Guten Abend, nehmen wir einmal an wir möchten ein Gerät designen das per Steckernetzteil laufen soll, einen Digitalteil (3,3V oder 5V) und einen empfindlichen Analogteil (+-15V) besitzt. Ob das nun Auswertung eines Dehnungsmessstreifens, einer Photodiode oder ein VCA ist soll egal sein, es geht nur um die Theorie. Ziel ist das man in der Analogschaltung nicht "sieht" das sie von einem Schaltregler versorgt wird, die Taktreste müssen unterhalb des Rauschens liegen. Bekommt man den Ausgang der dazu erforderlichen Schaltregler so sauber das man ohne (teure) Tricks wie High PSRR LDO die Analogschaltung problemlos betreiben kann? Ich habe das mal in Spice simuliert, ein 1-Stufiges Pi-Filter schafft wenn es gut Designt ist >60dB Dämpfung. Bei 10mVpp am Ausgang des Reglers sind das dann nurnoch 10uVpp in die Analogschaltung, das ist besser als die meisten Linearregler. Bedenken habe ich aber wegen Störfeldern vom Regler, also nicht Leitungsgebundenen Sachen. Bekommt man das ohne Schirmgehäuse etc. in den Griff über das Layout? Wie würdet Ihr vorgehen, hat jemand von Euch da eventuell Erfahrungen aus der Praxis oder Tipps auf was man ganz besonders achten muss? Danke!
Also ICH würde mir erstmal überlegen, wieviel Störabstand/Rauschabstand ich wirklich brauche. Und danach erst die Schaltung designen. Und wenn du noch nie einen Schaltregler gebaut hast, würde ich an deiner Stelle überhaupt erstmal einen solchen bauen und Erfahrungen sammeln. Übrigens sind Störungen und Rauschen nicht dasselbe. An deiner Stelle würde ich mich erstmal einlesen, was das ist.
Dann ein wenig genauer: Die meisten Analogschaltungen, OPVs etc, haben ja einen PSRR der zu hohen Frequenzen deutlich abnimmt, bei ein paar 100kHz bis xxMHz wird unter Umständen die Störung fast ungedämpft am Ausgang erscheinen. Natürlich ist es eine Frage in welchem Frequenzbereich das zu verarbeitende Signal liegt, ich kann mir aber vorstellen das irgendwelche Mischprodukte dann am Ende doch stören könnten. Oder eben irgendwelche Abgestrahlten Dinge in den Analogteil koppeln. Ich habe mit Absicht keinen Störabstand erwähnt da es um keine konkrete Anwendung geht, das kann alles sein. NF, HF... Ziel ist nur dahin zu kommen wo das Rauschen von "guten" LDOs liegt, sagen wir einfach mal 1-50uVpp. (Also 78xx/317) Lese bitte nochmal was ich geschrieben habe, das Rauschen und Störungen nicht das gleiche sind ist mir natürlich bewusst ;-) Es geht nur darum keine Taktreste am Ausgang zu finden.
Schaltregler schrieb: > Ich habe mit Absicht keinen Störabstand erwähnt da es um keine konkrete > Anwendung geht, Na, dann sage ich mal ganz allgemein: Man kann durch langsame und/oder resonante Schaltvorgange jede Art Schaltregler ruhiger bekommen. Und ganz allgemein sind höhere Schaltfrequenzen leichter passiv zu filtern.
Schaltregler schrieb: > Es geht nur darum keine Taktreste am Ausgang zu finden. In welchem Frequenzbereich liegt denn dein Nutzsignal?
Schaltregler schrieb: > Bedenken habe ich aber wegen > Störfeldern vom Regler, also nicht Leitungsgebundenen Sachen. Da schlage ich Vibrationsempfindlichkeit keramischer Kondensatoren vor, ausreichend nicht-leitungsgebunden? (Stichwort Piezo-Effekt) Die Leiterbahnen könnten sich noch aufgrund Wärme unterschiedlich ausdehnen und tieffrequente Anteile aufgrund Widerstandsänderung einspeisen. Sicher wird auch über die GND-Plane empfangen, wie über jedes Stückchen Leitung. Ein bisschen spezifischer müsstest du schon werden, denn sonst gilt: theoretisch ist alles möglich. Betriebswirtschaftlich sinnvoll ist es meist nicht. Eine Simulation hast du schon, was hält dich davon ab, nicht-leitungsgebundene Effekte gemäß denkbarer Größenordnungen hinzufügen? (Rauschquellen, Gleichspannungen, Störeinstrahlung in Netzfrequenz samt Oberwellen…)
Schaltregler schrieb: > Bekommt man den Ausgang > der dazu erforderlichen Schaltregler so sauber das man ohne (teure) > Tricks wie High PSRR LDO die Analogschaltung problemlos betreiben kann? Ja. Ein LDO bringt übrigens gar nichts, der regelt seinen Pass-Transistor gar nicht so schnell nach. Haupttrick ist, den Schaltzregler mit einer Frequenz laufen zu lassen, für die sich die Analogschaltung schon gar nicht mehr interessiert. 1MHz bei Audio stört nicht mehr, weil Audio 1MHZ sowieso nicht verstärkt. und so wird es auch bei DMS und Photodiode sein. Kann man auch kaufen http://www.funk-tonstudiotechnik.de/SMPS-24T-Info-2-spaltig-neu.pdf
:
Bearbeitet durch User
theoretisch kannst du deine Schaltregler auch über einen Sync-Eingang so synchronisieren, dass es nicht zu ungewollten Schwebungen kommt (falls du mehrere Schaltregler hast). Ferner ist es ebenfalls möglich dafür zu sorgen, dass die Schaltvorgänge immer einen definierten zeitlichen Abstand zur Abtastung mit dem ADC haben (das ist aber vermutlich aber eher viel Aufwand).
Angehängte Dateien:
-
Pi-Filter.png
84 KB
Zuerst vielen Dank für Eure Antworten! >Na, dann sage ich mal ganz allgemein: Man kann durch langsame und/oder >resonante Schaltvorgange jede Art Schaltregler ruhiger bekommen. Und >ganz allgemein sind höhere Schaltfrequenzen leichter passiv zu filtern. Ich konnte einen Regler von LT finden, den LT1777. Da kann man mit einer Induktivität am Schalterausgang die Schaltflanken auf kosten vom Wirkungsgrad ein wenig entschärfen. Mit dem IC sollte die Störausstrahlung ziemlich gering sein schätze ich, das wäre eine gute Basis. >In welchem Frequenzbereich liegt denn dein Nutzsignal? Die Sachen die mich interessieren liegen meistens unter 100kHz, vielleicht aber auch mal ein UKW Radio etc. >Da schlage ich Vibrationsempfindlichkeit keramischer Kondensatoren vor, >ausreichend nicht-leitungsgebunden? (Stichwort Piezo-Effekt) Die >Leiterbahnen könnten sich noch aufgrund Wärme unterschiedlich ausdehnen >und tieffrequente Anteile aufgrund Widerstandsänderung einspeisen. >Sicher wird auch über die GND-Plane empfangen, wie über jedes Stückchen >Leitung. Ich hätte Feldgebunden schreiben sollen ;-) Ground hätte ich jetzt bezüglich Einkopplungen bei gutem Layout für unkritisch gehalten, der Signalteil macht mir da mehr Gedanken. Oder anders ausgedrückt: Ich habe überhaupt keine Erfahrungen wie ernst man Probleme mit Feldgebundenen Störungen bei Schaltreglern bekommen kann. Deshalb hätte ich auf den LT1777 oder ähnliches gesetzt. >Eine Simulation hast du schon, was hält dich davon ab, >nicht-leitungsgebundene Effekte gemäß denkbarer Größenordnungen >hinzufügen? (Rauschquellen, Gleichspannungen, Störeinstrahlung in >Netzfrequenz samt Oberwellen…) Ich glaube das abschätzen von Feldgebundenen Störungen über Spice ist ziemlich sportlich, da geht so viel vom Layout (etc) mit hinein... Ich habe mal angehängt was ich mir vorstelle als Filter nach dem Schaltregler, Grün hinter L1 Rot hinter L2. Die Bauteile stimmen einigermaßen mit echten Bauteilen überein, die Cs sind (ganz normale) ELkos mit 200mOhm ESR, Induktivitäten haben einen DC Widerstand von 200mOhm + 10pF Parallelkapazität. Die Widerstände "killen" die Güte vom Schwingkreis, entschärfen die Resonanzstellen. Ob das in der Praxis auch so gut funktioniert hängt bestimmt vom Aufbau ab. >Ein LDO bringt übrigens gar nichts, der regelt seinen Pass-Transistor >gar nicht so schnell nach. Es gibt von Ti eine Serie von LDOs die bis in den MHz Bereich einen hohen PSRR bieten: https://www.ti.com/product/TPS7A47 Ich vermute so wird das von Dir verlinkte Netzteil auch arbeiten, man sieht ja die (Pi) Filter und rechts die Transistoren vom Längsregler. (SOT223) Aber schwer beidruckend, Respekt vor dem Entwickler! >Haupttrick ist, den Schaltzregler mit einer Frequenz laufen zu lassen, >für die sich die Analogschaltung schon gar nicht mehr interessiert. > >1MHz bei Audio stört nicht mehr, weil Audio 1MHZ sowieso nicht >verstärkt. Ein gutes Beispiel, ich meine mich zu erinnern das frühe und günstige CD-Player Probleme mit Spigelfrequenzen hatten die dann irgendwie in den Audiobereich heruntergemischt wurden. Genau da habe ich bedenken, es ist jedenfalls unschön solchen "Müll" am Eingang eines AD Wandlers z.B. zu haben. >theoretisch kannst du deine Schaltregler auch über einen Sync-Eingang so >synchronisieren, dass es nicht zu ungewollten Schwebungen kommt (falls >du mehrere Schaltregler hast). Ich hätte jetzt eher auf einen Einfachen Filter vor jedem Regler gesetzt um die Störungen lokal zu halten, das würde super aufwendig werden 3 Regler aufeinander zu synchronisieren denke ich? >Ferner ist es ebenfalls möglich dafür zu sorgen, dass die Schaltvorgänge >immer einen definierten zeitlichen Abstand zur Abtastung mit dem ADC >haben (das ist aber vermutlich aber eher viel Aufwand). Das geht sicherlich, bei einem kleinen UKW-Radio z.B. hat man die Möglichkeit aber nicht. Btw, Ich habe gesehen das einige der Regler (wie der LT1777) per PWM oder Puls Skipping die Ausgangsspannung nachregeln. Gibt das nicht jede Menge Störungen im tieferen Frequenzbereich durch diesen "Jitter"?
Schaltregler schrieb: > Das geht sicherlich, bei einem kleinen UKW-Radio z.B. hat man die > Möglichkeit aber nicht. Nicht nur die Schaltung, sondern auch den sinnvollen AUFBAU betrachten! Ein Steckernetzteil weit weg vom Gerät und etwas Ferrit sind manchmal nützlicher als 1000 schaltungstechnische Klimmzüge am falschen Fleck.
Die meisten stellen die Frage umgekehrt: Wie Störarm soll es denn sein? Die Antwort hierauf ist praktisch immer die gleiche: Wie Aufwändig darf es denn sein? Technisch ist hierbei die meist damit verbundene Verzögerung das Hauptproblem.
Es ist ein weitverbreiteter Irrtum zu Glauben dass durch Ausfiltern des HF-ripples EMV-Störungen auf beliebig kleine Werte gebracht werden können. Tatsächlich hat man damit nur symmetrische Störungen angegangen. Asymmetrische Störungen breiten sich weiterhin ungehindert aus, solange man keine wirksamen Gleichtaktfilter einbaut. Dies lernt man dann im EMV-Labor bei der Abnahmemessung.
:
Bearbeitet durch User
>Nicht nur die Schaltung, sondern auch den sinnvollen AUFBAU betrachten! >Ein Steckernetzteil weit weg vom Gerät und etwas Ferrit sind manchmal >nützlicher als 1000 schaltungstechnische Klimmzüge am falschen Fleck. Das es mit dem externen Netzteil steht und fällt ist klar, da kann man auch nicht wirklich viel tun außer es austauschen. Es geht darum das sich der Aufbau nicht durch die internen Schaltregler selbst stört. Ich kann natürlich eine Platine erstellen für mein nächstes Projekt und schauen ob Schaltregler für mein Design in der Praxis ein Problem sind. Meistens sind die Leiterplatten Prototypen aber teuer sodass ich Ausschuss vermeiden will. Sprich: Ich mache mir davor Gedanken wie ich es möglichst störarm bauen kann. Das sind Hobbyprojekte wo nicht jeder € mehrfach umgedreht werden muss, kostet das Netzteil 20€ mit Filter und allem ist das auch OK. Solange es funktioniert. >Die meisten stellen die Frage umgekehrt: >Wie Störarm soll es denn sein? > >Die Antwort hierauf ist praktisch immer die gleiche: >Wie Aufwändig darf es denn sein? Mir Fehlt es an Erfahrung, gerade bei den Feldgebundenen Sachen. Ich habe kein Gefühl wie kritisch sowas werden kann, deshalb auch der Thread. Wie oben geschrieben, das darf auch was kosten. Wichtiger ist mir das ich wenig Ausschuss (Bauteile, Platine...) produziere. >Technisch ist hierbei die meist damit verbundene Verzögerung das >Hauptproblem. Verzögerung? >Es ist ein weitverbreiteter Irrtum zu Glauben dass durch Ausfiltern des >HF-ripples EMV-Störungen auf beliebig kleine Werte gebracht werden >können. Tatsächlich hat man damit nur symmetrische Störungen angegangen. >Asymmetrische Störungen breiten sich weiterhin ungehindert aus, solange >man keine wirksamen Gleichtaktfilter einbaut. Dies lernt man dann im >EMV-Labor bei der Abnahmemessung. Reden wir vom Steckernetzteil oder meinen Reglern? Gleichtaktstörungen sollte es doch nur dann geben wenn Isolierte DC/DC Wandler eingesetzt werden? Ich bin von einem Regler ausgegangen bei dem Ein und Ausgang nicht galvanisch getrennt sind.
Offenbar reden "wir" hier von einenm Steckernetzteil mit nachgeschalteter Elektronik Schaltregler schrieb: > nehmen wir einmal an wir möchten ein Gerät designen das per > Steckernetzteil laufen soll,
Michael B. schrieb: > Ein LDO bringt übrigens gar nichts, der regelt seinen Pass-Transistor > gar nicht so schnell nach. Sicher? Die Störung am LDO-Eingang liegt auf der höheren Spannung, ein LDO arbeitet hier wie ein Tiefpass, da er am Ausgang niedrigere DC-Spannung ausgibt und die Störspannung hier als Vdrop abfällt. Dieser Prinzip (Versorgung für ADC-Trakt) hat in der Praxis bis jetzt immer funktioniert: die Wandlerstörung am Eingang war am Ausgang nicht mehr zu sehen.
Schaltregler schrieb: > Dann ein wenig genauer: > Die meisten Analogschaltungen, OPVs etc, haben ja einen PSRR der zu > hohen Frequenzen deutlich abnimmt, bei ein paar 100kHz bis xxMHz wird > unter Umständen die Störung fast ungedämpft am Ausgang erscheinen. > Natürlich ist es eine Frage in welchem Frequenzbereich das zu > verarbeitende Signal liegt, ich kann mir aber vorstellen das > irgendwelche Mischprodukte dann am Ende doch stören könnten. Oder eben > irgendwelche Abgestrahlten Dinge in den Analogteil koppeln. > > Ich habe mit Absicht keinen Störabstand erwähnt da es um keine konkrete > Anwendung geht, das kann alles sein. NF, HF... > Ziel ist nur dahin zu kommen wo das Rauschen von "guten" LDOs liegt, > sagen wir einfach mal 1-50uVpp. (Also 78xx/317) > > Lese bitte nochmal was ich geschrieben habe, das Rauschen und Störungen > nicht das gleiche sind ist mir natürlich bewusst ;-) > Es geht nur darum keine Taktreste am Ausgang zu finden. Taktreste wirst du IMMER finden. Du kannst nunmal nur mit einem endlichen Faktor dämpfen und Fremdeinflüsse so weit in den Keller treiben daß sie dich nicht mehr stören (naja, auch das hat Grenzen), jedoch nicht perfekt filtern. Sowas geht nur über digitale Weiterverarbeitung, da kann man die Physik mit Mathematik stellenweise bekämpfen, ist aber nicht mehr trivial. Digital zu filtern hat nicht immer nur etwas mit Kosteneinsparungen zu tun. Aber mal ein Praxisbeispiel: Ich bin grad dabei, einen AD-Wandler (14 Bit, 125MS/s) mit einem fertigen FPGA-Board zusammenzutun. Das FPGA-Board hat einen Schaltregler drauf. Auf meine Anfrage beim Hersteller, wieviel Aufwand es wäre das Board extern zu versorgen meinte der Hersteller, daß sie solche AD-Wandler auch mit ihren Boards benutzen und üblicherweise keine Probleme hätten. Also lasse ich den Schaltregler und das Board wie es ist und schau mal, wie sich das macht. Schaltregler schrieb: > Mir Fehlt es an Erfahrung, gerade bei den Feldgebundenen Sachen. Ich > habe kein Gefühl wie kritisch sowas werden kann, deshalb auch der > Thread. > Wie oben geschrieben, das darf auch was kosten. Wichtiger ist mir das > ich wenig Ausschuss (Bauteile, Platine...) produziere. Deshalb schrieb ich ja: Einfach mal einen Prototypen bauen und ausprobieren. Um eben Erfahrungen zu sammeln, die kann man nicht für Geld kaufen. Dennoch wird es oft teuer, keine Erfahrung zu haben.
Oft sieht man an der Versorgung eines OPV 100Ω/100nF zur Siebung.
Evtl. kann der TE hier noch ein paar gute Hinweise entnehmen: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an101f.pdf und die AN70 des gleichen Authors.
Den Schaltregler resonant ausführen (parasitäre komponenten ausnutzen und mit dem ADC-takt synchronisieren)
Gästchen schrieb: > Michael B. schrieb: >> Ein LDO bringt übrigens gar nichts, der regelt seinen Pass-Transistor >> gar nicht so schnell nach. > > Sicher? Natürlich, überlege wie ein LDO funktionietr. > Die Störung am LDO-Eingang liegt auf der höheren Spannung, ein > LDO arbeitet hier wie ein Tiefpass, da er am Ausgang niedrigere > DC-Spannung ausgibt und die Störspannung hier als Vdrop abfällt. Dieser > Prinzip (Versorgung für ADC-Trakt) hat in der Praxis bis jetzt immer > funktioniert: die Wandlerstörung am Eingang war am Ausgang nicht mehr zu > sehen. Der LDO regelt die höhere Eingangsspannung zur niedrigeren Ausgangsspannung in dem der Pass-Transistor gerade so weit aufgesteuert wird, daß beim aktuellen Strom der nötige Spannungsabfall entsteht, der Pass-Transistor ist also ein Widerstand, der seinen Wderstandswert erst ändert, wenn die Regelelektronik nachgeregelt hat. Die Regelelektronik ist für MHz nicht schnell genug, also ist die Ersatzschaltung:
1 | Eingangsspannung --Widerstand--+-- Ausgangsspannung |
2 | | | |
3 | Regler Elko |
4 | | |
5 | Masse |
Der LDO verhält sich genau so, wie dieser passive Tiefpass, und regelt nicht besser. Je geringer der Strom übrigens ist, um so hochohmiger der Pass-Transistor, um so besser der Tiefpass. Ein nicht-LDO ist ein Spannungsfolger
1 | Eingangsspannung |
2 | | |
3 | Referenz --|< |
4 | |E |
5 | +-- Ausgangsspannung |
6 | | |
7 | Kerko |
8 | | |
9 | GND |
dort wirken sich Störungen (Spannungsschwankungen) am Eingang nicht so aus, weil er auch ohne Regelungseingriff die Ausgangsspannung zumindest kurzfristig stabil hält. Daher darf er i.A. einen kleineren Ausgangskondensator bekommen.
Michael B. schrieb: > Je geringer der Strom übrigens ist, um so hochohmiger der > Pass-Transistor, um so besser der Tiefpass. Also widerlegt es doch, dass es nichts bringt? Wenn LDO nichts bringen würde, hätte man doch kaum einen LDO nach einem DCDC nachgeschaltet, aber ich habe bis jetzt keine einzige Schaltung gesehen wo ADC direkt von einem DCDC versorgt wird. Ebenso frage ich mich wie das möglich ist, dass die Ripple-Messung am Eingang und Ausgang eines LDO's es bestätigt, dass Ripple deutlich weniger wird wenn nicht fast verschwindet, wenn LDO doch nichts bringen würde? Deine theoretische Betrachtung ist korrekt, aber da passt was nicht, was man in der Praxis nicht nachvollziehen kann.
Gästchen schrieb: > Also widerlegt es doch, dass es nichts bringt? [ ] Du kannst aus einem Text den Inhalt entnehmen. P.I.S.A. Er bringt nicht mehr, als ein einfacher RC-Filter mit dem C aus dem Ausgangselko.
Michael B. schrieb: > [ ] Du kannst aus einem Text den Inhalt entnehmen. P.I.S.A. > Er bringt nicht mehr, als ein einfacher RC-Filter mit dem C aus dem > Ausgangselko. Wenn eir schon beim Thema P.I.S.A sind (die Themen die sehr gerne nach hinten los gehen), sollte man nicht unterscheiden zwischen "bringt nichts" oder bringt so viel wie ein RC-Filter? :)
Michael B. schrieb: > Er bringt nicht mehr, als ein einfacher RC-Filter mit dem C aus dem > Ausgangselko. Das sind alle LDOs, vor allem die mit Low Noise + Ultra High Pssr nur so viel Wert wie ein einfacher RC - Filter?
oxidator schrieb: > Das sind alle LDOs, vor allem die mit Low Noise + Ultra High Pssr nur so > viel Wert wie ein einfacher RC - Filter? Der normale LDO schon (und sogar schlechter). Was TI bei seinem TPS7A47 macht, keine Ahnung. Wenn ich so was bauen müsste, ich hätte einen Sourcefolger erwartet wie beim normalen Spannungsregler der LDO per erhöhter Gate-Spannung erreicht, erzeugt per switched capacitor Wandler für eine Spannung grösser als die Eingangsspannung, aber deren Innenschaltung sieht normal aus. Gästchen schrieb: > sollte man nicht unterscheiden zwischen "bringt > nichts" oder bringt so viel wie ein RC-Filter? :) Nein, sollte man nicht unterscheiden, denn der Regler bringt nichts, nur das extra drangebaute passive C den ich nicht weglassen würde.
Mal was von einem, der sowas schon gemacht hat. Gekauftes Steckernetzteil dann Überspannungsableiter - Verpolschutz - Ferrit - Filter C-LL-C - Ferrit dann Eigenbau-Schaltregler ± XYZ V - Filter C-LL-C-Ferrit dann Linearregler - C - Gut für << 100 µVss mit Störungen in einem uninteressanten Bereich Der megahertzige Schaltregler ist gut abzufiltern, aber die Lastausregelung ist durch die Filterung etwas eingeschränkt/verlangsamt, daher die nachfolgenden Linearregler. Zur weiteren Filterung tragen diese wenig bei. Die Ferrite braucht man wegen Radio Eriwan & Konsorten Mit "LL" meine ich stromkompensierte Drossel Mit C meine ich Keramik-Kondensatoren (mechanisch nicht belasten, ggf bedrahtet)
Michael B. schrieb: > Der LDO regelt die höhere Eingangsspannung zur niedrigeren > Ausgangsspannung in dem der Pass-Transistor gerade so weit aufgesteuert > wird, daß beim aktuellen Strom der nötige Spannungsabfall entsteht, der > Pass-Transistor ist also ein Widerstand, der seinen Wderstandswert erst > ändert, wenn die Regelelektronik nachgeregelt hat. Grundsätzlich stimme ich Deinen Ausführungen bezüglich des Unterschieds zwischen LDO und normalen Linearregler zu, allerdings nicht bezüglich des gesteuerten Widerstandes. Bei einem MOSFET als Pass-Transistor ist es je nach Arbeitspunkt schon eher ein spannungsgesteuerter Widerstand oder eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Jedoch werden in LDOs vielfach Bipolartransistoren als Pass-Transistoren eingesetzt, d.h. stromgesteuerte Stromquellen. Für ein hochfrequentes (bezogen auf die Regelschleife) Störsignal erfolgt die Ansteuerung des Pass-Transistors in Basisschaltung. Wird die Basis durch den Regler niederohmig angesteuert, z.B. durch einen OP-Ausgang, gibt es also eine ordentliche Spannungsverstärkung des Störsignals. Bei einer hochohmigen Ansteuerung, z.B. einen Basisvorwiderstand, wird es nur zu einer sehr geringen Modulation des Basisstroms und somit das Kollektorstroms kommen. Damit dürfte sich der Transistor tatsächlich wie ein Widerstand verhalten, so dass daraus das beschriebene "RC"-Tiefpassverhalten resultiert. Bei Festspannungsreglern kann man den Basisvorwiderstand möglichst groß wählen, nämlich so groß, dass bei minimal zulässiger Eingangsspannung die Stromverstärkung des Transistors gerade noch ausreicht, den zulässigen Ausgangsstrom zu liefern. Bei einem einstellbaren LDO, der auch für sehr geringe Eingangsspannungen ausgelegt ist, muss aber den Basisvorwiderstand klein sein, d.h. bei hoher Eingangsspannung könnte es also zu der o.a. Verstärkung des Störsignals kommen. Manche moderne Ultra-Low-Noise-LDOs arbeiten aber tatsächlich mit einem MOSFET als Längstransistor, so dass die von Michael B. genannten Eigenschaften durchaus zutreffen, z.B. ADP150 von Analog Devices, den ich z.B. schon in einigen lokalen Stromversorgungen für Oszillatoren eingesetzt habe. LDOs haben generell auch den Nachteil, dass die Eigenstromaufnahme sehr stark ansteigen kann, wenn die Eingangsspannung auf die Soll-Ausgangsspannung oder gar etwas darunter sinkt. Als in den 1980er Jahren des ersten LDOs auf den Markt kamen, gab es einige, die bei Unterspannung am Eingang sogar duchbrannten, weil der Basisstrom zu hoch wurde. Ebenso mochten sie es auch nicht, wenn die Eingangsspannung beim Einschalten zu langsam anstieg, denn dadurch konnte sie ggf. kurzgeschlossen werden.
Angehängte Dateien:
-
DC-DC-Wandler.JPG
110 KB -
DC-DC-Wandler_Schaltplan.png
120 KB -
3Watt_UKW.jpg
64 KB
Praktiker schrieb: > Zur weiteren Filterung tragen > diese wenig bei. Das sehe ich im Prinzip genau so. Ein wenig tragen sie zur Filterung schon noch bei. Bei diesem DC-DC-Wandler ist der Hauptvorteil, dass bei Eingangsspannungen von weniger als 12V DC trotzdem am Ausgang noch sichere 12-15V DC rauskommen. Durch die zusätzliche galvanische Trennung ist man damit vielseitiger in der Anwendung (z.B. Dual-Supply). Die Bestellnummern auf dem Schaltplan stammen von Conrad. Mit diesem Wandler habe ich eine 3 Watt UKW-Endstufe störungsfrei in Antennennähe betrieben (weder Störungen im Wandler noch beim Empfänger).
Sehr schöne Schaltung :) Bitte noch eine 1N4148 in Reihe mit der grünen LED spendieren, damit diese bei Sicherugnsausfall nicht mit zu hoher Sperrspannung gequält wird (= beschädigt).
kann mir mal wer den 4049 umzeichnen? haha - sieht ja keiner durch (wird wohl n FlipFlop sein...)
Andrew T. schrieb: > Bitte noch eine 1N4148 in Reihe mit der grünen LED spendieren, damit > diese bei Sicherugnsausfall nicht mit zu hoher Sperrspannung gequält > wird Ja stimmt, gute Idee, ist zumindest besser als nichts. Äxl (geloescht) schrieb: > kann mir mal wer den 4049 umzeichnen? Das soll eine Treiberstufe für die BUZE sein. Ein Gatter wird als Inverter für die Phasendrehung benötigt und je zwei Gatter sind parallel geschaltet und sollen die beiden MOSFET's einigermaßen niederohmig ansteuern. Ein Gatter bleibt frei.
Ralf L. schrieb: > Das soll eine Treiberstufe für die BUZE sein. Ein Gatter wird als > Inverter für die Phasendrehung benötigt und je zwei Gatter sind parallel > geschaltet und sollen die beiden MOSFET's einigermaßen niederohmig > ansteuern. Ein Gatter bleibt frei. Die Verbindung zw. pin 3 und pin7 ist nicht ganz so gut, denn da sieht der Ausgang des 4060 die Gate-Kapazität des einen FET. Ein bisserl kann man an EMV noch verbessernd schrauben, wenn man Gate-Widerstände spendiert. Das ggfs. im Umschaltmoment beide FET gleichzeitg leiten, ist bei dir nie störend aufgefallen?
Ich behaupte mal ganz ketzerisch, dass das Pferd oft von hinten aufgezäumt wird! Die Probleme die die üblichen kleineren Schaltregler machen sind oft total übertrieben und meistens eine Folge von Design und Aufbaufehlern. Vorausgesetzt, dass der Schaltregler professionell aufgebaut worden ist und mit den Massen nicht gesündigt worden ist, so dass Schaltregler Artefakte nur dort hinein und heraus gelangen wo sie sollen, weiß man anhand der Simulation und Messungen woran man ist. Ein LC Filter am Eingang und Ausgang blockiert die höhere Energie tragenden Anteile. Diese LC Filter macht CMRR der diversen damit versorgten erst richtig möglich weil ohne diese Blockierung die hochfrequenten Anteil nicht ausgeregelt werden können weil die einfach außerhalb der Regelbandbreite von Regelstufen liegen und einfach durchgelassen werden oder nur sehr geringfügig beeinflusst werden. Es ist falsch lineare Bausteine ohne Versorgungsentkopplung zu betreiben. Jeder Stufe (OPV) soll eine RC Entkopplung (VCC/VEE) haben und nicht einfach global die VCC der Stufen mit dem Regler direkt über eine Power Plane zu verbinden. Das ist das falscheste dass man machen kann. Die Schaltung und deren Aufbau und LP muss man immer als Ganzes sehen. Vieles gilt auch fuer die Integration von digitalen Komponenten. In kritischen Designs sollte man auf alle Fälle mit Multilayer LP arbeiten weil nur da sich optimale Verhältnisse etablieren lassen. Ein gewisser Aufwand ist hier notwendig. Sparen am falschen Platz kann sich rächen. In den meisten Designs wäre es besser die einzelnen empfindlichen Stufen des Gesamt Design durch lokale RC Glieder an Ort und Stelle zu entkoppeln. OPV haben in der Regel sowieso gute CMRR. Der springende Punkt ist die Energie der hochfrequenten Anteile durch das LC und RC Filter solcher Stufen auf einen Wert herunter zu bringen so dass die CMRR der betroffenen Stufen damit frequenzabhängig klar kommt und nicht hinterher hinkt; alles andere ist Unfug. Wirklich empfindliche Stufen mit geringer CMRR entkoppelt man am besten mit sorgfältig bemessen PASSIVEN Maßnahmen. Die meisten linearen Reglerstufen kommen da frequenzmäßig nicht nach und Spannungsregler erst recht nicht. Sich alleine auf die Unterdrückungs Fähigkeiten von aktiven Komponenten verlassen zu wollen ist prekär. Nur eine sinnvolle Kombination von passive und aktive (durch Simulation verifiziert) wird Erfolg bringen. Auch ist es in dieser Hinsicht günstig Schaltfrequenzen im höheren Bereich zu wählen. Bei 200khz und höher hat man in den meisten Fällen keine Probleme und passive Entkopplungsmaßnahmen sind sehr wirksam. Es lohnt sich auch immer richtig zu simulieren. Wenn man alle diese Punkte beherzigt, bekommt man Designs die schon beim ersten Einschalten schon richtig funktionieren. Man sollte übrigens nie unnötig schnelle Komponenten wählen weil jene oft gutmütiger auf ihr Umfeld reagieren. Ein Bonus bei Beherzigen solcher Maßnahmen ist, dass auch EMC weise viel weniger schief gehen kann. Ich habe schon einige Designs mit mehreren 24-bit ADC für Dehnungsmessstreifen gemacht und so wie beschrieben gehandhabt und hatte nicht die geringsten Probleme mit Artefakte der Schaltregler. Diese Strategie hat sich für mich immer schon sehr bewährt und ich weiß was praktisch erreichbar ist.
Andrew T. schrieb: > Die Verbindung zw. pin 3 und pin7 ist nicht ganz so gut, denn da sieht > der Ausgang des 4060 die Gate-Kapazität des einen FET. Dann werde ich am Ausgang vom 4060 noch einen 1k Widerstand einsetzen. Andrew T. schrieb: > wenn man > Gate-Widerstände spendiert. Stimmt, ist besser (100R) Andrew T. schrieb: > Das ggfs. im Umschaltmoment beide FET gleichzeitg leiten, ist bei dir > nie störend aufgefallen? Nein. Das liegt vielleicht auch daran, dass diese MOSFET's erst bei 5 Volt voll durchschalten und die Flanke sowieso nur bis 6 Volt geht. Das ist zwar ein bisschen knapp, aber dafür gibt es keine Überschneidungen, die für Minikurzschlüsse sorgen könnten. Leerlaufstromaufnahme = 60mA.
Kann man sich deine 24-bit-Designs irgendwo anschauen Gerhard?
Pan schrieb: > Kann man sich deine 24-bit-Designs irgendwo anschauen Gerhard? Das sind alle industrielle Firmenprojekte. Eher nicht. Aber sonst koenen wir schon darueber reden.
Ralf L. schrieb: > Dann werde ich am Ausgang vom 4060 noch einen 1k Widerstand einsetzen. Bitte nicht dort, da wäre es kontraproduktiv. Es genügt die Verbindung im Schaltbild 3 und 7 am 4049 zu trennen. > Nein. Das liegt vielleicht auch daran, dass diese MOSFET's erst bei 5 > Volt voll durchschalten und die Flanke sowieso nur bis 6 Volt geht. Ja, könnte stimmen. BUZ11 sidn ja keien logic-level Typen. Daher mit der 6 Volt Versorgung: Getreu dem Motto: it's not a bug, it's a feature .
>> wenn man >> Gate-Widerstände spendiert. Die sind im 4049 bereits eingebaut. = the next feature >> Das ggfs. im Umschaltmoment beide FET gleichzeitg leiten, Die PMOS im 4049 haben höheren Ron als die NMOS. => die BUZe werden schneller abgeschaltet als eingeschaltet. = another feature
Schaltregler schrieb: > nehmen wir einmal an wir möchten ein Gerät designen das per > Steckernetzteil laufen soll, Schaltregler schrieb: > Ich habe das mal in Spice simuliert, ein 1-Stufiges Pi-Filter schafft > wenn es gut Designt ist >60dB Dämpfung. Bei 10mVpp am Ausgang des > Reglers sind das dann nurnoch 10uVpp Da hast du aber einen grandiosen Denkfehler gemacht. Wirklich! Also: Das Problem bei den Steckernetzteilen ist NICHT das Ripple der Ausgangsspannung. Das Problem ist die kapazitive Kopplung innerhalb des Übertragers, denn die koppelt eine Gleichtaktstörung von erheblicher Größe auf die Sekundärseite - und das kriegst du mit garnichts wieder weg. Immerhin hast du primär ein du/dt in der Größenordnung von 30..300 V/µs - und das kriecht dir überall hin, weil es eben als Gleichtakt-Störung gegen die allgemeine Masse (bzw. den grüngelben) auftritt. Bei sekundär getakteten Versorgungen, also zuerst Netztrafo+Grätz+Elko und dann der Schaltwandler sieht das wesentlich günstiger aus, aber SO arbeiten die Steckernetzteile nicht. W.S.
>Offenbar reden "wir" hier von einenm Steckernetzteil mit >nachgeschalteter Elektronik Richtig, daran kann ich halt leider nur in soweit etwas ändern das ich bei Störungen ein anderes benutze. >Taktreste wirst du IMMER finden. Du kannst nunmal nur mit einem >endlichen Faktor dämpfen und Fremdeinflüsse so weit in den Keller >treiben daß sie dich nicht mehr stören (naja, auch das hat Grenzen), >jedoch nicht perfekt filtern. Im Idealfall gehen die Taktreste im Rauschen am Ausgang der Analogschaltung unter. Wenn man die Störkomponenten in den Bereich "schieben" kann wo das Rauschen normaler Linearregler liegt ist es aber sicher nicht wirklich kritisch. Ich hatte vor kurzem einen Entzerrverstärker für Plattenspieler zur Reparatur auf dem Tisch, der läuft über ein USB Steckernetzteil, intern ist ein kleiner Traco Schaltregler verbaut der daraus +-9V erzeugt. Aus irgend einem Grund sind noch 2 Batterien drin, der Regler läd sie nur dann nach wenn das Gerät eingeschaltet ist, komisch aber OK. Geräuschspannungsabstand 75dB(A) bez. auf 0.5mV bei 61dB Spannungsverstärkung. (Leider keine Messbandbreite angegeben) Sonst keine (!) weiteren Filter, ich hätte davor nicht gedacht das sowas überhaupt geht. Laut Spice ist ein gut gemachte Pi-Filter aber schon sehr effektiv. >Deshalb schrieb ich ja: Einfach mal einen Prototypen bauen und >ausprobieren. Um eben Erfahrungen zu sammeln, die kann man nicht für >Geld kaufen. Dennoch wird es oft teuer, keine Erfahrung zu haben. Darauf wird es hinauslaufen, ich will nur versuchen davor schon mögliche Felerquellen zu vermeiden. Ich organisiere mir mal Fertige Störarme Schaltreglermodule und schaue wie sauber ich den Ausgang mit Pi Filter bekommen kann. Gibt von Traco störarme, zumindest was die Leitungsgebundenen Störungen angeht. (TVN 5WI) >Oft sieht man an der Versorgung eines OPV 100Ω/100nF zur Siebung. Habe ich auch schon gesehen, ist oft aber nicht machbar. >Evtl. kann der TE hier noch ein paar gute Hinweise entnehmen: Danke, auf jeden Fall! >dort wirken sich Störungen (Spannungsschwankungen) am Eingang nicht so >aus, weil er auch ohne Regelungseingriff die Ausgangsspannung zumindest >kurzfristig stabil hält. Daher darf er i.A. einen kleineren >Ausgangskondensator bekommen. Ich habe schon etwas ähnliches simuliert, statt dem speziellen LDO der solche Störungen dämpfen kann sollte auch sowas gehen. http://www.epanorama.net/documents/telecom/gyrator.html Sieht in Spice auch nicht schlecht aus, hat aber andere Nachteile. (Spannungsabfall, Innenwiderstand wird höher) >Gut für << 100 µVss mit Störungen in einem uninteressanten Bereich Das ist schon ziemlich gut, hast Du im Kopf wie hoch die Störungen vor dem Filter sind? >Der megahertzige Schaltregler ist gut abzufiltern, aber die >Lastausregelung ist durch die Filterung etwas eingeschränkt/verlangsamt, >daher die nachfolgenden Linearregler. Zur weiteren Filterung tragen >diese wenig bei. Das ist interessant, ob das auch bei dem oben verlinktem Schaltnetzteil so gelöst ist? Gleichtaktfilter sehe ich da auch nicht wirklich. Wenn man nicht gerade riesige Ströme auf der Analogseite braucht sehe ich die Linearregler aber als unnötig an. Kommt auch darauf an wie gut der Schaltregler Lastwechsel wegstecken kann und auf den DC-Widerstand der Induktivitäten. >Mit diesem Wandler habe ich eine 3 Watt UKW-Endstufe störungsfrei in >Antennennähe betrieben (weder Störungen im Wandler noch beim Empfänger). Im Grunde ist ja das einzige was Störungen wirklich dämpft der Pi-Filter. Ziemlich schön zu wissen das sowas reichen kann, Danke! >Ich behaupte mal ganz ketzerisch, dass das Pferd oft von hinten >aufgezäumt wird! Vermute ich auch, habe aber wie gesagt 0 Erfahrungen und bin über jeden Hinweiß dankbar. >Das Problem bei den Steckernetzteilen ist NICHT das Ripple der >Ausgangsspannung. > >Das Problem ist die kapazitive Kopplung innerhalb des Übertragers, denn >die koppelt eine Gleichtaktstörung von erheblicher Größe auf die >Sekundärseite - und das kriegst du mit garnichts wieder weg. Immerhin >hast du primär ein du/dt in der Größenordnung von 30..300 V/µs - und >das kriecht dir überall hin, weil es eben als Gleichtakt-Störung gegen >die allgemeine Masse (bzw. den grüngelben) auftritt. Irgendwie machbar muss es ja sein, diverse HiFi Geräte, Messgeräte (Scope, DDS Funktionsgenerator...) und ähnliches kommen ja damit problemlos zurecht. Ich habe mir jetzt einmal bewusst die Sachen herausgesucht welche über Analoge Schnittstellen mit anderen Geräten verbunden werden sodass Gleichtaktstörungen in die Verbindungsleitungen koppeln könnten. Liefern die Hersteller "bessere" Netzteile mit welche solche Störungen nur gering auftreten mit oder kann man da etwas mit Gleichtaktdrossel, Ferrit (etc.) am Versorgungseingang reisen?
Fuer weniger Stoerungen verwendet man keine Sperrwandler sondern Resonanzwandler und kann dadurch Aufbauten mit besonders niedrigen kapazitiven Kopplungen erreichen.
Angehängte Dateien:
-
AN29-JimWilliam.png
58 KB
Hier ein Beispiel eines Schaltreglers mit 200 uV Peak-Peak aus der AN29 von Jim Williams. Das ist im Prinzip die Schaltung für den UKW Verstärker weiter oben. Der wichtigste Trick liegt darin, dass die Transistoren eher langsam schalten (in dem Fall sogar noch BJT). Dann entstehen keine zu hochfrequenten Störungen, die man nicht mehr rausfiltern kann. Der Wirkungsgrad ist damit leider nicht sehr gut. In der AN29 und AN118 gibt es eine ganze Reihe von weiteren Schaltungen. Irgendwo gibt es auch noch eine App Note für Resonanzwandler, die lassen sich aber nicht so einfach regeln. Die Schaltimpulse kann man mit niederfrequenten PI Filtern und Linearen Reglern nicht wesentlich filtern, da die HF durch die parasitären Kapazitäten einfach durchmarschiert, und die Störungen of Gleichtakt sind. Zum Glück ist es für Audio und NF gar nicht notwendig zu filtern, da die Schaltfrequenzen nicht hörbar sind. So ein 200 kHz Schaltnetzteil hat auch keinen 100 Hz Brumm, und ist oft besser geeignet als ein Trafonetzteil.
Bezüglich der kapazitiven Kopplung des Übertragers im DCDC-Design werfe ich mal das Fluke 7000/7001-Design (10V Metrologie-Referenzspannungsquelle) in die Runde: https://www.eevblog.com/forum/metrology/teardown-voltage-standards/msg902910/#msg902910 Es wird dabei ein Übertrager mit sehr geringer kapazitiver Kopplung verwendet, basierend auf dem Patent von John Pickering: https://patentimages.storage.googleapis.com/5f/e1/ee/47fc6814f087b6/EP0864165B1.pdf
> Zum Glück ist es für Audio und NF gar nicht notwendig zu filtern, > da die Schaltfrequenzen nicht hörbar sind. Das ist der entscheidende Punkt. Man sollte sich darueber im klaren sein welchen Frequenzbereich man sich sauber halten muss. Allerdings muss man bei modernen Schaltreglern auch wieder aufpassen weil die wegen Stromersparnis gerne in einen lueckenden Betrieb gehen. Die koennen dann abhaengig von der Last Stoerungen durch den gesamten Audiobereich liefern. Olaf
knukki schrieb: > theoretisch kannst du deine Schaltregler auch über einen Sync-Eingang so > synchronisieren, dass es nicht zu ungewollten Schwebungen kommt (falls > du mehrere Schaltregler hast). Du kannst sogar noch einen Schritt weiter gehen und den Schaltregler kurz ausmachen wenn der AD-Wandler am Elektrometerverstärker sampled. In der Messphase ist dann Ruhe, und danach werden die Elkos wieder aufgefüllt.
Dieter schrieb: > Resonanzwandler ... Aufbauten ... niedrigen kapazitiven Kopplungen Wo es mal nicht um "seltene" Meßvorgänge geht und/oder mehr Leistung gefordert ist, ist der LLC-Konverter äußerst beliebt. Der Überträger ist durch die Integration der Längsinduktivität ohne Prob. mit einer Zweikammerwicklung realisierbar, was die Kapazität extrem vermindert. Noch dazu erlaubt das Prinzip je nach Dimensionierung lange Totzeiten (bietet Zeit für langsame Umladung), in weitem Bereich, ohne gleich fürchterlich ineffizient werden zu müssen dabei. Genial.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.