Ich entwickle gerade einen Schaltregler (Step-Up, Konstantstrom) von 48V auf 70-80V mit 866mA. Wäre nett, wenn sich jemand, der da mehr Erfahrung als ich hat, mal das Layout anschaut. Schaltplan und Platine sind im Anhang, ich hab mich vom Referenz-Layout des LT3761 inspirieren lassen, die Abmessungen der Platine lassen es leider nicht zu, dass ich das Layout direkt übernehmen kann. Die Schaltung soll später mit 4kHz gedimmt werden, mit einer minimalen On-Zeit von 1µs (Zumindest laut LTSpice und den Berechnungen im Datenblatt funktioniert das mit den Bauelementen). Angehängt sind der Schaltplan sowie mein Layoutentwurf. Außerdem hab ich einmal die Strompfade eingezeichnet (Gelb -> Laden, Rosa -> Entladen, Blau -> Kurzschluss der Diode im kontinuierlichen Betrieb).
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Noch ein paar Details, die ich eben vergessen hatte: Die Kerkos haben allesamt 100V Spannungsfestigkeit, bei 48V bleiben laut DaBla noch 50% der Kapazität, bei 80V 25%. Der Regler läuft bei 600kHz. Der LC am Eingang soll mit 10kHz Grenzfrequenz neben dem Schaltregler auch noch die Flanken der PWM abflachen. Der Shunt für den Ausgang hängt an der Low-Side, weil ich sonst an den 80V vom LT3761 kratze (Ist auch in einer Beispielapplikation von LT so zu sehen).
Zunächst einmal: räume doch bitte mal deinen Schaltplan auf, sich da einzulesen macht keinen Spaß. Die GND-Linie links am Eingangsfilter muß ja nun wahrlich nicht sein, und wirklich furchtbar wird es mit denen an Pin 17 und 3. Wenn du dann noch D2 nebst Q2 nach oben schiebst ist das zwar immer noch weit weg von perfekt, aber es sind schon einmal deutlich weniger Kreuzungen und Schlenker und man kann deine Schaltung weitaus besser nachvollziehen. Noch ein wenig besser wird es, wenn du deine Kondensatoren unten rechts ebenfalls nach oben ziehst ist noch ein Stück mehr gewonnen. Vor allem wenn du Q1 noch etwas herunterrückst-immerhin soll das Ding ja lowside schalten (oder?).
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Besser? Pin 3 und 17 sind jeweils negative Shunt-Anschlüsse, deshalb hatte ich die nicht direkt an ein GND Symbol angeschlossen.
Schaltplan sieht besser aus, am besten zu zeichnest noch deinen kritischen loop / hf loop ein. Dieser geht über die Schaltelemente (hohe dV/dt) und den augangs cap). Also R11-Q2-D2-C9....
Base64 U. schrieb: > Schaltplan sieht besser aus, am besten zu zeichnest noch deinen > kritischen loop / hf loop ein. Ist doch schon im Eröffnungspost.
jz23 schrieb: > Besser? Die Frage ist eher: Findest DU es denn besser? Ich zumindest finde es jetzt deutlich übersichtlicher (wenn auch noch nicht ideal, aber es ist ok) und kann jetzt sehen was deine Schaltung machen soll ohne mir unnötige Knoten ins Hirn zu wickeln. Die Kondensatoren rechts sind zwei unterschiedliche Typen. Ist das wirklich gewollt? Normalerweise macht man sich eher Probleme da mehr Resonanzfrequenzen. In einigen Fällen ist das kaum ein Problem (z.B. Elektrolyt- und Keramikkondensatoren, da diese in ihrem parasitären Verhalten so sehr verschieden sind), aber meistens ist das nicht hilfreich. Sieht es nur so aus oder gibt es wirklich keine Verbindung zwischen D2 und Q2, die du zumindest angedeutet hast?
Wühlhase schrieb: > Die Frage ist eher: Findest DU es denn besser? Ja, aber ich hab auch einen Großteil neuzeichnen müssen (Ich hatte ganz am Anfang einen Step Down, den ich mit möglichst wenig Aufwand umgezeichnet habe), für mich persönlich war die Zeit es nicht wert, aber wenn es anderen hilft, dann schon. Wühlhase schrieb: > Die Kondensatoren rechts sind zwei unterschiedliche Typen. Ist das > wirklich gewollt? Ja, die kleinen blocken höhere Frequenzen besser, aber ich brauche die Kapazität der größeren für die PWM. Elkos (also organische, "normale" vertragen ja weder den Ripple noch wirken die in diesem Frequenzbereich) hab ich bei Mouser keine gefunden, die dieselbe Kapazität und Spannungsfestigkeit auf dieser Platinenfläche bieten. Wühlhase schrieb: > Sieht es nur so aus oder gibt es wirklich keine Verbindung zwischen D2 > und Q2, die du zumindest angedeutet hast? Doch, ich hab nur beim Neuzeichnen den Punkt vergessen. KiCAD fügt die ja manchmal aus unerfindlichen Gründen nicht ein.
jz23 schrieb: > Ja, die kleinen blocken höhere Frequenzen besser, aber ich brauche die > Kapazität der größeren für die PWM. Elkos (also organische, "normale" > vertragen ja weder den Ripple noch wirken die in diesem > Frequenzbereich) hab ich bei Mouser keine gefunden, die dieselbe > Kapazität und Spannungsfestigkeit auf dieser Platinenfläche bieten. Bleib bei einem Kondensatorentyp. Kleine Kapazitäten blocken höhere Frequenzen mitnichten besser ab-das ist Blödsinn. Dafür ziehst du dir mehr Resonanzen in deine Schaltung, was eine gute Grundlage für EMV-Probleme ist. Um was für Kondensatoren handelt es sich denn?
Wühlhase schrieb: > Um was für Kondensatoren handelt es sich denn? CKG57NX7S2A226M500JH und GRM32ER72A225KA35L Letztere haben ab 1 MHz eine wesentliche niedrige Impedanz. Würde ich das Problem mit der möglichen Resonanz aber nicht schon entschärfen, wenn ich eine Ferritperle dazwischenhänge?
jz23 schrieb: > Würde ich das Problem mit der möglichen Resonanz aber nicht schon > entschärfen, wenn ich eine Ferritperle dazwischenhänge? Überleg doch mal, was du mit einer Ferritperle erreichst: 1. Du bringst deinem schön schnellen Kondensator genau das Verhalten bei, daß du bei Elkos hast. Und dann überleg dir warum du keine Elkos wolltest. 2. Nimm ein beliebiges, nicht allzu kompliziertes um es besser nachvollziehen zu können, LC-Netwerk und berechne alle Resonanzfrequenzen. Und dann häng eine zusätzliche Induktivität hinein und berechne nocheimal alle Resonanzfrequenzen. Außerdem: schau dir mal die Kapazität bei anliegender Spannung deiner Kondensatoren an und überleg, ob dir die Kapazität reicht.
C1 und C2 sind Eingangskondensatoren, aber keine Eingangskondensatoren für deine komplette Schaltung, sondern für deinen Schaltwandler. Dann zeichne diese doch auch an den Eingang deines Schaltwandlers und nimm diese Ferritperle da weg. Mein Vorredner sagte es ja schon: wozu? Auf den Screenshots vom Layout ist der Bestückungsdruck mit den Designatoren bei einigen Bauteilen nicht zu erkennen, daher schaue ich mir das nicht groß an. Ich schätze aber, die Bauteile lassen sich noch geschickter platzieren.
Kevin K. schrieb: > Mein Vorredner sagte es ja schon: wozu? Die am Eingang dient dazu, Frequenzen zu blocken, aber denen die Spule kapazitiv wird - also primär die Schaltflanken vom MOSFET und der Diode. Wühlhase ging es doch um meine Idee, die Kondensatoren am Ausgang mit einer weiteren zu entkoppeln (oder hab ich das falsch verstanden?). Wühlhase schrieb: > Nimm ein beliebiges, nicht allzu kompliziertes um es besser > nachvollziehen zu können, LC-Netwerk und berechne alle > Resonanzfrequenzen. Wie? Sqrt(1/LC)*1/2π gilt doch nur für eine einzelne LC-Schaltung, wie berechne ich das bei mehreren? Wühlhase schrieb: > 1. Du bringst deinem schön schnellen Kondensator genau das Verhalten > bei, daß du bei Elkos hast. Und dann überleg dir warum du keine Elkos > wolltest Ich meinte, dass ich die großen damit von den kleinen Kondensatoren abkopple - die großen sind ja nur zum Zwischenspeichern der Spannung für die PWM-Off-Zeit, die müssen nicht schnell sein. Die Kerkos passten hier von der Größe besser als vergleichbare Elkos.
Ich hab bei Mouser nochmal die parametrische Suche bemüht und nun doch einen passenden Elko gefunden. Am Ausgangsfilter sitzen jetzt zwei MAL218497901E3 (4µ7, 100V, 1A Ripple) und zwei GRM32ER72A225KA35L (2µ2, Kerko, 100V). Das sollte ja dann wesentlich unkritischer sein, was mögliche Resonanzen angeht.
Gut...ob die Kondensatoren die Ströme mitmachen und den resultierenden Spannungsrippel rechne ich jetzt nicht nach, ich denke daß hast du bereits berücksichtigt. Wenn nicht -> solltest du das nachholen. Dein Eingangsfilter ist auch noch deutlich...naja, nach was hast du es denn ausgelegt?. Wenn du mit 4kHz schalten willst paßt da was nicht. Die Diode gehört links neben die Induktivität, dort wo sie jetzt ist ist sie nutzlos für L1. Oder soll die als Freilaufpfad für L2 dienen? L2 braucht nicht unbedingt eine Diode, da L2 sich aus den Kondensatoren "bestromen/entstromen" kann. Mal eine Frage-nach welchen Kenntnissen hast du deine Schaltung denn entworfen? Hast du so etwas überhaupt schon einmal gemacht?
Wühlhase schrieb: > Die Diode gehört links neben die Induktivität, dort wo sie jetzt ist ist > sie nutzlos für L1. Das ist eine TVS-Diode, ich hatte die hinter L1 gepackt, damit L1 mögliche Spannungsimpulse bereits vorfiltert. Wühlhase schrieb: > Dein Eingangsfilter ist auch noch deutlich...naja, nach was hast du es > denn ausgelegt?. Wenn du mit 4kHz schalten willst paßt da was nicht. Der Filter ist auf 10kHz Grenzfrequenz ausgelegt. Geplant hatte ich mit 40dB bei 600kHz, aber es ist genug Platz für eine größere Spule, deshalb hatte ich dann ~10 statt 60kHz als Grenzfrequenz genommen. Mit 6uH und 25uF komme ich auf etwa 13kHz. Und damit filtere ich dann auch die Flanken der PWM. Die PWM selber filtert das natürlich nicht. Wühlhase schrieb: > Wenn nicht -> solltest du das nachholen. Keine Sorge, hab ich gemacht. Die Kondensatoren Verträgen jeweils 1A Ripple bei 100kHz. Beim Nachrechnen war ich faul und hab LTSpice genommen, da war der Ripple bei <1V. Wühlhase schrieb: > Mal eine Frage-nach welchen Kenntnissen hast du deine Schaltung denn > entworfen? Hast du so etwas überhaupt schon einmal gemacht? In der Größe noch nicht, für kleinere Ströme hab ich mit dem LM2576 schon Schaltregler gebaut. Aber ich bin lernwillig :D
Ei...da hab ich den kleinen Strich am großen Diodenstrich doch glatt übersehen. Allerdings brauchst du da trotzdem noch einen Freilaufpfad für die Eingangsinduktivität. Ein Eingangskondensator tut es auch, die Kapazität muß groß genug sein daß er bei Betriebsspannung mindestens soviel Energie enthält wie die Induktivität bei Betriebsstrom. Und warum hast du den Eingangsfilter auf 10kHz ausgelegt? Bei solchen Anwendungen wie deiner sollte man eigentlich bestrebt sein die Schaltung so zu bauen, daß sie wenigstens annähernd Gleichstrom (möglichst ohne Wechselanteile wie Ripple o.ä.) konsumiert. Manche Hersteller lassen das auch gerne bleiben, Filter kosten ja und man will billig sein, allerdings läuft der Anwender Gefahr dann andere Geräte zu kompromittieren. Die höherfrequenten Anteile erzeugen Spannungsfälle über der Induktivität gemeinsamer Leitungsteile, und so kriegen andere Geräte, die mit deiner Schaltung gemeinsam an einer Spannungsversorgung hängen, deine Ströme mit. Daher legt man Eingangsfilter üblicherweise auf einer niedrigeren Frequenz aus als die mit der man schalten will. Faktor 10 (je größer je besser) ist ein guter Richtwert. Oder was hattest du mit dem Filter denn im Sinn? Die HF-Anteile im aufgenommenen Strom sollte man nicht unterschätzen. Ich hab schon gesehen wie ein einfacher Buckkonverter (nur ein 100µF-Elko am Eingang, ca. 2A Betriebsstrom) einen einfachen Nockenwellensensor (binäres Signal) ausgekickt hat. In diesem Fall war es nicht der Einbruch der Versorgungsspannung, sondern Potentialverschleppung auf der Masseleitung. (Führte dazu, daß das Motorsteuergerät die Lowpegel des Sensors nicht mehr sehen konnte.)
jz23 schrieb: > Aber ich bin lernwillig :D Dann empfehle ich dir, das hier mal zu lesen: https://www.amazon.com/EMV-St%C3%B6rungssicherer-Aufbau-elektronischer-Schaltungen-ebook/dp/B00UZBGBSE/ref=sr_1_1/137-3230726-0727443?ie=UTF8&qid=1525424576&sr=8-1&keywords=emv+schaltung
Wühlhase schrieb: > jz23 schrieb: >> Aber ich bin lernwillig :D > Dann empfehle ich dir, das hier mal zu lesen: > https://www.amazon.com/EMV-St%C3%B6rungssicherer-Aufbau-elektronischer-Schaltungen-ebook/dp/B00UZBGBSE/ref=sr_1_1/137-3230726-0727443?ie=UTF8&qid=1525424576&sr=8-1&keywords=emv+schaltung Werd ich mir mal genauer anschauen, danke. Wühlhase schrieb: > Und warum hast du den Eingangsfilter auf 10kHz ausgelegt? Wie gesagt, ich hab bei der Schaltfrequenz von 600kHz mit mindestens 40dB gerechnet und den Filter dann noch etwas größer dimensioniert. Wühlhase schrieb: > Oder was hattest du mit dem Filter denn > im Sinn? Primär soll der die 600kHz vom Schaltregler dämpfen und eben die Flanken der PWM etwas verrunden. Dass der die PWM selber nicht wegfiltert, ist mir klar. Wühlhase schrieb: > Manche Hersteller lassen das auch gerne bleiben, Filter kosten ja und > man will billig sein, allerdings läuft der Anwender Gefahr dann andere > Geräte zu kompromittieren. Die höherfrequenten Anteile erzeugen > Spannungsfälle über der Induktivität gemeinsamer Leitungsteile, und so > kriegen andere Geräte, die mit deiner Schaltung gemeinsam an einer > Spannungsversorgung hängen, deine Ströme mit. Ich war davon ausgegangen, dass die einstelligen kHz der PWM keine allzugroßen Probleme machen sollten und dass bei denen ein entschärfen der Flanken ausreicht. Kosten sind nicht direkt das Problem, ist ja ein Einzelstück, aber der Platz auf der Platine ist leider ziemlich begrenzt. Wenn ich also 400Hz Grenzfrequenz anstrebe, lande ich bei mehreren hundert µ jeweils für Spule und Kondensator, das wird bei 1,3A und 48V ziemlich massiv. Spannungsabfall auf der Zuleitung sollte nicht so kritisch sein, bis zum Netzteil werden es wohl so um die 2m in 2,5mm², also 2*14mOhm. Am Netzteil wäre auch genug Platz, um dort ein größeres Filter anzubringen.
Wühlhase schrieb: > Ein Eingangskondensator tut es auch, die > Kapazität muß groß genug sein daß er bei Betriebsspannung mindestens > soviel Energie enthält wie die Induktivität bei Betriebsstrom. Wäre es nicht platzsparender, eine Schottky-Diode über die Induktivität zu schalten? Also Anode an die Kondensatoren und Kathode an den Eingang?
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jz23 schrieb: > Angehängt sind der Schaltplan sowie mein Layoutentwurf. Das Layout finde ich ok, aber viele Bauteile gehen über den Platinenrand hinaus. Findest du das ok ? Den Schaltplan kann man lesen, erste und zweite Fassung, aber selbst die zweite kann man noch DEUTLICH lesbarer machen, ind dem man die Bauteil so hinschiebt, daß gerade Linien möglich sind. Keine >Ahnung warum die Leute immer so faul sind beim Zeichnen.
Hi, ich weiß ja nicht wie weit vorrangeschritten das ganz schon ist. Ich würde noch Gatewiderstände evt. noch mit einen seperaten Abschaltpfad und Snubber an den MOSFETs vorsehen. Viele Grüße
Michael B. schrieb: > Das Layout finde ich ok, aber viele Bauteile gehen über den Platinenrand > hinaus. Findest du das ok ? Ich sehe kein einziges, das über den Rand geht. Aber ja, viele gehen fast bis komplett dran. Das passt an der Stelle aber in der späteren Anwendung. Michael B. schrieb: > Keine >Ahnung warum die Leute immer so faul sind beim Zeichnen. Den zweiten Schaltplan hab ich am Laptop mit Touchpad überarbeitet, deswegen hab ich nur die ganz wirren Linien geändert. Mir selbst reicht das Gekrakel, ich sehe es als Mittel zum Zweck, die Leiterplatte ist das Entscheidende - und da versuch ich dann auch so ordentlich wie möglich zu arbeiten. Trotzdem danke für deine Anregungen, wie man die Bauteile hübscher verteilt bekommt, ich werde das umsetzen, sobald ich wieder eine richtige Maus in der Hand hab.
Lars K. schrieb: > Ich würde noch Gatewiderstände evt. noch mit einen seperaten > Abschaltpfad und Snubber an den MOSFETs vorsehen. Bei LT hab ich die in keiner einzigen Beispielapplikation gesehen, weshalb ich davon ausgegangen bin, dass das IC darauf ausgelegt ist, ohne Gatewiderstände zu arbeiten. Außerdem hab ich bei den MOSFETs auf eine möglichst kleine Gate-Charge geachtet (Zumindest bei Q2, Q1 wird ja wesentlich seltener geschaltet) und da würde wohl jeder Widerstand das Schaltverhalten verschlechtern.
Du kannst die ja erst mal auf 0 Ohm setzen, aber wenn du gar keine vorsiehst hast du auch gar keine Chanse das Schaltverhalten der MOSFETs anzu passen. Der peak strom und RMS Strom am Gate bleibt auch gleich. Für das IC ist es auch erst mal nicht so wichtig.
Lars K. schrieb: > Du kannst die ja erst mal auf 0 Ohm setzen Da haste natürlich recht. Dann werde ich die noch mit reinpacken.
jz23 schrieb: > [..] 4kHz [..] jz23 schrieb: > [..] 600kHz [..] Du verstehst meine Verwirrung sicherlich...oder? jz23 schrieb: > Ich war davon ausgegangen, dass die einstelligen kHz der PWM keine > allzugroßen Probleme machen sollten und dass bei denen ein entschärfen > der Flanken ausreicht. Nun...das ist ein Stück Katz-und-Maus-Spiel. Höhere Schaltfrequenzen -> mehr Probleme mit HF-Störungen, Abstrahlung, Schaltverluste, und andere Häßlichkeiten. Aber auch: Höhere Schaltfrequenzen -> kleinere Filter, weniger Platzbeschlagnahme Gute Konstruktion ist immer ein Kompromiß aus lauter Widrigkeiten und dem gewünschten Ziel entgegengesetzter Naturgesetze. Sprüche wie diese kommen nicht von ungefähr ;): https://i.pinimg.com/736x/1c/4a/67/1c4a6739b19c7e8cf258ac1134535301--jersey-funny-pics.jpg
Wühlhase schrieb: > jz23 schrieb: >> [..] 4kHz [..] > > jz23 schrieb: >> [..] 600kHz [..] > Du verstehst meine Verwirrung sicherlich...oder? 4 kHz -> PWM (Q1, Strom durch die LEDs) 600 kHz -> Schaltregler (Q2, sollte auf der Platine bleiben) Ist es so klarer?
jz23 schrieb: > Mir selbst reicht > das Gekrakel, ich sehe es als Mittel zum Zweck, die Leiterplatte ist das > Entscheidende Das solltest du dir unbedingt abgewöhnen. Der Schaltplan ist nicht nur dazu da die Bauteile mit Luftlinien in die Leiterkarte zu bekommen. Bei kleinen Schaltplänchen mag das noch nicht so auffallen, bei etwas größeren Schaltungen fällt das aber schnell auf die Füße. Oder wenn du nach einem halben Jahr nochmal was daran machen willst. jz23 schrieb: > Wäre es nicht platzsparender, eine Schottky-Diode über die Induktivität > zu schalten? Also Anode an die Kondensatoren und Kathode an den Eingang? Es wäre platzsparender, allerdings machst du dir damit dein Filter zunichte.
Wühlhase schrieb: > jz23 schrieb: >> Wäre es nicht platzsparender, eine Schottky-Diode über die Induktivität >> zu schalten? Also Anode an die Kondensatoren und Kathode an den Eingang? > Es wäre platzsparender, allerdings machst du dir damit dein Filter > zunichte. Ups, stimmt natürlich. Du meinst also, dass ich einfach direkt an den Eingang vor die Spule einen Kondensator hänge? Das wären dann 500nF, wenn der dieselbe Energie enthalten soll. Ich sehe nur nicht den Zusammenhang, wie der für den Freilauf der Diode sorgt.
jz23 schrieb: > Ist es so klarer? Ja...nachdem ich mir mal das Datenblatt angesehen habe. Nun macht das Sinn. :)
jz23 schrieb: > Du meinst also, dass ich einfach direkt an den Eingang vor die Spule > einen Kondensator hänge? Das wären dann 500nF, wenn der dieselbe Energie > enthalten soll. Ich sehe nur nicht den Zusammenhang, wie der für den > Freilauf der Diode sorgt. Nun-aus einem geladenen Kondensator kann ein Strom herausfließen. Eine stromdurchflossene Induktivität versucht, diesen Strom weiter zu treiben und stabil zu halten, wenn man diesen Strom von außen ändert. Wenn du jetzt den Strom abschaltest, muß die Induktivität eine höhere Spannung aufbringen um den Strom weiter zu treiben-denn dieser fließt in den nachgeschalteten Kondensator deines LC-Tiefpasses. Strom in Kondensator -> Spannung steigt, abhängig von Dauer und Höhe des Stromes sowie der Kapazität. Und der Strom, der vorne in die Induktivität fließt, kommt - woher? - aus dem Kondensator vorne, nach dessen Sinn du gefragt hast. Daß Induktivitäten beim Abschalten eine Spannungsspitze erzeugen ist ein verbreiteter Irrtum. Induktivitäten nehmen beim Abschalten Stromquellenverhalten an, d.h. sie wollen nur einen Strom konstant halten, und bringen die dafür notwendige Spannung auf. Aber was passiert, wenn du einen bescheidenen Strom von z.B. 250mA über die Luftstrecke zweier offener Relaiskontakte von z.B. 10mm treiben willst? Oder durch einen Widerstand von vielen MΩ, der plötzlich in der Leitung ist (abschaltender Transistor)? Ganz genau...
Wühlhase schrieb: > Und der Strom, der vorne in die Induktivität fließt, kommt - woher? - > aus dem Kondensator vorne, nach dessen Sinn du gefragt hast. Danke für die Erläuterung. Klar, dass der Strom irgendwo herkommen muss - die Leitungen zum Netzteil haben ja auch wieder eine störende Induktivität, die das ausbremst. Wühlhase schrieb: > Daß Induktivitäten beim Abschalten eine Spannungsspitze erzeugen ist ein > verbreiteter Irrtum. Induktivitäten nehmen beim Abschalten > Stromquellenverhalten an Nett, dass du das erklärst, aber das ist mir klar ;-)
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