blocking 
diode in Solar-Ladereglern. Verhindert, dass in der Nacht die Batterie 
über das angeschlossene Solar-Panel entladen wird.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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Vorab: wie wird das Ganze am Ende verbaut? Alles in eein Stahlgehäuse, 
weiß man nicht, ...?
> Mark S. schrieb:
>> Zuerst mußt Du im Labor den worst-case-Fall bestimmen, das ist
>> normalerweise der Fall maximaler Last. Bei Dir also eher 20A statt 3A.
>> Und es ist zu klären, ob Dein Wandler EMV-mäßig als Class-A oder Class-B
>> Gerät zu behandeln ist.
>
> Ja, aber eine 3A Last ließ sich noch ganz gut passiv mit einem
> Widerstand darstellen. Wenn es da schon viel zu viel ist, wird es bei
> 20A sicherlich nicht besser, habe ich mir gedacht.
ja, du möchtest aber bei 20 A konform sein. Daher solltest du auch von 
Anfang an wissen, wie sich dein Aufbau bei 20 A verhält und nicht es bei 
3 A konform bekommen um dann bei 20 A durchzufallen und wieder komplett 
neu anzufangen.

Autor: Joggel E. (jetztnicht)
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>Es wäre großartig, wenn ihr mir ein paar Tipps geben könnt, wie das
Layout verbessert werden kann. Aus Kostengründen würde ich gern bei der
2-lagigen Platine bleiben.

Kostengruenden ? Welche Kostengruende ? 5 Mal den EMV Test machen zu 
muessen ? Fuer dieses Geld gibt es einige Leiterplatten.

Mir scheinen saemtliche ueblichen Filtermassnahmen zu fehlen. 
Filtergeschichten benoetigen grad nochmals soviel Platz und Kosten wie 
das urspruengliche Design.

Autor: Harlekin (Gast)
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Interessante fände ich die Messung bei ausgeschaltetem Microcontroller 
und Display. Dann könnte man sehen, ob der Leistungsteil als Verstärker 
für jene Störungen fungiert.

Autor: MiWi (Gast)
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Martin J. schrieb:
> Moin zusammen,
>
> ich war mit meinem MPPT Laderegler (buck converter) im EMV-Labor und
> hatte leider zu hohe Werte für die Abstrahlung (alle anderen Tests waren
> OK).
>
> Angehängt die Messergebnisse (Sollwert Quasi-Peak nach EN 55014-1: 42-35
> dBuV/m von 30-230 MHz und 42 dBuV/m von 230-1000 MHz).
>
> Habe nach möglichen Ursachen im Platinen-Layout gesucht, die ich
> ebenfalls in angehängtem Dokument (mppt_emv_analyse.pdf) beschrieben
> habe. Es wird wohl am Leistungsteil liegen, denn wenn der ausgeschaltet
> ist, ist alles ruhig.
>
> Es wäre großartig, wenn ihr mir ein paar Tipps geben könnt, wie das
> Layout verbessert werden kann. Aus Kostengründen würde ich gern bei der
> 2-lagigen Platine bleiben.

Ich würd den ganzen "Schaltzirkus" mit Ferriten hf-mäßig nach draußen 
abkoppeln, die Elkos sind in dem Bereich eh schon blind und Kerkos 
aleine  schaffen das auch nicht.

Bei der Leistung brauchst Du einerseits schnelle Schaltflanken damit die 
FETs kühl bleiben. Andrerseits schwingt Dir da irgendwas ganz heftig 
herum, angeregt durch die steilen Flanken.

Du mußt auch darauf achten, das die Elkogehäuse selber kapazitiv 
weiterkoppeln. Also weg mit denen vom Switchingnode, ein Ferrit zwischen 
die Elkos und den FETs - und diesen Knoten FET/Ferrit mit Kerkos 
abkoppeln. Die Elkos sehen die Schaltfrequenzen eh nicht.


die Kopplung zw. Switchingnode und Ausgang der Speicherdossel ist auch 
kapazitiv verkoppelt - und es sind keine Kerkos da, die den ausgang 
massiv nach GND entkoppeln. C5 ist komplett verloren und spielt für die 
hf keinerlei Rolle.
Die ganze Schräge von R7 zum OpenHardwaresymbol gehört mit Kerkos 
zugepflastert. Bei R7 beginnst du mit 1n/50V und beim Openhardwaresymbol 
endest Du mit 10u/50V. Obacht vor dem Spannungsderating der Kerkos!

Zwischen dieser Kerkoabteilung und C5 setzt Du einen Ferrit. Und dann 
nochmals 10u/50v-Kerkos und dann der Elko.

Abgesehen davon sitzt C5 an der vollkommen falschen Stelle, Du hast so 
keine Kontrolle über den Strom in der Brücke. Und dadurch, das R6 den 
-Pol der Batterie von GND abhebt wird das dann lustig wenn da was 
herumgeklemmt wird.

R5 gehört zwischen Q4/S und GND. diese Spannung läßt sich mit einem 
invertierenden Verstärker (der interessante Bereich des Messsignals ist 
ja negativ gegenüber GND) sehr bequem in den 3V3-Bereich heben und 70kHz 
sind zb. mit einem OPA365 nun wirklich kein Bandbreiteproblem, selbst 
bei einer ansprechenden Verstärkung.

Von Q1/D unmittelbar(!) auf Q4/S einen Kerko, 100n/50V oder so, je mehr 
desto besser, 1206 oder ähnlich

Das mit dem 2 Lagen-Layout: sportlich sportlich. Die Mehrkosten eines 
4-Lagen-Layouts sind nicht so dramatisch und helfen sehr, die Schleifen 
klein und kompakt zu halten GND ist... nun ja... gelinde gesagt 
furchtbar.


Wo bist Du daheim? Wenn in AT/OÖ oder SBG/Flachgau melde dich mal...


MiWi

Autor: oszi40 (Gast)
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Martin J. schrieb:
> Allerdings haben meine
> Messungen leider nicht im Entferntesten etwas mit der Messung aus dem
> EMV-Labor zu tun. Kann nicht mal genau die gleichen Frequenzen
> identifizieren...

Um ähnliche Verhältnisse zu erzeugen, solltest Du auch die gleichen 
Kabelanordnungen und Längen haben. Dann abblocken und Ferrit. Vom Design 
her gibt es sicher noch einiges zu optimieren, aber erst mal mit wenig 
Aufwand abblocken ...

Autor: Stephan C. (stephan_c)
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Martin J. schrieb:
> Stephan C. schrieb:
>> Wozu ist denn der MOSFET Q2 da?
>
> Das ist der effizientere Ersatz für die sonst übliche reverse blocking
> diode in Solar-Ladereglern. Verhindert, dass in der Nacht die Batterie
> über das angeschlossene Solar-Panel entladen wird.

Ist das so üblich? Da wird dir ja auch in jedem Schaltvorgang die Masse 
weggeschaltet.


Sind C8, C3 und C4 auch 50V Typen?

Im Datenblatt zum LM5107 auf Seite 12 ist eine Beispielschaltung und da 
ist kein Snubber, sondern nur ein Boostkondensator zwischen dem 
Switch-Node und dem HB-Pin. Außerdem ist noch jeweils ein Kondensator 
zwischen dem Ausgang und der Drain/Source der MOSFETs. An dem 
Versorgungspin hängt dort auch nur ein 470nF Kondensator.

: Bearbeitet durch User
Autor: Mark S. (voltwide)
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Martin J. schrieb:
> Warum 100 MHz?

Hatte da nur mal so grob hingeschaut - gemeint sind natürlich die beiden 
Maxima bei 153/223MHz.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Martin J. schrieb:
> Die Stromrichtungs-Umkehr in der Drossel
> bein niedrigen Lasten dürfte egal sein, oder?

Genau darum ging es mir - hier findet ein Sprung in der Betriebsart 
statt.
Im kontinuierlichen Betrieb wird der Gleichrichter "zwangskommutiert", 
d.h. hart abgeschaltet. Die hierbei entstehenden Störungen hängen stark 
vom Abschaltverhalten des Gleichrichters (hard/soft recovery) ab.

Autor: Martin J. (martin-j)
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@MiWi:

Wie kann ich denn an den vorgeschlagenen Stellen überall Ferrite 
einbauen? Gibt es die mit 20A? Die größten SMD-Ferrite bei Würth können 
"sehr hohe Ströme" von 6A. In den kommerziell erhältlichen MPPTs, die 
ich mal auseinandergebaut habe, habe ich keinen einzigen Ferrit gesehen.

> Von Q1/D unmittelbar(!) auf Q4/S einen Kerko, 100n/50V oder so, je mehr
> desto besser, 1206 oder ähnlich

Da sind doch unmittelbar zwei 1210er 4.7u Kerkos (100V übrigens, da bis 
zu 55V Eingangsspannung). Hatte in den Datenblätten bei Murata gesehen, 
dass der ESR von kleineren Kerkos (auch bei höheren Frequenzen) 
schlechter war als der des verwendeten GRJ32DC72A475KE11L, deshalb 
sollten sie eigentlich keine weitere Verbesserung bringen.

> Wo bist Du daheim? Wenn in AT/OÖ oder SBG/Flachgau melde dich mal...

Wohne leider sehr weit weg... Norddeutschland. Aber danke!

Stephan C. schrieb:
> Martin J. schrieb:
>> Stephan C. schrieb:
>>> Wozu ist denn der MOSFET Q2 da?
>>
>> Das ist der effizientere Ersatz für die sonst übliche reverse blocking
>> diode in Solar-Ladereglern. Verhindert, dass in der Nacht die Batterie
>> über das angeschlossene Solar-Panel entladen wird.
>
> Ist das so üblich? Da wird dir ja auch in jedem Schaltvorgang die Masse
> weggeschaltet.

Nein, denn der Pull-down ist so schwach, dass die Gate-Kapazität reicht, 
um ihn bei 70 kHz an zu lassen. Geht erst aus, wenn die H-Brücke aufhört 
zu schalten.

> Sind C8, C3 und C4 auch 50V Typen?

Nein, 100V. Deswegen sind die auch nicht so ganz preiswert mit großen 
Kapazitäten.

> Im Datenblatt zum LM5107 auf Seite 12 ist eine Beispielschaltung und da
> ist kein Snubber, sondern nur ein Boostkondensator zwischen dem
> Switch-Node und dem HB-Pin. Außerdem ist noch jeweils ein Kondensator
> zwischen dem Ausgang und der Drain/Source der MOSFETs. An dem
> Versorgungspin hängt dort auch nur ein 470nF Kondensator.

Oops, hatte bei mir auf der Festplatte noch ein viel älteres Datenblatt 
ohne die Beispielschaltung. Mehr Kapazität am Versorgungspin sollte aber 
wohl nicht schaden. Der Widerstand am Boostkondensator soll gerade dazu 
da sein, beim Einschalten die Flankensteilheit zu verringern, siehe 
folgende AppNote: http://www.ti.com/lit/an/slyt465/slyt465.pdf

Autor: Jürgen Wissenwasser (Gast)
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Ein etwas exotischerer Grund kann die Verpolung (bitte nicht lachen) der 
Induktivitäten sein:
Wenn die außenseitigen Windungen am Switch Node anliegen, kann diese 
Seite quasi zu "strahlen" beginnen. Deshalb gibt es da bei einigen 
Herstellern auch Markierungen an den Drosseln. Diese Seite sollte 
(zumindest bei Würth) an die schaltende Seite angeschlossen werden.

Zusätzlich noch die Frage, ob die Drossel geschirmt oder ungeschirmt 
ist.

Das oben Gesagte gilt übrigens nicht nur für die große Drossel, sondern 
auch für den kleinen 10V-Konverter.

Dazu übrigens auch Würth-Lehrvideos (das ab Minute 30):
Youtube-Video "Würth Elektronik Webinar: Wie wähle ich die Induktivität für ein DC/DC-Schaltreglerdesign aus?"
Youtube-Video "Würth Elektronik Webinar: Wie löse ich EMV-Probleme auf Platinenebene?"

Autor: Julian B. (julinho)
Datum:

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Martin J. schrieb:
> Allerdings haben meine
> Messungen leider nicht im Entferntesten etwas mit der Messung aus dem
> EMV-Labor zu tun. Kann nicht mal genau die gleichen Frequenzen
> identifizieren...

Die Frequenz der Störungen hängt auch vom Duty-Cycle ab, nicht nur von 
der Schaltfrequenz.

: Bearbeitet durch User
Autor: Philip S. (Firma: ueberblick industries) (ueberblick)
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Wenn es hilft, kannst Du das Teil gerne mal bei mir in die open TEM Cell 
legen. Da bekommen wir zwar keine kalibrierten Absolutwerte heraus, für 
einen Überblick, ob eine Maßnahme gewirkt hat reicht es meist. Standort 
HH-Hammerbrook.

Beitrag #5410647 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: mecanicnomam (Gast)
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Julian B. schrieb:
> Die Frequenz der Störungen hängt auch vom Duty-Cycle ab,
> nicht nur von der Schaltfrequenz.

Bitte: Wie genau (oder zumindest ungefähr)? Rein aus Interesse.

Autor: Julian Baugatz (Gast)
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Bei der Fourier-Analyse von einem symmetrischen Rechtecksignal kommt was 
anderes heraus, als bei einem unsymmetrischen, und damit auch andere 
Oberwellen. Deswegen kann auch das Rastverhältnis einen Einfluss haben.

Autor: Mark S. (voltwide)
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Theoretisch wohl richtig, praktisch aber wenig hilfreich.
Bei Störungen oberhalb 100MHz interessieren eher die Flankensteilheiten 
dU/dt und vor allem di/dt.

Autor: bla (Gast)
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mecanicnomam schrieb:
> Bitte: Wie genau (oder zumindest ungefähr)? Rein aus Interesse.

Ich vermute, er meint dass sich die Gewichtung der ganzzahligen 
Vielfachen der Grundfrequenz ändert, nicht dass neue Frequenzen 
erscheinen.

Zur Veranschaulichung ein Plot im Anhang, das Spektrum eines 
Rechteckssignals mit 1ns Flankensteilheit mit vier verschiedenen Duty 
Cycles. Wie du siehst sind die Störungen in den höherren Frequenzen umso 
höher, je niedriger der DC ist. Für die andere Richtung (DC gegen 1) 
gilt natürlich das selbe.

Autor: Julian Baugatz (Gast)
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bla schrieb:
> Ich vermute, er meint dass sich die Gewichtung der ganzzahligen
> Vielfachen der Grundfrequenz ändert, nicht dass neue Frequenzen
> erscheinen.

Genau das.
Und wenn beim EMV Test der Duty-Cycle anders ist, weil zum Beispiel der 
Akku voller oder leerer ist, ändert sich aus das Ergebnis.
Als Abhilfe könnte man den Dyty-Cycle fixieren, um vergleichbare 
Ergebnisse zu haben.

Autor: Uwe M. (uwe_mettmann)
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Martin J. schrieb:
> Angehängt die Messergebnisse (Sollwert Quasi-Peak nach EN 55014-1: 42-35
> dBuV/m von 30-230 MHz und 42 dBuV/m von 230-1000 MHz).

Ich weiß ja nicht, ob die EN 55014-1 die richtige Norm für das Produkt 
ist. Wenn du aber diese Norm heranziehst, ist es vielleicht sinnvoll 
nicht die Feldstärke sondern die Störleistung zu messen. Dieses 
alternative Messverfahren ist zulässig, wenn dein Gerät nicht 
batterieversorgt ist und ergibt häufig günstigere Ergebnisse.

Wichtig ist dann allerdings, dass du in der Konformitätserklärung 
angibst, dass du dieses Messverfahren verwendet hast. Im Rahmen einer 
Marktüberwachung des Gerätes wird dann das selbe Verfahren verwendet.


Martin J. schrieb:
> Ich hatte gehofft, dass ich zu Hause mit dem Spectrum Analyzer und den
> Hameg HZ540 Nahfeldsonden die Ergebnisse einigermaßen reproduzieren kann
> und dann ein bisschen experimentieren kann. Allerdings haben meine
> Messungen leider nicht im Entferntesten etwas mit der Messung aus dem
> EMV-Labor zu tun. Kann nicht mal genau die gleichen Frequenzen
> identifizieren...

Das liegt daran, dass die Abstrahlung vermutlich über die 
angeschlossenen Leitungen erfolgt. Daher solltest du eben auf diesen 
messen. Dies geht z.B. mit einer Stromzange. Eine andere Möglichkeit ist 
Messung mit einem Tastkopf oder mit einer CDN. Wie ein Tastkopf oder 
eine CDN aufgebaut ist, kann dir dein EMV-Labor aufzeichnen, denn die 
haben die Normen, in die die Teile beschrieben sind. Wenn du eine 
Stromzange oder einen Tastkopf verwendest, solltest du die 
weiterführenden Leitungen entkoppeln, um reproduzierbare Ergebnisse zu 
erhalten. Die Entkopplung kann z.B. durch viel Klappferrite erfolgen.

Mit der CDN und der Stromzange kannst du nur die asymmetrischen 
Störanteile messen, was aber meist ausreichend ist.

Schaffst du dir so eine Messmöglichkeit, kannst du relativ zu den im 
EMV-Labor gemachten Messungen die Störungen reduzieren.


Zu den Messdiagrammen in deinem Ausgangsbeitrag habe ich noch ein paar 
Fragen. Was stellen die blauen und die violetten Kurven da, den Peak- 
und den Average-Wert oder den Quasipeak- und den Average-Wert oder etwas 
ganz anderes? Die Nachmessungen sind doch sicherlich der Quasipeakwert?

Du kannst mal versuchen, ob parallel zu C7, C8 und C27 je ein 
keramischer Kondensator von 10 nF eine Verbesserung bringt. Eventuell 
ist es besser, die Kondensatoren direkt an die Anschlussklemmen zu 
löten. Vermutlich wird das aber nicht ausreichen, um unter den Grenzwert 
zu kommen.


Gruß

Uwe

Autor: mecanicnomam (Gast)
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Vielen Dank euch beiden. :)

Autor: mecanicnomam (Gast)
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Oh, entschuldigt bitte: Euch dreien.  :-/

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Schon mal daran gedacht die Schaltung in ein Metallgehäuse
einzusperren? Das sollte bei Schaltnetzteilen eigentlich eine
Selbstverständlichkeit sein. Dann kann man nämlich die
Leitungen die da rein und raus gehen gut verblocken.

Autor: Bernd K. (bmk)
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Schon mal daran gedacht, die Versorgung des MOSET Drivers
von 10V auf 5V zu reduzieren?

Rdson erhöht sich nur leicht von 1,8 auf 2,2 mOhm (25°C),
aber Qg geht von 41 auf 22 nC -> niedrigere Umladeströme.

: Bearbeitet durch User
Autor: Martin J. (martin-j)
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Vielen Dank erst einmal für die vielen hilfreichen Hinweise. Ich arbeite 
gerade an einem verbesserten Layout des Leistungsteils und werde es hier 
nochmal posten in den nächsten Tagen.

Noch eine generelle Frage zum Verständnis:

Es wurde erwähnt, dass die Ursache wahrscheinlich Gleichtaktstörungen 
sind wegen der höheren Frequenzen. Kann mir jemand erklären, warum das 
so ist? Das Gerät lag während des Tests auf einem Holz-Tisch in einem 
voll absorbierenden Raum. Angeschlossen war nur das Netzteil (vorher mit 
Last geprüft, hat keine nennenswerten Stör-Emissionen) und ein 
Last-Widerstand direkt an der Ausgangs-Seite des Ladereglers. Worüber 
können die Gleichtaktstörungen ausgekoppelt werden? Wo ist der 
Rückleiter?

Bisher hat das Gerät übrigens ein Kunststoffgehäuse. Ein Metallgehäuse 
würde sicherlich helfen, wie schon vorgeschlagen.

Bernd K. schrieb:
> Schon mal daran gedacht, die Versorgung des MOSET Drivers
> von 10V auf 5V zu reduzieren?
>
> Rdson erhöht sich nur leicht von 1,8 auf 2,2 mOhm (25°C),
> aber Qg geht von 41 auf 22 nC -> niedrigere Umladeströme.

Ja, hatte ich auch mal überlegt. Allerdings habe ich keinen 
Halbbrücken-Treiber-IC gefunden, der VCC bis 5V kann. Meistens ist unter 
recommended operating condition min. 8V angegeben. Kennst du einen 
Treiber-IC?

Uwe M. schrieb:
> Zu den Messdiagrammen in deinem Ausgangsbeitrag habe ich noch ein paar
> Fragen. Was stellen die blauen und die violetten Kurven da, den Peak-
> und den Average-Wert oder den Quasipeak- und den Average-Wert oder etwas
> ganz anderes? Die Nachmessungen sind doch sicherlich der Quasipeakwert?

Die Kurven sind Quasipeak (blau) und Peak (violett).

Autor: Mark S. (voltwide)
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Martin J. schrieb:
> Es wurde erwähnt, dass die Ursache wahrscheinlich Gleichtaktstörungen
> sind wegen der höheren Frequenzen. Kann mir jemand erklären, warum das
> so ist?

Anm.: Mit "Leitungsbündel" meine ich hier ein einzelnes angeschlossenes 
Kabel, mit einer oder mehreren Adern.

Bei den hier kritischen Frequenzen kann man i.a. davon ausgehen, dass 
zwischen den einzelnen Adern eines angeschlossenen Leitungsbündels keine 
nennenswerten Spannungsunterschiede herschen, sie sind also hf-technisch 
parallel geschaltet. Somit kann jedes Leitungsbündel wie eine einzelne 
Leitung betrachtet werden. Von daher haben wir hier eine 
Gleichtaktstörung.

Nun fließt durch dieses Kabelbündel aber ein hochfrequenter Störstrom 
ab.
Dieser Gesamtstrom wird auch als Mantelstrom bezeichnet, man kann ihn 
mit einer Stromzange messen.
Dummerweise kann das angeschlossen Kabel zur Antenne werden:
Bei 100MHz haben wir eine Wellenlänge von 3m, demnach bilden 75cm 
Leitung einen Lambda/4 Strahler für 100MHz - d.h. optimale Abstrahlung 
der Störungen in diesem Bereich.

Und damit wären wir bei Hochfrequenz/Antennentechnik angelangt.

Für optimale Abstrahlung braucht die Antenne entweder ein "Gegengewicht" 
("Erde") oder einen weiteren lambda/4-Strahler, wodurch ein Dipol 
entsteht.

Bei mehreren Anschlüssen des Prüflings wirken die angeschlossenen 
verschiedenen Kabel(-bündel) in irgendwelchen Frequenzbereichen immer 
als Antenne oder auch Gegengewicht.

Um diesen Effekt zu minimieren, sollten sämtliche Leitungen zwischen 
Prüfling und der Außenwelt räumlich möglichst eng beieinander geführt 
werden - sofern dies mit dem typischen Anwender-Szenario vereinbar ist.

Wieweit dies ein praktisches Problem darstellt, läßt sich schnell mit 
Klappferriten über den entsprechenden Kabeln ermitteln. Wenn hierbei 
eine Verbesserung erzielt wird, hat die entsprechende Leitung 
abgestrahlt.

Autor: Bernd K. (bmk)
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Martin J. schrieb:
> Ja, hatte ich auch mal überlegt. Allerdings habe ich keinen
> Halbbrücken-Treiber-IC gefunden, der VCC bis 5V kann. Meistens ist unter
> recommended operating condition min. 8V angegeben. Kennst du einen
> Treiber-IC?

Vor kurzem hatte ich da ein modernes Teilchen gebookmarkt:
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=ucc21520&fileType=pdf

Kann von 3 - 18V ist aber nicht ganz billig.
Interessant finde ich die ausführlichen Hinweise und Beispiele
und das Layout Example

Autor: oszi40 (Gast)
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Mark S. schrieb:
> Wenn hierbei eine Verbesserung erzielt wird,
> hat die entsprechende Leitung abgestrahlt.

Manchmal wirkt Ferrit Wunder?

Autor: Julian Baugatz (Gast)
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Ich war mittlerweile mit 3 Boost-Konvertern (Solar) im EMV-Labor und 
jedesmal war die Abstrahlung über die Anschlussleitungen das Problem.
Geholfen hat jedesmal eine stromkompensierte Drossel am Ausgang.

Autor: Klaus R. (klara)
Datum:

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Hallo,
ich würde mich mal bei Würth umschauen.

http://katalog.we-online.de/de/pbs/browse/emc_components/ferrites_for_pcb_assembly

In den Application Notes geht Würth auch speziell auf Schaltnetzteile 
und deren EMV ein.

http://www.we-online.de/web/de/electronic_components/produkte_pb/application_notes/Application_Notes.php

Für jeden Bead gibt es ein aussagekräftiges Datenblatt und Online - 
Diagramme. U.a. bietet Würth für LTspice Libs an. Was will man mehr.
mfg Klaus

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