Hallo, ich habe vor einen Abwärtswandler zu entwerfen. Eingangsspannung 24V Batterie, Ausgang 3.3V. Meine Schaltung ist in der Abbildung 1 zu sehen. Datenblatt zum Wandler: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2841.pdf Nun habe ich an entsprechende Filtermaßnahmen gedacht und bin auf die Methode mit einer Ferritperle am Eingang gestoßen. LC-Filter fliegt aus Platzgründen raus. Die Idee habe ich aus folgender Seite: https://www.richtek.com/Design%20Support/Technical%20Document/AN045 Auf Figure 12 sieht man, dass parallel zur Ferritperle noch ein Kondensator mit 10µF geschaltet ist. Meine Fragen: 1. Soll das einen Tiefpass bilden, wenn hohe Frequenzen auftreten und die Perle hochohmig wird? 2. Wie bestimme ich in meinem Anwendungsfall die Ferritperle bzw. den Filter? Vielen Dank
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Hallo Beadnoob schrieb: > Auf Figure 12 sieht man, dass parallel zur Ferritperle noch ein > Kondensator mit 10µF geschaltet ist. Du meinst aber nicht parallel, es ist eher ein Pi-Glied. Also 10µF am Eingang, dann der Ferrit und dann wieder 10µF. Beadnoob schrieb: > 1. Soll das einen Tiefpass bilden, wenn hohe Frequenzen auftreten und > die Perle hochohmig wird? Es ist kein wirklicher Tiefpass. Die Ferrite haben eine andere Impedanz zu Frequenz Kennlinie. Ich verwende Ferrite von Würth. z.B.74279205 Wennst du das Datenblatt von diesen Ferrit anschaust, findest du die typical Impedance Characteristics. Die hat ein Impedanz-maximum bei 150Mhz und wird bei kleinerer und größerer Frequenz weniger. Einschaltregler produziert, aufgrund seiner Schaltfrequenz immer Transienten(das sind Signalgemische mit hohen Frequenzanteilen) am Ein- und Ausgang. Beadnoob schrieb: > 2. Wie bestimme ich in meinem Anwendungsfall die Ferritperle bzw. den > Filter? Im Datenblatt eines Ferrites ist immer die Maximum Impedanz z.B. bei 100MHz angegeben. Die 74279205 hat bei 150MHz 1050 Ohm. Je höher dieser Widerstandswert ist desto mehr dämpft der Ferrit das Signal(den Transient). Wichtig bei der Auswahl ist aber auch das rated Current, also der max. Gleichstrom und der DC-Resistance(bildet einen Spannungsabfall über den Ferrit, der u.U. nicht zu hoch werden darf) Auch die Bauteilgröße ist wichtig, wenn man versucht möglichst klein die Schaltung aufzubauen. Da tut man sich beim Layouten u.U. leichter. Zusätzlich würde ich immer eine Suppressor-Diode am Eingang verbauen. z.B. bei 15V-Eingangsspannung eine SMAJ15A. Ich hab mal einen Schaltregler gebaut der mir beim Einschalten(Eingangsspannung anlegen) immer abgebrannt ist. Mit dem oszi habe ich gesehen, dass beim Einschalten eine Überspannung am Eingang auftrat, welche höher war als die maximum VCC vom Schaltregler. Mit der Suppressor-Diode habe ich dies dann verhindern können. mfg Mike
Wie hoch sind denn die Störfrequenzen einer 24V Batterie?
Beadnoob schrieb: > Wie hoch sind denn die Störfrequenzen einer 24V Batterie? Der Mittwoch vor Himmelfahrt ist der neue Freitag? Oder was wollen uns Deine Worte wirklich fragen?
M.A. S. schrieb: >> Wie hoch sind denn die Störfrequenzen einer 24V Batterie? > > Der Mittwoch vor Himmelfahrt ist der neue Freitag? > Oder was wollen uns Deine Worte wirklich fragen? genau das. Was soll denn der Ferrit am Eingang bewirken ? Störungen der Eingangsspannung unterdrücken ?
Die Batterie wirkt schließlich wie ein riesiger C.
M.A. S. schrieb: > > Der Mittwoch vor Himmelfahrt ist der neue Freitag? > Oder was wollen uns Deine Worte wirklich fragen? > Denkfehler. Die Ferritperle am Eingang dient dazu, die Störungen, die beim Schalten des Abwärtswandlers entstehen, zu verringern, oder? Der Wandler von TI hat eine Schaltfrequenz von 550kHz. Also, müsste ich theoretisch alle Frequenzen darüber filtern, um ein sauberes Eingangssignal zu haben, richtig?
Hallo Beadnoob schrieb: > Wie hoch sind denn die Störfrequenzen einer 24V Batterie? Wie hoch die leitungsgebundene Abstrahlung deines Schaltreglers welcher mit 24V Eingangsspannung betrieben wird hängt ab von: Schaltfrequenz, Ausgangsleistung, EMV-gerechtes Layoutdesign, ... Man kann m.E. vorher nicht berechnen wie hoch die leitungsgebundene Abstrahlung ist. Man kann sie nur Messen(Spectrumanalyser mit Netznachbildung) Sie hängt eben sehr stark damit zusammen wie man die Bauteile und die Kupferbahnen auf der LP positioniert. Die Schaltung würde auch ohne Filter funktionieren. Wenn es kein Produkt wird, dann kann im schlimmsten Fall die Abstrahlung selbst deine Schaltung stören oder andere elekt. Geräte. Um ein Produkt auf dem Markt zulassen zu können, wird diese Abstrahlung in einem EMV-labor vermessen und darf bestimmte Limits(dBµV) nicht überschreiten. Auf die Schnelle habe ich diesen link gefunden: https://www.myembedded.de/2016/07/12/emv-moeglichkeiten-und-grenzen-externer-acdc-schaltwandler-bezueglich-der-elektromagnetischen-vertraeglichkeit/ mfg Mike
Beadnoob schrieb: > Die Ferritperle am Eingang dient dazu, die Störungen, die beim Schalten > des Abwärtswandlers entstehen, zu verringern, oder? Genau so ist es. Beadnoob schrieb: > Also, müsste ich theoretisch alle Frequenzen darüber filtern, um ein > sauberes Eingangssignal zu haben, richtig? Nicht 'Eingangssignal' sondern saubere Betriebsspannung. Es soll verhindert werden, dass - andere Geräte, die mit an diesem Netz hängen, gestört werden und dass - Abstrahlung über die Versorgungsleitungen stattfinden kann. Letzteres Problem ist um so schlimmer, je höher die Freqzenzen werden.
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> Man kann m.E. vorher nicht berechnen wie hoch die leitungsgebundene > Abstrahlung ist. Man kann sie nur Messen(Spectrumanalyser mit > Netznachbildung) Sie hängt eben sehr stark damit zusammen wie man die > Bauteile und die Kupferbahnen auf der LP positioniert. Genau mit diesem Schaltregler und der von National/TI vorgebenen minimalen Außenbeschaltung (ohne Drossel oder Dämpfungsperlen) und Wandlung von 10-30 auf 5 V bei einer Last von 0,3 A habe ich die leitungsgebundenen Störungen nachgemessen. Für EN55011A lagen die Störungen im gesamten Bereich mindestens 18 dB unter dem Grenzwert. Bedingung: MLL4 mit kürzester Leitungsführung. Bitte erst messen und dann Panik machen.
Ich bin kein Experte in Sachen EMV, daher aus reiner Neugier gefragt: der TE möchte am Eingang eine Ferritperle implementieren. Der Eingang ist jedoch eine Batterie. Zu diesem Zeitpunkt konnte ich nirgends lesen, dass an der Batterie noch andere Lasten hängen, insofern gehe ich bis dato davon aus, dass lediglich der Buck Wandler an der Batterie hängt. Welchen Sinn macht die Ferritperle am Eingang? Leistungsgebundende Störung (conducted emission) am Eingang würde ich also ausschließen. Die Ferritperle am Eingang für strahlungsgebundene Störung (radiated emission) kann ich ebenfalls nicht nachvollziehen. Meine Frage an den TE ist demnach: Hängen noch weitere Lasten an der Batterie? Vielleicht mag ja jemand dazu Bezug nehmen und mich weiter aufklären. Gruß,
Alexander schrieb: > Welchen Sinn macht die Ferritperle am Eingang? Leistungsgebundende > Störung (conducted emission) am Eingang würde ich also ausschließen. Wieso würdest du die ausschließen? Genau dafür verbaut man die doch: Um die Stromspitzen, die der Wandler aufnimmt, von der Leitung vom Eingang fernzuhalten. Unabhängig davon, ob noch weitere Geräte dranhängen, schließlich ist die Zuleitung in den seltensten Fällen geschirmt und würde so super abstrahlen.
jz23 schrieb: > Wieso würdest du die ausschließen? Genau dafür verbaut man die doch: Um > die Stromspitzen, die der Wandler aufnimmt, von der Leitung vom Eingang > fernzuhalten. Unabhängig davon, ob noch weitere Geräte dranhängen, > schließlich ist die Zuleitung in den seltensten Fällen geschirmt und > würde so super abstrahlen. Hi jz23, Ich nehme die Batterie als eine sehr steife Gleichspannungsquelle an, die ausgangsseitig mit einem immens großen C modelliert werden kann. Oder anders ausgedrückt: Die Batterie kann die Stromspitzen liefern, ohne das die Batteriespannung einbricht. Vielleicht liege ich in meiner Annahme falsch, aber die Stromspitzen vom Buck Wandler beeinflussen die Lebensdauer der Batterie eher geringfügig. Wenn dem so ist, und an der Batterie eh eine konstante Spannung liegt aufgrund der großen modellierten Ausgangskapazität, und darüber hinaus auch keine weiteren Verbraucher an der Batterie hängen, dann sehe ich keinen Grund für die Ferritperle. Gruß,
Alexander schrieb: > Die Batterie kann die Stromspitzen liefern, ohne das die > Batteriespannung einbricht. Das ist richtig, wenn man die Induktivität der Zuleitungen vernachlässigt. Aber gerade die sorgen dafür, dass auf den Leitungen die Spannung abfällt, wenn man den Eingang nicht filtert. Alexander schrieb: > Vielleicht liege ich in meiner Annahme falsch, aber die Stromspitzen vom > Buck Wandler beeinflussen die Lebensdauer der Batterie eher geringfügig. Ich hab nichts gegenteiliges geschrieben ;-) Alexander schrieb: > Wenn dem so ist, und an der Batterie eh eine konstante Spannung liegt > aufgrund der großen modellierten Ausgangskapazität, und darüber hinaus > auch keine weiteren Verbraucher an der Batterie hängen, dann sehe ich > keinen Grund für die Ferritperle. Ja, die Spannung an der Batterie bleibt konstant - aber die Spannung über der Zuleitung nicht. Und das verursacht Störungen.
Alexander schrieb: > Hi jz23, > Ich nehme die Batterie als eine sehr steife Gleichspannungsquelle an, > die ausgangsseitig mit einem immens großen C modelliert werden kann. ...was vollkommener Blödsinn ist (sorry), jedenfalls aus HF-technischer Sicht und allein um die geht es beim Thema Abstrahlung. Und selbst wenn dieses (falsche) Modell richtig wäre: Was die Batterie macht, sagt nichts darüber aus, was die Leitungen zwischen Batterie und Gerät tun. Evtl. kann man sich Ferrite sparen, wenn diese Leitungen sehr kurz sind. (Was in welcher Situation als 'sehr kurz' zu bewerten wäre, ist wieder ein anderes, komplexes Thema.)
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Wir haben zwei Kondensatoren am. Eingang des Buck Wandlers (4.7uF und irgendwas mit nF). Welcher Spannungsabfall über der Leitung fällt an, und wen genau stört dieser Spannungsabfall? Der Batterie? Dem. Buck Wandler? Dem Nachbar nebenan? Wenn an der Leitung weitere Verbraucher hängen, oder sich in der Nähe der Leitung andere Verbraucher befinden, kann ich den Sinn des Ferrits nachvollziehen. Ich habe aber noch nicht vollkommen verstanden, wen genau der lückende Strom zwischen zwei Kondensatoren stören sollte, wenn dort weit und breit niemand ist, den man stören kann. Gruß,
Alexander schrieb: > Dem Nachbar > nebenan? Rettet dem Dativ! Inhaltlich: Genau den! Es geht hier um mögliche Störabstrahlung (bzw. deren Vermeidung)!
M.A. S. schrieb: > Alexander schrieb: >> Dem Nachbar >> nebenan? > > Rettet dem Dativ! Danke für den Hinweis - nach über 7 Jahren im Ausland merke ich, dass mein Feingefühl ein wenig verloren geht. Das muss ich noch mal auffrischen :) > Inhaltlich: Genau den! Es geht hier um mögliche Störabstrahlung (bzw. > deren Vermeidung)! Es ist ein 24V zu 3,3V Wandler mit ner 1A Diode am Ausgang. Wir bewegen uns hier also bei wenigen Watt. So wirklich viel Leistung fließt da nun nicht. Und genau da hört mein Wissen im Bereich EMV so langsam auf. Ist das wirklich genug Leistung (24V, <200mA am Eingang), um den Nachbarn, der über 20 Meter entfernt ist, über Strahlung (Radiated Emission) zu ärgern? Denn leistungsgebundene Störung (Conducted Emission) gibt es in dem Sinne nicht, weil der Nachbar nicht an derselben 24V Batterie hängt. Irgendwo muss ein Denkfehler bestehen :/ Gruß,
Alexander schrieb: > den Nachbarn, der über 20 Meter entfernt ist Und woher willst Du das wissen? Das Ganze soll auch "im schlimmsten Falle" problemlos arbeiten, wenn also zwischen der Batterie/Kabel/Gerät- Kombination und möglichen Empfängern nur eine Wand liegt. Außerdem (da ich nicht beurteilen kann, ob gerade geschriebenes zutrifft): Das alles kam vom TO selbst. Sogar, wenn EMV bei diesem Projekt unproblematisch wäre - will er vielleicht a.) trotzdem sichergehen bzw. immer Minimale Maßnahmen anwenden oder b.) trotz der Batterie hier den Wandler auch mal woanders einsetzen können oder c.) ... d.) ... etc.
Bei EMV reden wir von Störgpegeln, die so gering sind, dass ein Radioempfänger im selben Raum nicht nennenswert gestört wird. Im Bereich der leitungsgebundenen Störungen sind das Pegel im uV- bis mV-Bereich. Leistungen im Watt-Bereich, umgewandelt in Hochfrequenz, reichen aus um tausende km weit zu funken - soviel zu der "niedrigen" Leistung des Prüflings. Die Ferritperle am Eingang bewirkt eine höhere Impedanz im HF-Bereich. Das bewirkt, dass der Stromripple am Eingang des Wandlers nahezu zu 100% durch den Stützkondensator fließt, und nicht die Stromzuführungsleitung verseucht, die dann als Antenne abstrahlt. Solch ein Eingangsfilter mit Ferritperle und MLCC-Stützkondensatoren kann einen recht hohen Gütefaktor erreichen. Mit der Folge, dass bei Eingangsstromsprüngen die Eingangsspannung überschwingt und den Wandler zerstört. (s.eines der vorangegangenen postings). Abhilfe schafft hier entweder eine suppressor-Diode oder ein parallell geschalter passender Elko, der den Gütefaktor nach unten drückt.
Mike schrieb: > Hallo > > Beadnoob schrieb: >> Auf Figure 12 sieht man, dass parallel zur Ferritperle noch ein >> Kondensator mit 10µF geschaltet ist. > > Du meinst aber nicht parallel, es ist eher ein Pi-Glied. Also 10µF am > Eingang, dann der Ferrit und dann wieder 10 Du meinst 10nF, wenn überhaupt. Ferritperlen sind wirksam bei Frequenzen um die 10-1000MHz - und da gibt es riesige Unterschiede. Wirklich riesige. Aber ein 10µ-Kerko bewirkt bei solchen Frequenzen gar nichts mehr, der wirkt als Spule - kuckt man beim Hersteller, da gibts ein Z über f Diagramm. Schlimmer noch, falsche Ferritperle + falscher Kondensator können durhaus auch hohe Güten aufweisen, was dann zu Schwingungen führen kann. Hatte schon EMV-Probleme exakt damit(Netzrückwirkungen). Ich empfehle darum, Simulationen solcher Filter zu machen. Die Modelle werden von den Herstellern meist angeboten, oder man strickt sie sich selber. Das Bauchgefühl muss auch bei EMV-Maßnahme Zuhause bleiben. Wer Ferritperlen verbaut, ohne genau zu wissen warum, sollte sie lieber weglassen. Sie kosten Geld, und wenn das etwas bewirken soll, muss man schon etwas mehr Hirn als "Großzügig über der Platine ausgießen" hineinstecken.
Beadnoob schrieb: > ich habe vor einen Abwärtswandler zu entwerfen. Eingangsspannung 24V > Batterie, Ausgang 3.3V. Da ist offensichtlich noch kein einziges Milliampere in eine Last geflossen. Beadnoob schrieb: > Nun habe ich an entsprechende Filtermaßnahmen gedacht und bin auf die > Methode mit einer Ferritperle am Eingang gestoßen. Mein erster Gedanke wäre, bring die Schaltung erstmal vernünftig zum funktionieren. Wenn sie nicht geht oder ständig der Regler abraucht kann man auch keine Abstrahlung messen. Für ne vollständige Messung muß sie mindestens ein paar Stunden unter Vollast laufen. First make it work, than make it nice MfG Klaus
Hallo Ich verbaue bei Schaltreglern immer einen Ferrit am Eingang. Dass muss ich machen um die leitungsgebundene Abstrahlung unter die EMV vorgeschriebenen Limits zu drücken. Wenn es kein Produkt wird und wenn es in einer Umgebung betrieben wird in welcher nachweislich keine anderen elek. Geräte gestört werden ist ein Ferrit nicht notwendig. Ein Hardwareentwickler würde aber immer einen Ferrit(und eine Suppressordiode) einbauen weil so ein Schaltregler in der Regel auf einer PCB aufgebaut wird. Wenn man erkennt dass der Ferrit nicht notwendig ist wird ein 0R gesetzt. Wenn die Suppressordiode nicht notwendig ist wird sie einfach! nicht bestückt. Anders herum: Wenn man die PCB hat ohne Ferrit und man kommt später darauf dass dieser Ferrit doch wichtig ist dann ärgert man sich weil man wieder eine neue PCB benötigt was eben Geld und Zeit kostet. mfg Mike
Beadnoob schrieb: > LC-Filter fliegt aus > Platzgründen raus. Und wieder wird die sinnvolle Lösung von vorneherein ausgeschlossen. Erstens ist eine HF Drossel und ein C nicht groß und zweitens hat man damit die Möglichkeit, durch sinnvolle Dimensionierung selbst Störungen auf der Grundfrequenz des Wandlers zu dämpfen. Ferritperlen verrunden zwar Flanken auf VHF und UHF, sind aber auf niedrigen Frequenzen wirkungslos.
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