Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spule bei Schaltregler wird heiß


von Philipp L. (viech)



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Hallo zusammen,

ich habe folgende Schaltung aufgebaut, welche angeblich 5V/3A liefern 
soll:
https://webench.ti.com/power-designer/switching-regulator/customize/1?noparams=0

Das ganze läuft ohne Last auch ganz gut bei 4.92V.
Bereits bei 1,2A Ausgangsstrom wird die Spule+Schaltregler heiß und die 
Spannungs bricht auf 4,6V ein.
Bei 2A schaltet sich der Regler nach wenigen Sekunden Aus/Ein/Aus...
Von den 3A sind wir also weit enfernt.

Anbei zwei Bilder des Schaltreglerausgangs/Spuleneingangs, sowie das 
Layout.
Ich habe das Layout mit/ohne ratsnest hochgeladen, da man sonst 
vermutlich nix erkennt (ist so vermutlich schon nicht selbsterklärend).
Im groben ist es so:
Vorderseite: Schaltregler/Spule
Rückseite: Kondensatoren und Feedback Widerstände.

Kann ein erfahrener Elektroniker evtl. schon ein Problem erkennen?
Ich habe die empfohlene Spule genommen, die Kondensatoren sind 
vielschicht/Keramik.

ich freue mich auf eure Unterstützung !

Gruß,
Philipp

: Verschoben durch User
von Carl (Gast)


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Ist die Spule für die Ströme ausgelegt? Bei dem Strom muss auch genügend 
magnetisches Material vorhanden sein, dass die Spule nicht in die 
Sättigung geht.

von Philipp L. (viech)


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Ja die Spule hat 2,2uh / 4,3A Nennstrom / 6,1A Sättigung
Das ganze läuft auch wie bei TI angegeben bei 2Mhz (siehe Anhang 
"Spuleneingang bei 1,2A).

ich hatte gehofft, das jemand aus dem Oszillogramm sehen kann, ob es ein 
Problem mit der Sättigung gibt.
Oder an welchen Stellen ich messen soll.

Gruß,
Philipp

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Dein Problem dürfte die hohe Schaltfrequenz sein - Du arbeitest ja bei 
2MHz, das erhöht die Schaltverluste.

Das Aus/ein wird sich wohl durch den integrierten thermischen Schutz 
ergeben.

von Michael K. (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Spule+Schaltregler heiß

Du baust hohe Kapazitäten im Layout auf, die dann mit 2Mhz gespeist 
werden.
Keine Masseflächen unter der Spule und zwischen den Anschlüssen.
Alles was schnell geschaltet wird muss ausreichend Abstand zur Masse 
haben.

Das Center Pad von dem TI ist Wärmeabfuhr.
Verpass dem Thermovias und Kühlfläche auf der Rückseite.

Du hast kein Spulenproblem.
Das ist der Schaltregler der in den Eigenschutz geht.
Erst die Peakstrombegrenzung (spg Einbruch), danach der thermische 
Schutz.

von Gustl B. (-gb-)


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Wo sind denn C9 und C10 und wie sieht die Masseverbindung aus? Also die 
Schleife aus Ausgang der Spule über die Kondensatoren über Masse zurück 
zum IC sollte möglichst kurz und niederohmig sein. Ich sehe da zwar viel 
geflutete Masse, aber nur wenige Vias.

von Julian B. (julinho)


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Die Oszibilder sehen erst mal normal aus, beim ersten Bild ist der 
Wandler im lückenden Betrieb, bei zweiten im synchronen Betrieb.

Was nicht so optimal ist ist deine Masseführung, wenn ich es recht sehe 
hast du die Verbindung von Top und Bottom GND-Layer im gelben Kreis?
Das sind dann ziemlich lange Massewege.
Wie groß ist eigentlich deine Eingangsspannung?
Hast du mal den Wirkungsgrad berechnet, den dein Wandler hat?

von Schlumpf (Gast)


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R18/19 und C14 würde ich so nahe wie möglich am FB-Pin des Reglers 
platzieren.

Die Leitung zwischen dem Spannungsteiler und dem FB Pin ist sehr 
hochohmig. Wird hier eine Störung induziert, so versucht der Regler das 
sofort auszuregeln, was sogar zu einem Aufschwingen führen kann.

Lieber die 5V am Ausgang der Spule quer über die Leiterplatte führen 
(die lassen sich nicht so leicht stören) und dann erst nahe am Regler 
teilen.

Evtl kannst du mal versuchen, den Spannungsteiler niederohmiger zu 
machen, oder ihn nahe am FB-Pin fliegend zu verdrahten.

Nur um zu sehen, ob es in diese Richtung geht.

von Philipp L. (viech)


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Michael K. schrieb:
> Das Center Pad von dem TI ist Wärmeabfuhr.
> Verpass dem Thermovias und Kühlfläche auf der Rückseite.

Ja, aber der geht bei 2A nach wenigen Sekunden in die Begrenzung.
Er hat ja links rechts jeweisl die GND-Fläche zur Abfuhr.
Natürlich bringen Thermovias und Massefläche auf der Rückseite noch 
mehr,
aber da es nach wenigen sekungen "kracht", ist dies allein evtl. nocht 
nicht das Rätsels Lösung?

> Das ist der Schaltregler der in den Eigenschutz geht.
> Erst die Peakstrombegrenzung (spg Einbruch), danach der thermische
> Schutz.
Ja, aber was mache ich dagegen?

> Du baust hohe Kapazitäten im Layout auf, die dann mit 2Mhz gespeist
> werden.
> Keine Masseflächen unter der Spule und zwischen den Anschlüssen.
Kapazitäten sind doch immer auch im Ausgang enthalten, macht da die 
Massefläche unter der Spule noch etwas aus?

> Alles was schnell geschaltet wird muss ausreichend Abstand zur Masse
> haben.
Okay, dann lasse ich die Massefläche auf der Rückseite weg.
Die Fläche Vin auf der Vorderseite auch weglassen?

Mir sind noch 2 Dinge aufgefallen:

1:Kondensator
im Webench sind beim Ausgang 2x47uf angegeben, welche ich auch verbaut 
habe.
Im Datenblatt des LMR23630 sind für 2Mhz und 2,2uH jedoch nur 1x33uF 
angegeben.
Kann dies auch ein Problem sein?
ich habe dafür "X5R-G1206 47/6" verwendet, ist das okay oder muss ich da 
auf etwas besonderes achten?
https://www.reichelt.de/smd-vielschichtkondensator-g1206-47-f-6-3v-x5r-g1206-47-6-p89743.html

2:Diode
Ich wollte mir die Regeln von Lothar Miller an meinem Layout ansehen 
(siehe Anhang).
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler
Dabei ist mir aufgefallen, dass es keine Diode gibt (ist intern im LMR 
?)

Gruß,
Philipp

von hinz (Gast)


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Philipp L. schrieb:
>> Keine Masseflächen unter der Spule und zwischen den Anschlüssen.
> Kapazitäten sind doch immer auch im Ausgang enthalten, macht da die
> Massefläche unter der Spule noch etwas aus?

man Wirbelstrom.

von W.S. (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Ja, aber der geht bei 2A nach wenigen Sekunden in die Begrenzung.

Hast du das Datenblatt des Chips gelesen? Nein, hast du NICHT - 
jedenfalls nicht gründlich genug.

Der Ausgangtransistor kann maximal 3 Ampere abgeben, mehr ist nicht 
drin. Siehe Abschnitt 7.3 und die dortige Tabelle.

Und was sagt dir das?

Du kannst NICHT erwarten, so einem Schaltregler einen Ausgangsstrom von 
3 Ampere abzuverlangen. Die 3 Ampere sind Ausgangsstrom PLUS 
Ripplestrom. Jetzt könnte man ja durch eine größere Induktivität der 
Drossel den Ripplestrom reduzieren und damit näher an die 3 Ampere 
herankommen, aber dabei muß der Chip dann auch unter einer größeren Last 
einschalten, was ihm weitere Schaltverluste einbringt.

Aus dem Diagramm auf Seite 1 kannst du sehen, daß dieser Regler 
eigentlich für etwa 1 Ampere gedacht ist und bei höherem Ausgangsstrom 
im Wirkungsgrad abstürzt. Du hast an Rdson typisch 0.180 Ohm für den 
Schalttransistor und 0.1 Ohm für den Klemmtransistor.

Um dein Problem etwas abzumildern schalte mal ne gute 3 Ampere 
Schottky-Diode zwischen SW und GND. Kann ja sein, daß die dann einen 
guten Teil der Abwärme übernimmt. Und entferne den Widerstand an RT, 
damit der IC bei 400 kHz schaltet. Das dürfte deine Schaltung entlasten.

W.S.

von etaut (Gast)


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Michael K. schrieb:
> Alles was schnell geschaltet wird muss ausreichend Abstand zur Masse
> haben.

Kannst du darauf bitte genauer eingehen, vor allem was mit schnell und 
ausreichend Abstand gemeint ist? Ich hab es bislang immer so gehalten, 
dass ich versucht habe die Stromschleifenimpedanz gering zu halten und 
daher auch bei Schaltreglern unter der Spule und direkt daneben mit 
Masse (und vielen Vias) geflutet habe.

Wie wirkt sich zu geringer Abstand denn aus? Ist das aus EMV technischer 
Sicht suboptimal oder gibt es da andere Gründe für diese Aussage?

Vielen Dank schon mal im Voraus,
lg

von lay -down instead of -out? (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Kapazitäten sind doch immer auch im Ausgang enthalten, macht
> da die Massefläche unter der Spule noch etwas aus?

Wie hinz schon sagte: Wirbelstroeme, entstanden durch magnetische
Einkopplung von Spule in Kupferflaeche. So ein veraenderliches
Magnetfeld induziert eben Stroeme in Leiter(schleife)n.

Außerdem hat man parasitaere Elemente (egal ob C oder L) nur in
den wenigsten Faellen direkt parallel zu einem diskreten Bauteil
gleicher Art - wie kommst Du darauf? Weißt Du gar nichts davon?

Du unterschaetzt das alles ganz gewaltig. Probleme bekommt man
nicht allein durch hohe Leistung (V*A) an Ein- und/oder Ausgang.

Sondern es reicht allein schon hoher Strom (den man eben bei so
niedriger Spannung hat, auch wenn die Leistung "ueberschaubar"),
und im Besonderen dessen Aenderungsgeschwindigkeit (dI/dt). Bei
so hoher Schaltfrequenz muß man ja auch steilflankig schalten.

Ich empfehle Dir ganz dringend, mit weit geringerer Frequenz
erste Erfahrungen mit Schaltreglern zu sammeln - evtl. 150kHz
oder noch weniger, da sind wenigstens die Effekte viel einfacher
beherrschbar.

Schwierig ist allgemein:

Hohes Transformations- also Uebersetzungsverhaeltnis (bei einem
nichtisolierten Drosselwandler = extremer Tastgrad = extrem hoher
Spitzenstrom); hohe Stroeme allgemein; hohe Flankensteilheit beim
Schalten (was aber bei 2MHz weitgehend unumgaenglich ist).

Du kannst also z.B. viel leichter 60VDC zu 40VDC @ 100W wandeln,
als z.B. 16VDC zu 3,3VDC @ 30W. Nicht die Leistung allein zaehlt.

Recherchiere mal ganz intensiv, belese Dich gruendlich. Klar kann
man mit Hilfe der User hier das Ding zum Laufen kriegen, aber ich
zweifle an, daß das automatisch dazu fuehrt, daß Du es zukuenftig
(zumindest fast/annaehernd) "alleine schaffst". Es waere naemlich
angesichts Deines Wissensstandes viel Arbeit, Dir das noetige erst
mal beizubringen. Das ist -ernsthaft- Deine eigene Aufgabe.

https://www.torexsemi.com/technical-support/application-note/design-guide-for-dcdc-converter/selecting-switching-frequency/

und hier weiter, variiere auch gerne die Suchwoerter

https://www.google.com/search?ei=rCO2XKjnLIPOwALEsKDwCA&q=layout+guidelines+low+voltage+high+frequency+MHz+buck+step+down&oq=layout+guidelines+low+voltage+high+frequency+MHz+buck+step+down&gs_l=psy-ab.3...11531.12573..15288...0.0..0.441.1036.0j2j0j1j1......0....1..gws-wiz.......0i71j35i304i39.dObHk2NzlKQ

von lay -down instead of -out? (Gast)


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W.S. schrieb:
> Um dein Problem etwas abzumildern schalte mal ne gute 3 Ampere
> Schottky-Diode zwischen SW und GND. Kann ja sein, daß die dann
> einen guten Teil der Abwärme übernimmt.

Ja, wuerde sie wohl, aber das ist hier doch imho Symptomdokterei.
Philipp fehlt doch wirklich eine gute Portion Grundlagenwissen.
Diese Schaltung zu verbessern fuehrt aber nicht direkt dort hin.

von Armin X. (werweiswas)


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lay -down instead of -out? schrieb:
> Ja, wuerde sie wohl, aber das ist hier doch imho Symptomdokterei.
> Philipp fehlt doch wirklich eine gute Portion Grundlagenwissen.
> Diese Schaltung zu verbessern fuehrt aber nicht direkt dort hin.

Ja schon
Es ist aber auch ein schönes Beispiel dafür wie man es NICHT machen 
sollte und der interessierte und aufmerksame Leser kann dabei wetvollle 
Hinweise mitnehmen die man so eben nicht so offensichtlich bekommt.

von Schlumpf (Gast)


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W.S. schrieb:
> Du kannst NICHT erwarten, so einem Schaltregler einen Ausgangsstrom von
> 3 Ampere abzuverlangen. Die 3 Ampere sind Ausgangsstrom PLUS
> Ripplestrom.

Ist das so?
Im DB steht auch 3A continuous current.
Und die Beispielschaltung ist für 5V/3A ausgelegt.

Ich habe schon einige TI Regler in der Mangel gehabt und bisher konnten 
alle damit entwickelten Schaltungen dann auch kontinuierlich den Strom 
am Ausgang liefern, der ganz oben in der Kopfzeile des DB fett angegeben 
ist.

Ich denke schon, dass der Regler das kann. Vielmehr wird der Wurm im 
Layout / Schaltung zu suchen sein.

von Jingis (Gast)


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Die Schaltung tut was sie soll. Bei 10 Watt Ausgangsleitung und einem 
angenommen Wirkungsgrad von 90% werden ca. 1 Watt in Wärme umgesetzt. 
Dass der kleine Schaltregler dabei affenheiss wird und abschaltet ist 
logisch und nicht änderbar.

von hinz (Gast)


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Jingis schrieb:
> Die Schaltung tut was sie soll. Bei 10 Watt Ausgangsleitung und
> einem
> angenommen Wirkungsgrad von 90% werden ca. 1 Watt in Wärme umgesetzt.
> Dass der kleine Schaltregler dabei affenheiss wird und abschaltet ist
> logisch und nicht änderbar.

Von dem einen Watt geht aber ein Teil auf das Konto von Speicherdrossel 
und Siebkondensatoren. Und wenn man ins Datenblatt schaut, dann ist bei 
Verwendung des Thermal Pad der Wärmewiderstand so schlecht nicht. Der 
Chip dürfte nicht viel mehr als Handwarm werden.

von soso... (Gast)


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W.S. schrieb:
> Der Ausgangtransistor kann maximal 3 Ampere abgeben, mehr ist nicht
> drin. Siehe Abschnitt 7.3 und die dortige Tabelle.

Nö, das geht schon.

Das Peak Stromlimint beträgt Minimum 3,8A. Damit sind 3A problemlos 
machbar (wenn auch mit einer größeren Drossel verbunden). Auch die FET 
(105mOhm Lowside) sagen ja zu 3A. Wenn TI 3A reinschreibt, dann bekommt 
man das auch Nennstrom raus (korrekte Auslegung vorausgesetzt).

Wo der Hase im Pfeffer liegen könnte, ist die Schaltfrequenz. 2MHz sind 
hier zuviel. Auch solche Regler haben Schaltverluste. Reduzier die 
Auslegung mal auf, sagen wir, 800kHz. Das dürfte deutlich kühler werden.

Das Problem wurde im Endeffekt ja genannt - Verluste durch Wirbelströme 
und Kapazitäten etcpp. Und die treten bei jedem Schaltvorgang auf. 
Doppelt so schnell - doppelt so viel.

Die Erfahrung sagt mir auch: Spannungen >12V und Schaltfrequenzen >>1MHz 
sind nur möglich, wenn man sich viel Mühe mit kleinen Bauteilen und dem 
Layout gibt. Sonst wirds schnell knusprig.

Hohe Spannungen und hohe Schaltfrequenzen gehen nicht gut zusammen.

PS:
Ich durfte schon viele Webbench-Designs debuggen. Unerfahrene Leute 
neigen dazu, diesem Tool viel zu viel Vertrauen zu schenken. Dabei gilt 
wie immer: Garbage in -> Garbage out.
Das ist ja wirklch toll, aber nur wenn man sich mit Schaltreglern 
einigermaßen auskennt. Wenn man sich aber gut genug auskennt, ist man 
mit dem Taschenrechner oder Excel auch nicht viel langsamer.

von Schlumpf (Gast)


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soso... schrieb:
> Ich durfte schon viele Webbench-Designs debuggen. Unerfahrene Leute
> neigen dazu, diesem Tool viel zu viel Vertrauen zu schenken. Dabei gilt
> wie immer: Garbage in -> Garbage out.

Wobei die Simulationsergebnisse in Webbench sich schon ganz gut mit der 
Realität decken.. So zumindest meine Erfahrung.
Aber ja, ich habe auch noch nie ein Design 1:1 von Webbench übernommen, 
sondern immer manuell optimiert.
Webbench bietet einen guten Startpunkt für ne Dimensionierung, aber es 
entbindet einen nicht von der Simulation und Studium des Datenblattes.

von soso... (Gast)


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Schlumpf schrieb:
> Wobei die Simulationsergebnisse in Webbench sich schon ganz gut mit der
> Realität decken.. So zumindest meine Erfahrung.
> Aber ja, ich habe auch noch nie ein Design 1:1 von Webbench übernommen,
> sondern immer manuell optimiert.
> Webbench bietet einen guten Startpunkt für ne Dimensionierung, aber es
> entbindet einen nicht von der Simulation und Studium des Datenblattes.

Mein Hauptproblem mit Webbench ist eigentlich nur, dass es nur mit 
TI-Reglern funktioniert. In der Arbeit spielt sich das nicht, wenn man 
Cents zählen muss.

Naja, Für Bastler gilt das selbstverständlich nicht, da stören 20 Cent 
mehr ja nicht.

von Philipp L. (viech)


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Es ist ja in ordnung das mit fehlendes Wissen über Schaltregler 
"angelastet" wird.
Aber ich bin davon ausgegangen, dass ein Design aus dem Webench 
übernommen werden kann und dann auch zumindest einigermaßen 
funktioniert.
1A ansatt 3 ist aber schon grob daneben.

lay -down instead of -out? schrieb:
> Es waere naemlich
> angesichts Deines Wissensstandes viel Arbeit, Dir das noetige erst
> mal beizubringen. Das ist -ernsthaft- Deine eigene Aufgabe.
Naja, z.B. bei einfachen C-Fragen sehe ich das durchaus ein und gebe zu, 
das oft (mich eingeschlossen) zu schnell gefragt wird.
Aber bei einem (wie ich finde) komplexen Teil wie einem Schaltregler 
wird man doch wohl euch erfahrene Elektroniker fragen dürfen?

So, wieder zum Thema :-)

Ich habe diese Schaltung ausgesucht, da sie mit 2Mhz und 2,2uH ein 
minimales Footprint hat und ich leider kein Platz für eine 10uH Spule 
mit 12x12mm oder größer habe.

Im Datenblatt steht in der Tbelle: 2,2uh bei 2 Mhz
Wenn ich die Frequenz herabsetze, muss die Spule größer werden -> kein 
Platz.
Ich werde aber auf die Suche nach einer 10uH Spule mit kleiner 
Grundfläche gehen, welche dann evtl. nur in der Höhe steigt und ich so 
die Frequenz verringen kann ohne Platzprobleme zu bekommen.
-> Bin für Hinweise natürlich dankbar !!
Ihr scheint ja schon viele Erfahrungen damit zu haben.

Kann sich evtl. noch jemand meiner Frage nach der Kapazität widmen:
im Webench sind beim Ausgang 2x47uf angegeben, welche ich auch verbaut
habe.
Im Datenblatt des LMR23630 sind für 2Mhz und 2,2uH jedoch nur 1x33uF
angegeben.
Kann dies auch ein Problem sein?
ich habe dafür "X5R-G1206 47/6" verwendet, ist das okay oder muss ich da
auf etwas besonderes achten?
https://www.reichelt.de/smd-vielschichtkondensator-g1206-47-f-6-3v-x5r-g1206-47-6-p89743.html?r=1

Folgende Verbesserungen entnehme ich den Beiträgen:
- Mehr via`s in der Massefläche = Wege für Gnd verringern
- Thermovias für den Schaltregler
- zusätziche Schottky Diode einbauen (entlastet den Schaltregler)
- FB Leitung verkürzen (wobei die aktuell nur max.0,5cm lang sein 
dürfte)
- Massefläche unter der Spule entfernen
- **wenn möglich eine größere Induktivität = Frequenz verringern

Bisher noch nicht genannt:
Soll ich evtl. auch für die Spulenpads größere Flächen zur Kühlung 
vorsehen oder stört das eher (Hier ist ja einiges an Schwingungen 
vorhanden).
Wobei im DB ja auch ein Desgin mit etwas größerer Fläche vorgeschlagen 
wird.

Können diese Verbesserungen denn wirklich die Lösung sein?
Die ganze Schaltung ist ja aktuell auf ca.1cm² untergebracht.
Spielen hier die sowieso schon minimalen Leitungswege wirklich noch eine 
Rolle?

Der Wirkungsgrad liegt aktuell bei nur ~70%
Eingang: 19,98V/0,372A = 7,4W
Ausgang 4,6V/1.12A = 5,15W

Wichtig:
Bisher schonmal vielen Dank für die zahlreichen Verbesserungsvorschläge!
Ich bin über weitere Hinweise natürlich sehr dankbar !
Sorry, falls die Fragen auch wieder in den Anfängerbereich fallen..

Auf jedenfall ein super Forum !

Gruß,
Philipp

von Arno H. (arno_h)


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Philipp L. schrieb:
>
> Kann sich evtl. noch jemand meiner Frage nach der Kapazität widmen:
> im Webench sind beim Ausgang 2x47uf angegeben, welche ich auch verbaut
> habe.
> Im Datenblatt des LMR23630 sind für 2Mhz und 2,2uH jedoch nur 1x33uF
> angegeben.
> Kann dies auch ein Problem sein?
> ich habe dafür "X5R-G1206 47/6" verwendet, ist das okay oder muss ich da
> auf etwas besonderes achten?
> 
https://www.reichelt.de/smd-vielschichtkondensator-g1206-47-f-6-3v-x5r-g1206-47-6-p89743.html?r=1
>
> Gruß,
> Philipp

Nach Datenblatt hast du nur 2 mal ~18µF verbaut, siehe 
DC-Bias-Characteristics. 10 oder 16V-Typen wären da besser, vielleicht 
gibts ja was im 1210er Format.
Der Temperaturbereich ist auch nicht berauschend.
Für weniger schlimm halte ich den Betrieb oberhalb der SRF, lasse mich 
da aber gern eines Besseren belehren.

Arno

von lay -down instead of -out? (Gast)


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Arno H. schrieb:
> Für weniger schlimm halte ich den Betrieb oberhalb der SRF, lasse mich
> da aber gern eines Besseren belehren.

Das ist einer der schlimmsten Punkte, die voellig falsche BE-Wahl.

Armin X. schrieb:
> Ja schon
> Es ist aber auch ein schönes Beispiel dafür wie man es NICHT machen
> sollte und der interessierte und aufmerksame Leser kann dabei wertvolle
> Hinweise mitnehmen die man so eben nicht so offensichtlich bekommt.

Aber der Mann glaubt tatsaechlich, es sei mit'n paar Peanuts getan.

Philipp L. schrieb:
> lay -down instead of -out? schrieb:
>> Es waere naemlich
>> angesichts Deines Wissensstandes viel Arbeit, Dir das noetige erst
>> mal beizubringen. Das ist -ernsthaft- Deine eigene Aufgabe.
> Naja, z.B. bei einfachen C-Fragen sehe ich das durchaus ein und gebe zu,
> das oft (mich eingeschlossen) zu schnell gefragt wird.
> Aber bei einem (wie ich finde) komplexen Teil wie einem Schaltregler
> wird man doch wohl euch erfahrene Elektroniker fragen dürfen?

Falls einzelne Fragen / Teilthemen - klar, das darf man nicht nur, 
sondern dazu ist so ein Forum da... Nur "ersetzt" es nicht eig. Studium.

Also bitte tu nicht so, als haette ich behauptet, es gaebe "zu wenig 
Grund, um eine Frage zu stellen" - das krasse Gegenteil ist der Fall, 
der Probleme sind mit Abstand zu viele, und Erklaerungen wuerden bis hin 
zu einigen DinA4 Seiten Text umfassen muessen!

> So, wieder zum Thema :-)

Das ist das Thema, bzw. ein moegliches (empfehlenswertes) Thema. Es 
geht nicht darum, daß Du eine simple Kleinigkeit noch falsch verstehst, 
und das sich ganz leicht aendern ließe ("komplexes Thema, ein bißchen 
Hilfe erbeten / vonnoeten"). Sondern es hapert von Grund auf, an allen 
Ecken und Enden.

Es macht den Eindruck, als seiest Du bar jeglicher Grundlagen

(sogar so extrem bar dessen, daß Du weit entfernt davon bist, zu 
verstehen, was ich Dir ueberhaupt sagen will - oder hast Du meinen 
Beitrag schlicht gar nicht vollst. durchgelesen, sondern nur 
"ueberflogen"?)

einfach mal_so auf einen 2MHzSwitcher losgegangen - und denkst jetzt: 
"Das bißchen, was falsch ist, machen die Profis bei µCnet locker wett."

Voelliger Quatsch.

Was genau ist Dein (einziges oder primaeres) Ziel?

a.) Passendes Layout fuer dieses IC bei gegebenen Daten erhalten? Das
    waere halbwegs simpel machbar, falls sich jemand der Sache annimmt.

b.) a.), PLUS noch erlernen, wie es richtig geht, und auch wieso genau
    (so daß Du zukuenftig weißt, was ungefaehr Sache ist - und_dann 
nur
    noch kleinere Schwierigkeiten aus dem Weg geraeumt werden muessen,
    falls ueberhaupt... also der Zustand, den Du glaubst, jetzt schon
    erreicht zu haben, Du Traeumer...  ;-)?

    Das kostet Dich (zusaetzlich zum aufmerksamen Lesen der Ratschlaege
    hier) eine nennenswerte Menge an eigener Recherche und natuerlich
    genug Zeit fuer ausgiebige, gruendliche Lektuere der bei besagter
    fleißigen Recherche schließlich gefundenen nuetzlichen Dokumente.

Glaub es, oder glaub es von mir aus nicht - aber so ist es tatsaechlich. 
Ein Forum ist kein Ersatz fuer Interesse-Motivation-Fleiß-Zeiteinsatz. 
Du bekommst hier eine Menge Hilfestellung, aber "von allein" geht da 
nichts.

Also, strebst Du a oder b(+a) an?

von Carl (Gast)


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>Falls einzelne Fragen / Teilthemen - klar, das darf man nicht nur,
>sondern dazu ist so ein Forum da... Nur "ersetzt" es nicht eig. Studium.

Die Ansicht ist ziemlicher Käse. Wenn er nur einmal den Schaltregler 
entwerfen will, braucht er kein Studium sondern eine gute 
Applicationsschrift, die eine Design zeigt, dass man dann leicht 
abändern kann.

Wenn man professioneller Schaltreglerentwickler werden will, der das 
täglich macht, ist das was anderes.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite



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Philipp L. schrieb:
> ich habe folgende Schaltung aufgebaut, welche angeblich 5V/3A liefern
> soll
Du hast da ganz was Anderes aufgebaut. Denn wenn ich im Datenblatt 
dieses kleinen 2MHz-Biests die Layout Considerations ansehe und den Text 
dazu lese, dann hast du dir da einige gestalterische Freiheiten erlaubt, 
die eine zuverlässige Funktion sicher unterbinden. Bei so einem Ding 
kommt es auf jeden namentlichen Millimeter an. Und da geht so ein Umweg 
über einen weit abgelegenen Pin überhaupt nicht. Du hast da 
Schaltflanken mit 60ns(!) im Design, das sind umgekehrt und überschlagen 
16MHz aufwärts, mit denen Leistung geschaltet wird!

Schon, wenn da in den Layout Considerations und im EVAL-Board die 
Feedback-Leitung hübsch fern abseits jeglischer Leistung verlegt wird, 
die bei dir aber quer durch die Leistung fährt, wirst du dort 
Einkopplungen haben, die dem Regler irgendwas vorgaukeln, was nicht da 
ist.

Und wenn da steht "TI recommends using one of the middle layers as a 
solid ground plane", dann ist damit durch die Blume gemeint, dass du 
ohne diese innere Lage kaum eine Chance hast, das Ding mit voller 
Leistung zum laufen zu bringen.

Und die Anmerkung "Connect AGND and PGND pins to the ground plane using 
vias right next to the bypass capacitors.", dann bedeutet das "jeder mm 
ist zu viel!"

Überhaupt, das EVAL-Board http://www.ti.com/lit/ug/snvu531a/snvu531a.pdf 
: kauf es und analysiere es. Modifiziere es auf deine Spannung und miss 
nach, ob der Regler das leistet, was du brauchst. Denn wenn ggfs. schon 
das EVAL-Board nicht das bringt, was du brauchst, dann ist das der 
falsche Regler.

Ich habe analog den Betrachtungen dort auf 
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler mal 
die Stromkreise "Laden" (grün) und Freilauf (rot) bei dir und im 
EVAL-Board eingezeichnet. Das EVAL-Board sieht da sehr schön aus.
Und ich habe mal die Feedbackleitung (gelb) eingezeichnet. Da wird 
schnell klar, warum das nicht wie gewünscht tut.

Und störstrahlungstechnisch erfolgt (wie beim EVAL-Board gut zu sehen) 
die Einkopplung der Versorgung und die Auskopplung der Lastspannung am 
"entferntesten" Kondensator. Bei dir ist es anders: 
Vin->Regler->Kondensator bzw: Regler->Spule->Ausgang->Kondensator.

Zusammengefasst wieder mal die Anmerkung: das wichtigste Bauteil eines 
Schaltreglers (besonders bei so einem MHZ-Boliden) ist das Layout.

Carl schrieb:
> Wenn er nur einmal den Schaltregler entwerfen will, braucht er kein
> Studium sondern eine gute Applicationsschrift, die eine Design zeigt,
> dass man dann leicht abändern kann.
Dann muss man sich aber auch sehr, sehr eng an diese Vorlage (die es ja 
zum Glück hier gibt) halten...



Philipp L. schrieb:
> Bereits bei 1,2A Ausgangsstrom wird die Spule+Schaltregler heiß
Hast du eine Zahl dazu? Manch einer verbrennt sich schon bei 40°C die 
Finger...

Mein erster Versuch wäre, hier die ganze Feedback-Geschiche räumlich zu 
entkoppeln. Also alle Leiterbahnen abtrennen und per freifliegendem 
Fädeldraht und gestackten SMD-Widerständen Abstand zu bekommen.

Und dann direkt neben dem Pin 6 des Schaltregles ein Loch bohren und 
einen Draht als Via einlöten. Das kann man an andere Stelle auch tun, um 
aus den beiden Massen "oben" und "unten" eine einzige zu machen.

Wenn sich dann was positiv verändert kann man mal weitergrübeln.

: Bearbeitet durch Moderator
von Dieter (Gast)


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For both the HSOIC and WSON packages, an extended family is available
in multiple current options from 1 A to 3 A in pin-to-pin compatible 
packages.
=> Die Kürzel im Typ prüfen.

Minimum ON-time, TON_MIN, is the smallest duration of time that the HS 
switch can be on. TON_MIN is typically 60
ns in the LMR23630. Minimum OFF-time, TOFF_MIN, is the smallest duration 
that the HS switch can be off.
TOFF_MIN is typically 100 ns in the LMR23630. In CCM operation, TON_MIN 
and TOFF_MIN limit the voltage
conversion range given a selected switching frequency.
=> Bei >400MHz die "Grenzen" beachten.

11.2 Layout Example
=> Von diesem nicht abweichen.

Eindringtiefe Skineffekt:
Frequenz  50Hz    5kHz    50kHz
Kupfer   9,35 mm  0,94 mm  93,5 μm
500kHz 9,4µm, 2MHz 2,5µm
=> .... betrifft auch die Spule

von Martin S. (sirnails)


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Darf ich an dieser Stelle eine Querfrage einwerfen?

Warum ändert man das Layout ab? Im Datenblatt ist eine funktionierende 
Version vorgegeben. Die Halbleiterhersteller haben viel Grips dort 
hinein gesteckt. Das Layout 1:1 kopiert funktioniert, wie man es 
erwartet (und genau dafür ist der Vorschlag ja auch drinnen).

Was erwartet man, wenn man das Layout anpasst?

Die Entwicklungsabteilung meiner Firma hat solche Spielerein lange 
aufgegeben, weil man spätestens im Labor ekelhafte Nachentwicklungen 
aufgebrummt bekommt (EMV). Es werden die Recommended Designs eigentlich 
1:1 übernommen, außer es gibt einen triftigen Grund.

Die Frage soll kein Vorwurf sein, denn ich bin mit meinem ersten 
Schaltregler auch mächtig auf die Nase gefallen mit genau dem gleichen 
Problem. Bei mir war es einfach absolute Unbedarftheit, die sehr schnell 
zurecht gestuzt wurde.

Warum hast Du das Layout abgeändert?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Martin S. schrieb:
> Warum hast Du das Layout abgeändert?
Einziges Argument könnte "Platzmangel" sein. Dafür spricht auch die 
doppelseitige Bestückung. Aber vor diese Ausrede durchgeht, dann würde 
ich mal den Rest des Layout ansehen. Und bei dieser Betrachtung nur den 
"Top Component" Layer ansehen (ganz ohne Kupfer und 
Störkonturen/Keepouts). Wenn da noch Luft ist (und so sieht es fast 
aus), dann steht das Argument "Platzmangel" auf wackligen Beinen.

von Thorsten S. (thosch)


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Arno H. schrieb:
> Nach Datenblatt hast du nur 2 mal ~18µF verbaut, siehe
> DC-Bias-Characteristics. 10 oder 16V-Typen wären da besser, vielleicht
> gibts ja was im 1210er Format.
Jep, das erwischt nicht nur Bastler oft kalt, ich habe das sogar
schon bei anderen Entwicklern erlebt.
Bei DC-Bias bessere Cs findet man auch in dem Footprint noch.
Dann aber eher bei DigiKey oder Mouser.

> Der Temperaturbereich ist auch nicht berauschend.
> Für weniger schlimm halte ich den Betrieb oberhalb der SRF,
> lasse mich da aber gern eines Besseren belehren.
Naja, ich finde das schon eher bedenklich.
Schau dir mal die "Frequency Characteristic R" an:
Zwischen 100kHz und etwa 500kHz hat der etwa 2mΩ.
Bei 1MHz sind das schon 3,5mΩ, und bei 2MHz bereits
7,5 mΩ.
Der Ripple auf der Ausgangsspannung wird somit bei 2MHz
doppelt so hoch ausfallen, wie bei 1MHz.
Mit einem "gescheiten" Kondensator an der Stelle, der eine SRF
oberhalb der Schaltfrequenz des Reglers hat, sollte das eigentlich 
umgekehrt sein. Das ist ja (vereinfacht gesagt) überhaupt der Grund, 
warum man die Schaltfrequenz so hoch setzt: Damit man kleinere L und Cs 
verwenden kann.
Ich hab es zwar jetzt nicht in der Webench nachvollzogen, kann mir 
allerdings nur schwer vorstellen, daß dieser Kondensatortyp dort für 
Betrieb mit 2MHz vorgeschlagen wurde

von Mark S. (voltwide)


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Der hier vorherrschenden Ansicht, dass das Layout von Anfängern bei 
derartigen Wandlern von Anfängern einfach unterschätzt wird, schließe 
ich mich voll und ganz an. Auch ich bin genauso auf die Nase gefallen. 
Wenn die Spule übermäßig heiss wird, entlöte ich diese aus der Platine, 
und bring in die Zuleitung auf der "kalten" Seite eine 
Ringkern-Stromsonde ein. Die zeigt mir dann den tatsächlichen 
Magnetisierungsstrom-ripple an. Und dieser war viel höher als erwartet, 
weil durch "subharmonische Oszillation" die effektive Frequenz nur ein 
Bruchteil der Taktfrequenz betrug. Und das passiert, wenn die 
Regelschleife durch falsches Layout instabil wird.
Das kann man auch einfacher überprüfen indem man den ac-ripple am 
Ausgang oszillographiert und sich fragt, ob die sichtbaren 
Dreiecksschwingungen den Erwartungswerten der Frequenz tatsächlich 
entsprechen.

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Ein Blick auf das Profil löst vielleicht das Rätsel, weil da kam mir der 
Satz in den Sinn "Weil er a Viech is und koan ruhg'n Lenz schiebn mog".

a) Es gibt in fast allen Diagrammen einen Knick bei 1 bis 2A und das ist 
nicht grundlos so.
b) Auch die Musterplatine ist in der Regel aus besonders gut 
wärmeableitenden Material.
c) Für den maximalen Strom wird man wegen der Aufteilung 
Durchlassverluste und Schaltverluste die 400kHz wählen. Die höheren 
Frequenzen sind gedacht um bei geringerer Leistung die Schaltung mit 
kleineren Drosseln noch kleiner bauen zu können und trotzdem noch kurze 
Leistungsspitzen bis zum maximalen Strom bedienen zu können.

von Willi S. (ws1955)


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Wenn schon ein fertiges EVB und noch dazu derart preiswert her geht, 
dann würde ich genau damit anfangen.

DCDC mit MHz sind bei LT/AD beliebt und regelmäßig könnte ich schreien, 
schon sowieso bei mehr als 300mA. Einen DCDC mit 3A und 2 MHz sagt mir 
schon der niedere Hausverstand, dass es nicht wirklich glücklich machen 
kann.

Typischerweise arbeitet das Demobrettl auch nur mit 400 kHz.
Ja eben, sag ich doch...

Und auffallend ist auch immer die viel zu kleine Kühlfläche der 
Nachbauten.

Wie bei jedem Mosfet ist es genauso auch bei DCDC-IC: Wenn 3A bei 25 
GradC dann sind es bei 70 GradC höchstens noch 2A, eher noch weniger.

Bei 2 MHz und keiner nennenswerten Kupferfläche 1.2A ist gar nicht mal 
schlecht. Wenn man mehr möchte, dann muss die Frequenz runter und die 
Kühlfläche rauf, jeweils um Faktor 5 (!)

von soso... (Gast)


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Dieter schrieb:
> a) Es gibt in fast allen Diagrammen einen Knick bei 1 bis 2A und das ist
> nicht grundlos so.
> b) Auch die Musterplatine ist in der Regel aus besonders gut
> wärmeableitenden Material.
> c) Für den maximalen Strom wird man wegen der Aufteilung
> Durchlassverluste und Schaltverluste die 400kHz wählen. Die höheren
> Frequenzen sind gedacht um bei geringerer Leistung die Schaltung mit
> kleineren Drosseln noch kleiner bauen zu können und trotzdem noch kurze
> Leistungsspitzen bis zum maximalen Strom bedienen zu können.

Die Musterplatinen sind ziemlich sicher FR4.
Das Layout ist halt so gestaltet, dass es viel Wärme abführt, und die 
Auslegung ist passend. Man sieht das an den Vias und den Kühlflächen.

Von den Musterplatinen sind auch nicht immer der Weisheit letzter 
Schluss. Schon bei der EMV ist es meistens aus. Aber die Funktion ist 
immer da.

Der Regler eignet sich schon für 3A. Das sieht man schon an den FET (um 
die 100mOhm).
Daran sieht man aber auch, dass Kühlung nötig ist, weil allein die RDSon 
1W produzieren. Und das geht bei einem SO-8 nicht so nebenbei einfach 
weg. Schaltverluste kommen ja dazu. Und dass da nicht mehr viel für eine 
hohe Schaltfrequenz übrig ist, müsste auch klar sein.

PS:
Kann alles ein Anfänger nicht wissen. Jeder von uns ist schon in solche 
Fallen getappt, ob er es zugibt oder nicht. Vorwürfe in Richtung 
Inkompetenz sind unangebracht.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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soso... schrieb:
> Musterplatinen sind auch nicht immer der Weisheit letzter Schluss
Hat mich auch schon gewundert, dass die da so relativ ausgreifend mit 
den Abständen zwischen Eingangskondensatoren C3/C4 und den 
Ausgangskondensatoren C5/C6/C7 umgegangen sind. Aber offenbar ist das 
eine Universalplatine für mehrere Regler.

von Willi S. (ws1955)


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Ich habe jetzt mal mit meinem html/javascript Formular die reine 
"dynamische" Verlustleistung berechnet, für nur 2A Schaltströme und Uds 
12V (typischerweise diskutiert man hier endlos herum und weiß man noch 
nicht mal die Eingangsspannung...).

Bei 2 MHz kommt 5W heraus und bei nur 400 kHz (logischerweise) 1W.

Der Wärmewiderstand Junction/Board ist je nach Gehäuse 16-24 K/W, die 
mickrige Kupferfläche kann man fast mit unendlich ansetzen, aber ich 
will so gemein nicht sein, sagen wir mal insgesamt so um die 50K/W.

Ja also...
Gibt es noch irgendwelche Fragen ??
Thermische Abschaltung liegt bei 170 GradC.

Da braucht es keine Überlegungen mehr mit Wirbelstrom und was weiß 
ich...

von Gustl B. (-gb-)


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Mich würde ja immernoch interessieren wo C9 und C10 platziert wurden. 
Die gehören nämlich auch wie oben geschrieben zum Stromkreis.
Vielleicht wurden die ja nicht beim Schaltregler/der Spule sondern nahe 
am "Verbraucher" platziert.

Ich verwende einen tps65266 als Schaltregler und bekomme die Ströme die 
im Datenblatt stehen, also auch 3 A wenn da 3 A steht.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Gustl B. schrieb:
> Mich würde ja immernoch interessieren wo C9 und C10 platziert wurden.
Offenbar direkt unter der Spule...

von Willi S. (ws1955)


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Bei fehlerfreier Umsetzung kriegt man auch mit LMR23630 die 5V/5A, aber 
nicht mit fünffacher Taktfrequenz als angegeben.

Woher kommt die Applikation mit 2 MHz ??
Aus dem Datenblatt jedenfalls nicht...

von Gustl B. (-gb-)


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Danke, hatte das Via übersehen. Hm, ich glaube es wurde schon alles 
gesagt. Was man machen kann ist, sich zuerst ans Herstellerlayout halten 
und gucken dass es überhaupt funktioniert. Und dann kann man das 
modifizieren. Ich verwende mittlerweile deutlich kleinere SMD Spulen und 
Kondensatoren als am Anfang, aber die Idee des Layouts habe ich 
weiterhin vom Hersteller.

von Julian B. (julinho)


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Ich mach zwar nicht gerne Werbung für Würth,
aber wenn du ein Platzproblem hast und nicht so viel Erfahrung im Layout 
dann nimm doch ein fertiges DC/DC-Modul, z.B:

https://katalog.we-online.de/pm/datasheet/171031801.pdf

P.S. Ich hoffe du hast nicht auch noch ein Kostenproblem!

von soso... (Gast)


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Willi S. schrieb:
> Bei fehlerfreier Umsetzung kriegt man auch mit LMR23630 die 5V/5A, aber
> nicht mit fünffacher Taktfrequenz als angegeben.

Nein. der LMR23630 ist klar ein 3A-Regler. Das Peakstromlimit ist 
minimal 3,8A, das geht sich für 3A aus, für 5A aber niemals.

Wir haben 3A + den halben Rippelstrom. Bei 50% Rippel vom Nennstromn 
sind wir bei 3,75A - 3,8A passen da genau. Da sieht man eigentlich ganz 
gut: Bei TI denkt man schon mit bei den Bauteilen.

5A sind völlig ausgeschlossen.

Steht ja auf S1: 3A. Schreibt TI ja nicht zum Spass rein.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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: Bearbeitet durch Moderator
von Willi S. (ws1955)


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Julian B. schrieb:
> Ich mach zwar nicht gerne Werbung für Würth,
> aber wenn du ein Platzproblem hast und nicht so viel Erfahrung im Layout
> dann nimm doch ein fertiges DC/DC-Modul, z.B:
>
> https://katalog.we-online.de/pm/datasheet/171031801.pdf

Danke für diesen Hinweis!
Eine derart ausführliche Doku habe ich bisher noch nicht gesehen, diese 
taugt auch als Lehrbuch...

von Philipp L. (viech)


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> dann nimm doch ein fertiges DC/DC-Modul
Ja, ich habe für meinen 4..20mA zu PWM konverter auch einen LMZM33603 
verwendet.
Wenn alles nichts hilft, wäre das eine Notlösung.
Wir wollen davon aber später 100+ verbauen und da wäre es schon nett, 
wenn die ganze Platine 7€ kostet, anstatt des DC/DC allein.

> Woher kommt die Applikation mit 2 MHz ??
> Aus dem Datenblatt jedenfalls nicht...
Doch, einerseits aus dem Webench (siehe genannter Link)
Andererseits aus dem DB Siete 22 (Tabelle)

> Warum hast Du das Layout abgeändert?
Unwissenheit über die starken Konsequenzen.

Ich habe das Layout jetzt stark an das im DB gezeigten angepasst.
Nur der Abstand zu den Kondensatoren bekomme ich nicht hin.
Jetzt habe ich auch viel Platz für Masseflächen auf der Rückseite.

Ein großer Paltzvernichter ist auch der Brückengleichrichter.
ich werde mal veruschen, ob ich diesen mit Dioden kleiner aufgebaut 
bekomme.
Einen kleineren als Fertigbauteil habe ich leider nicht gefunden.
Es wäre ja schon toll, wenn es die mit Pads unterm IC anstatt diesen 
nach außen geführten gäbe..

Was mich noch verunsichert:
Hier wurde gesagt, dass ich möglichst keine Masseflächen unter/neben/an 
der Spule vorsehen sollte um Wirbelströme zu vermeiden.
Im Datenblatt (wie auch hier geschrieben) wird aber ein (ganzes?) 
mittleres Layer für Masse verwendet.
Auch ist im EVB sogar eine Massefläche zwischen den Pads der Spule.

Wie ist eure Einschätzung:
- Wird das neue Layout (zusammen mit andern Kondensatoren) eine 
wesentliche Verbesserung bringen?
- Sind die neuen Abstände von Spule/Kondensatoren problematisch ?
- Die FB Leitung ist jetzt sehr viel länger (jedoch auch im EVB und DB), 
liegt dafür aber weit weg von allem anderen. Ist das so okay?

Eine 4,7uH Spule habe ich mit 7x7 gefunden, was ich vermutlich noch 
unterbringen könnte.
Da wäre laut DB zwar noch immer 1MHz nötig, aber zumindest eine 
Halbierung.
Kennt jemand Spulen mit 10uH und kleiner Grundfläche (höhere Bauform)?
Dann wäre ich bei den 400kHz.

Gruß,
Philipp

von Achim S. (Gast)


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Noch ein Wort zu deiner Spule: aus dem Datenblatt heraus bin ich mir 
nicht so vollständig sicher zu deren Kernmaterial.

https://products.pulseelex.com/files/product_files/P761.pdf

Im Datenblatt ist von "Fe base metal core" die Rede, bei Digikey ist der 
Kern als "Iron" spezifiziert. Konkrete Kurven zur Frequenzabhängigkeit 
des Materials habe ich beim Hersteller leider nicht gefunden.

Wenn es sich hier tatsächlich um eine Eisenpulverspule handeln sollte 
(nicht um Ferrit), dann steigen deren Verluste mit der Frequenz stark 
an. Der mittlere Strom heizt dann zwar nur an dem DCR von ~70mOhm. Der 
Effektivwert des Stromripple heizt aber an einem sehr viel höheren 
Wirkwiderstand, der bei 2MHz wirksam wird (aufgrund der 
Ummagnetisierungsverluste und aufgrund der Wirbelstromverluste im 
Spulenkern).

Wenn es sich also wirklich um eine Eisenpulverspule handelt, ist das ein 
wahrscheinlicher Grund dafür, warum die Spule selbst bei 2MHz so heiß 
wird. (Warum der Regler so heiß wird, wurde ja schon ausführlich 
behandelt). In dem Fall solltest du mit niedrigeren Frequenzen arbeiten 
und/oder auf ein anderes Kernmaterial umzusteigen.

Falls du irgendwo ein entsprechendes LCR-Meter auftreiben kannst, wäre 
es interessant zu sehen, welches L_s und welches R_s die Spule bei 2MHz 
hat.

Philipp L. schrieb:
> Hier wurde gesagt, dass ich möglichst keine Masseflächen unter/neben/an
> der Spule vorsehen sollte um Wirbelströme zu vermeiden.
> Im Datenblatt (wie auch hier geschrieben) wird aber ein (ganzes?)
> mittleres Layer für Masse verwendet.

das hängt stark vom Streufeld deiner Spule ab. Da es laut Datenblatt 
eine "shielded magnetic circuit" ist, ist das Streufeld nicht sehr groß. 
Trotzdem kannst du ggf. unter der Spule ein "Isolationskreuz" in die 
Massefläche einbauen. Das reduziert den Wirbelstrom in den Kupferlagen 
in jedem Fall deutlich.  Diese Isolationsstelle sollte natürlich nicht 
gerade dem Rückstrom in der Massefläche im Weg sein.

von Achim S. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Wenn es sich hier tatsächlich um eine Eisenpulverspule handeln sollte
> (nicht um Ferrit), dann steigen deren Verluste mit der Frequenz stark
> an.

ich hab grade noch einen alten Beitrag zum Thema Eisenpulverkernen 
wieder gefunden.

Beitrag "Re: Speicherdrossel wird extrem heiß"

Dort siehst du an der Messung, wie an einem anderen Eisenpulverkern der 
Wirkiderstand für den Ripplestrom von 1MHz um viele Größenordnungen über 
dem Wirkwiderstand für den Gleichanteil des Stroms liegt.

Das muss bei dir nicht identisch sein: der Anstieg hängt davon ab, wie 
groß die Eisenpulverteilchen sind, weil deren Querschnittsfläche die 
Größe der Wirbelströme im Kern bestimmt. Aber generell gilt: 
Eisenpulverkerne sind bei höheren Frequenzen nur mit Vorsicht zu 
genießen, weil sie zu einem massiven Anstieg der Verluste neigen. Also 
kläre möglichst ab, um welches Kernmaterial es sich bei deiner Spule 
tatsächlich handelt. Im Idealfall per Messung mit LCR-Messgerät bei der 
Zielfrequenz.

von Willi S. (ws1955)


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Ahja: Brückengleichrichter !!

Bin ich der Einzige, dem jetzt noch ein ganz anderes mögliches Problem 
auffällt ?

Wo ist der Siebelko für 100Hz/1.5-2A ??
Oder kriegt der DCDC mehr AC als DC ?

von Julian B. (julinho)


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Willi S. schrieb:
> Ahja: Brückengleichrichter !!

Ein nicht ganz unwesentliches Detail, etwas spät am Rande fallen 
gelassen.
Eventuell bügelt der DC-Konverter das weg, ohne großen Siebelko.
Nur bei den Nulldurchgängen könnte es knapp werden, die muss der 
Kondensator überbrücken.

: Bearbeitet durch User
von Philipp L. (viech)


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Hmm...
Das der Brückengleichrichter auch noch ein Problem darstellen könnte, 
war mir nicht bewusst.
Am Eingang des Gleichrichters liegt ein Rechtecksignal an, welches je 
Bit umgepolt wird.
Anbei das Oszillogramm (leider nach Anpassung mit falschem Nullpunkt).

Es liegen immer 20V (max.30V) am Eingang an, nur eben in der Polung 
getauscht.

Wichtig:
Auch mit einem Netzteil und fester DC-Spannung am Eingang ist das 
Problem vorhanden...

: Bearbeitet durch User
von Philipp L. (viech)


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Ich habe jetzt mal nach alternativen Spulen gesucht (siehe Anhang).

Laut DB brauche ich für:
1Mhz = 4,7uH + 47uF Cout
400kHz = 10uH + 100uF Cout

Ich hätte zum expiremtieren einfach mal beide Varianten bestellt.

Wenn der Ausgangsstrom 3A ist, muss doch der Spitzenstrom in der Spule 
höher sein?
Aber welche Wert habe ich hier zu erwarten, bzw. für welchen 
Sättigungsstrom sollte ich die Spule wählen?

Bei den 4,7uH/1Mhz habe bei 5,8A ein gutes Gefühl.
Aber bei 10uH/400kHz und 4A schon nicht mehr so...

von Willi S. (ws1955)


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An sich kann man alles "berechnen", allerdings muss man evtl mit 
Vorgaben spielen. RR Ripple Ratio wird normal 25-30% angesetzt. Zuviel 
Induktivität ist aber auch nicht gut, weil man sonst bei weniger Last zu 
früh in den lückenden Betrieb kommt. Man muss schon lachen, wie 
"universell" DCDC verkauft werden, vor allem auch "Module". Diese 
"Blackboxes" haben exakt die gleichen Bedingungen/Effekte wie bei 
Eigenbau.

D      = VOUT / VIN;
L      = (VIN-VOUT)*D / (RR/100*IOUT*fSW);
ILpp   = (VIN-VOUT)*VOUT / (VIN*fSW*L);
ILpk   = IOUT+ILpp/2;
Ripple = ILpp * (ESRout + 1000 / (8*fSW*Cout));

Einen Wirkungsgrad unter 95% berücksichtigt man am besten bei D.

von hinz (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Was mich noch verunsichert:
> Hier wurde gesagt, dass ich möglichst keine Masseflächen unter/neben/an
> der Spule vorsehen sollte um Wirbelströme zu vermeiden.
> Im Datenblatt (wie auch hier geschrieben) wird aber ein (ganzes?)
> mittleres Layer für Masse verwendet.
> Auch ist im EVB sogar eine Massefläche zwischen den Pads der Spule.

Dann wird dort eine nach unten magnetisch geschlossene Spule verwendet.

von Floh-Bert (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Am Eingang des Gleichrichters liegt ein Rechtecksignal an,
> welches je Bit umgepolt wird.

Das leuchtet mir nicht ein. Wie ist der zeitliche Verlauf
(der mögliche solche) ganz genau? Also Frequenz min/max,
Tastgrad pos/neg (da scheinbar bipolar?) wie exakt? Und
natuerlich Amplitude pos/neg?

Evtl. auch nützlich: Woher kommt dieses Rechteck ganz exakt
(bzw,. "woraus", wie prod., wie sehen Vor- und Endstufe aus)?

Klingt momentan außergewöhnlich, durchschaue das noch nicht.

hinz schrieb:
> Dann wird dort e. nach unten magn. geschl. Spule verwendet.

Das denke ich auch.

von Julian B. (julinho)


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Philipp L. schrieb:
> Am Eingang des Gleichrichters liegt ein Rechtecksignal an, welches je
> Bit umgepolt wird.

Rechtecksignal hört sich schon mal besser an, brauchst du weniger 
Buffer-Kondensator als bei Sinus.

von Willi S. (ws1955)


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Philipp L. schrieb:
>
> Bei den 4,7uH/1Mhz habe bei 5,8A ein gutes Gefühl.
> Aber bei 10uH/400kHz und 4A schon nicht mehr so...

Taktung deutlich mehr als 400kHz verbietet sich sowieso, weil die 
Schaltverluste zu hoch werden.

Bei meiner Berechnung passen die 10uH bei 400kHz und Ipeak 4A (exakt 
3.85A).
Mit Panasonic Polymer Elko 39uF 16V ergibt sich ein Ausgangs-Ripple von 
22mVpp.

von W.S. (Gast)


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Carl schrieb:
> Die Ansicht ist ziemlicher Käse.

Wenn ich deine Ansicht konsequent zu Ende denke, dann kommt dabei 
heraus, daß der TO im Einzelfalle so ein Projekt an ein geeignetes 
Ingenieur-Büro delegieren sollte. Entweder man kann was oder man bezahlt 
was. So geht die Welt.

W.S.

von Julian B. (julinho)


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W.S. schrieb:
> Carl schrieb:
>> Die Ansicht ist ziemlicher Käse.
>
> Wenn ich deine Ansicht konsequent zu Ende denke, dann kommt dabei
> heraus, daß der TO im Einzelfalle so ein Projekt an ein geeignetes
> Ingenieur-Büro delegieren sollte. Entweder man kann was oder man bezahlt
> was. So geht die Welt.
>
> W.S.

Vielleicht lernt er aber viel dabei und ist dann bald ein guter 
Ingenieur,
er ist ja sehr lernbereit.

Hoffentlich hat er auch noch Platz für die EMV-Komponenten gelassen.

von W.S. (Gast)


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soso... schrieb:
> Der Regler eignet sich schon für 3A. Das sieht man schon an den FET (um
> die 100mOhm).

Nanana.. rechne mal nach: der Schalt-FET hat nen typischen Rdson von 180 
mOhm und das macht bei 3 A dann etwa 540mV Spannungsabfall. Das mal 3 
Ampere macht rund 1.5 Watt. OK, bei ausreichend hoher Input-Spannung ist 
der Schalt-FET ja nicht die ganze Zeit eingeschaltet, sondern "nur" so 
etwa um die 40%  (12V oder mehr rein, 5V raus), was dann "nur" 0.6 Watt 
an Verlustleistung macht. Während der restlichen 60..70% der Zeit hält 
der zweite FET den Strom. Er hat einen Rdeson von besseren 100 mOhm, 
weswegen an ihm "nur" 0.3 Volt abfallen. Das macht 0.9 Watt und wegen 
nur 60% der Zeit nur 0.9 * 0.6 Watt, also 0.54 Watt.

So. Frage: Kann das Layout diese 0.6+0.54 Watt an Wärme tatsächlich 
sinnvoll abführen?

Meine Ansicht ist: NEIN, niemals! Denn wenn man schon einen Schaltreger 
von der winzigen Sorte benutzt, dann hat man dafür Gründe, die fast 
immer lauten: "Platzmangel".

Bei 100..180 mOhm Rdson für die beteiligten FET's sollte man 
sinnvollerweise sich darauf gefaßt machen, daß so ein Bauteil eigentlich 
wirklich nur für etwa 1 Ampere Ausgangsstrom gedacht ist. Klar: ganz 
kurzzeitig kann er auch mal bis zu etwa 3 Ampere liefern, aber nur 
solange, wie die Wärmekapazitäten der BE und der LP es hergeben - also 
im Millisekundenbereich.

Wer wirklich höhere Ströme haben will, sollte auf einen Regler für 
externe FET's zurückgreifen, die gibt's bei TI auch. Dazu dann einen 
Doppel-FET im SO8 oder Power-Pak oder TSSOP mit Rdson im Berich von 30 
mOhm oder weniger.  Beispielsweise sowas: SI6968BEDQ-T1-E3, Rdson etwa 
16 mOhm. Oder
FDMS7602S mit etwa 6 mOhm. Bei sowas halten sich dann auch die Verluste 
durch den endlichen Rdson in Grenzen und es bleiben nur noch die 
Verluste durch die Schaltflanken (man beachte bei sowas den 
Miller-Effekt!). Konsequenterweise heißt das: runter mit der 
Schaltfrequenz. 400 kHz sind auch nicht schlecht und mit 4 uH (und 12V 
Input) hätte man den nichtlückenden Betrieb bei 3 Ampere. Also wäre 2.2 
µH auch bei 3 Ampere Ausgangsstrom und 400 kHz keine allzuschlechte 
Wahl.

W.S.

von Willi S. (ws1955)


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Mit Absicht etwas provokativ:
Ich bin mir sicher, dass wir es auch ohne Dr.Diplom Physiker und 
Spezialisten hinkriegen werden...

von Willi S. (ws1955)


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Das geht schon: 1 MHz
IHLP2525 mit 4u7 40mOhm max 7.0A mit 7*7*3 mm

Das DAA-Gehäuse tut sich ziemlich schwer mit 1.8W
Wärme, wenn man eine erhebliche Verbesserung möchte,
sollte man sich doch das DRR-Gehäuse überlegen.

Die Berechnung zeigt nicht alle Faktoren, aber die
wichtigsten.

von Philipp L. (viech)


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Das ist aber ein sehr hilfreichesTool !
Da kann man zum verstehen auch mal schnell die Theorie nachvollziehen 
und etwas "spielen"..

Sehe ich es richtig, dass esrout in der Formel mit +1000 verrechnet wird 
und somit nicht wirklich ins Gewicht fällt?

Okay, die Spule werde ich auch bestellen und morgen in Eagle erstellen.

Beim Gehäuse meinst du es bestimmt andersrum.
Das DRR (kleinere) habe ich verwendet und man sollte das DDA (größere) 
nehmen, richtig ?
5x6.2 ist aber schon ein ordentlicher Brummer und mehr als doppelt so 
groß wie der DRR.
Der hat zwar mehr Fläche, aber laut DB sogar etwas schlechter Daten bei 
den Fet's.
Dann könnte man doch vermutlich besser auf externe Fet's gehen?

Nochmal ein Auszug meiner letzten Fragen:
Wie ist eure Einschätzung:
- Wird das neue Layout (zusammen mit andern Kondensatoren) eine 
wesentliche Verbesserung bringen?
- Sind die neuen Abstände von Spule/Kondensatoren problematisch ?
- Die FB Leitung ist jetzt sehr viel länger (jedoch auch im EVB und DB), 
liegt dafür aber weit weg von allem anderen. Ist das so okay?

: Bearbeitet durch User
von Jingis (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Wie ist eure Einschätzung:
> - Wird das neue Layout (zusammen mit andern Kondensatoren) eine
> wesentliche Verbesserung bringen?

Wenn Du die Kupferfläche deutlich vergrösserst die an Thermalpad 
angeschlossen ist und diese mit einer Lötstopmaske belegst könnte es 
etwas besser werden, sprich der Regler schaltet nicht mehr wegen 
Überhitzung ab.
Wo willst Du das Ding denn einbauen? Industrietauglich bei 65 Grad 
Umgebungstemperatur wird das nicht.

von Floh-Bert (Gast)


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Philipp L. schrieb:
> Sehe ich es richtig, dass esrout in der Formel
> mit +1000 verrechnet wird

Du meinst: "...daß 1000 dazuaddiert wird, bevor..."?

Nein, das siehst Du falsch. Guck Dir doch mal das Zeichen
gleich_nach der Zahl "1000" in der Zeile ("Ripple") an.

[Vielleicht liegt es daran? --->  "/" = ":" ...]

> und somit nicht wirklich ins Gewicht fällt?

Das waere höchst unlogisch, meinst Du nicht? Überleg mal:
Dann waeren wohl GoldCaps der bevorzugte Typ Kapazitaet
für hochfrequent taktende Leistungselektronik...

Ganz im Gegenteil: Der ESR ist das allerwichtigste hier!

Philipp L. schrieb:
> doch vermutlich besser auf externe Fet's gehen?

Evtl. ja. Je weniger Verluste, desto weniger Kuehlung ist
nötig - aber dazu sollten besser andere etwas sagen, ich
selbst begreife ja nicht einmal die Signalform etc./Input.

Ich finde das ohne Kenntnis Deiner exakten Bedingungen
(mechanisch/thermisch/elektrisch) aus meiner Sicht schwer.

von Floh-Bert (Gast)


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Floh-Bert schrieb:
> Guck Dir doch mal das Zeichen
> gleich_nach der Zahl "1000" in der Zeile ("Ripple") an.

Außerdem: 1000 was - Badewannen? Mauersteine? ...  ;-)

von Willi S. (ws1955)


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Die 1000er und 10e6 berücksichtigen die physikalischen Einheiten, damit 
man es bei den Vorgaben einfacher hat. Irrtum nicht ausgeschlossen, aber 
von den resultierenden Größenordnungen scheint es zu stimmen.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Willi S. schrieb:
> IMG_5373.PNG
Ein Wort zu diesen chinesischen "Spitzenfabrikaten": ich habe gerade 
aktuell hier so einen Stepdown aus der Familie max. 60V Vin, max. 10A 
(Suche: https://www.ebay.de/sch/i.html?_nkw=60V+stepdown+10A ) hier 
liegen. Schon bei 56V am Eingang, 24V am Ausgang und 900mA Last wird 
dessen Spule mit 169°C gut warm... :-o

Dagegen macht ein modifiziertes MAX17506BEVKIT bei den selben Spannungen 
auch bei 4A ein ganz gutes Bild. Das schaltet übrigens mit 450kHz.

: Bearbeitet durch Moderator
von soso... (Gast)


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W.S. schrieb:
> soso... schrieb:
>> Der Regler eignet sich schon für 3A. Das sieht man schon an den FET (um
>> die 100mOhm).
>
> Nanana.. rechne mal nach: der Schalt-FET hat nen typischen Rdson von 180
> mOhm und das macht bei 3 A dann etwa 540mV Spannungsabfall. Das mal 3
> Ampere macht rund 1.5 Watt.

Nur als Erinnerung: Wir reden hier von einem synchronem Step-Down. Das 
ist eine Halbbrücke.

Damit bestimmt das Tastverhältnis, welcher der beiden FET relevant ist. 
Bei 24V auf 3V3 ist dein "Schaltfet" (ich unterstelle, du meinst den 
Highside-FET) fast egal. Die meiste Zeit fließt der Strom durch den 
Low-Side-FET. Und hat keine 180mOhm.
Das ist ein Regler, dessen typische Anwendung beispielsweise 5V aus 24V 
ist. Genau darum ist der Low-Side-FET etwas kräftiger ausgeführt.

Zweitens ist das Gehäuse durchaus in der Lage, 1,5W abzuführen. Dafür 
gibt es das Thermal-Pad.

Das es bessere Schaltregler für 3A gibt stimmt, was diesen aber nicht 
ungeeignet für 3A macht.
Ein besserer wäre der MP4570. Der hätte 70mOhm Lowside. Der ist bei 
3A/800kHz recht kühl.

von Willi S. (ws1955)


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Ripple = ILpp * (ESRout + 1000 / (8*Fsw*Cout));

In der Tat sticht es fast als Fehler ins Gesicht,
aber aufgelöst ist es klar:

Ripple = ILpp * ESRout - ILpp / (8*Fsw*Cout*10e-3)

Fsw in kHz
Cout in uF
Daher *10e-3

Quelle für diesen Term ist ein DB von LT. Das 8*
ist natürlich eine Näherung aus irgendwas.

von soso... (Gast)


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Willi S. schrieb:
> Mit Absicht etwas provokativ:
> Ich bin mir sicher, dass wir es auch ohne Dr.Diplom Physiker und
> Spezialisten hinkriegen werden...

Die Ausgangsspannung wird grauenhaft aussehen. Sieht man bereits an der 
winzigen Drossel und den winzigen Kondensatoren...
Vermutlich muss man das mit Stickstoff kühlen, um die 3A zu erreichen.

Müll.

von Stephan C. (stephan_c)


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Ich weiß nicht, ob es schon erwähnt wurde aber ich würde ja eher zu 
einem
4-lagigem Aufbau raten. Damit kannst du dann auch die zweite Lage 
komplett mit Masse belegen und du kommst dann mit den anderen Signalen 
auch besser hin.

von Willi S. (ws1955)


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Stephan C. schrieb:
> Ich weiß nicht, ob es schon erwähnt wurde aber ich würde ja eher zu
> einem
> 4-lagigem Aufbau raten. Damit kannst du dann auch die zweite Lage
> komplett mit Masse belegen und du kommst dann mit den anderen Signalen
> auch besser hin.

Ja, wurde schon mal erwähnt. Aber ich glaube, dass es ignoriert wird. Es 
ist wahnsinnig schwierig, die Konstrukteure zu überzeugen, das weiß ich 
noch aus meiner Zeit als Berater. Ich habs dann doch endlich geschafft, 
dass weitgehend 4-Lagen der Standard wurde und plötzlich waren alle 
typischen Zweilagenprobleme wie weg geblasen. Auch kleinste 
Schrittmotorendstufen leisteten plötzlich glatt das Doppelte und gab es 
kein Übersprechen mehr.

von Willi S. (ws1955)


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Ich verstehe diesen Ausdruck nicht mehr und finde die Quelle von LT 
nicht. Dort wurde es aber auch nicht erklärt, nur hingeschrieben:

Ripple = ILpp * ESRout + ILpp / (8*Fsw*Cout*10e-3);

Hauptsächlich ESRout, ist ja klar. U=I*R

Abzüglich ein frequenzabhängiger kleinerer Teil.
Aber warum steigt der Ripple mit der Frequenz ?
Oder ist jetzt eine Schraube locker...?

von Philipp L. (viech)


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>> Ich weiß nicht, ob es schon erwähnt wurde aber ich würde ja eher zu
>> einem
>> 4-lagigem Aufbau raten.
> Ja, wurde schon mal erwähnt. Aber ich glaube, dass es ignoriert wird.
Wurde natürlich nicht ignoriert, sondern nur nicht kommentiert - Sorry!
Habe mir schon bei diversen Herstellern die Kosten für 4-Layer 
angesehen.
Für Prototyp sehr teuer, in Masse (100stk.) wieder etwas besser.

Irgendwann summieren sich die Ksten für:
- 4Layer
- besserer Kondensatoren
- größere Spule
- usw..
Das man auch einen fertigen DC/DC nehmen kann :-)

Aber es ist durchaus auf dem Zettel.
Evtl. möchte ich aber mit euren Verbesserungen erstmal noch einen 
Versuch mit 2-Layer starten.

> nötig - aber dazu sollten besser andere etwas sagen, ich
> selbst begreife ja nicht einmal die Signalform etc./Input.
Es ist eine Modellbahnanlage.
Die Versorgungsspannung (Gleise) wird je Bit umgepolt, so läuft der Bus 
und Versorgung auf 2 Leitungen (siehe Anhang).
Diese kann bis zu 30V betragen, ist bei mir aber geringer.

Ich habe jetzt nochmal aufgeräumt, den Brückengleichrichter mit DO214 
aufgebaut und so etwas Platz gewonnen.
Auch die 4,7uH Spule mit 6A Sättingungsgrenze ist jetzt drin.
Es ist zwar noch kein ganzes Layer, aber die Kühlflächen sehen doch 
schon besser aus (wenn man die Fläche unter der Spule auch verwendet..)?

Welche Zwerge mit besseren Fet`s sind euch denn noch so bekannt?
- MP4570 (6x6,2mm)

>> doch vermutlich besser auf externe Fet's gehen?
> Evtl. ja. Je weniger Verluste, desto weniger Kuehlung ist
- ? + Mosfet (FDMS7602S-5x6mm)

Würdet ihr es mit dem Layout nochmal probieren?

Gruß,
Philipp

: Bearbeitet durch User
von Stephan C. (stephan_c)


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Wenn du schon so auf die Kosten guckst, dann lass dir auch sagen, dass 
eine 2-lagige Bestückung nochmal ein gutes Stück teurer ist, als eine 
1-lagige.

Bei uns fallen die Kosten für höher lagige Platinen wegen den 
Initialkosten kaum ins Gewicht.


Wegen anderen Reglern kannst du dir auch mal die TPS54er Serie von TI 
angucken.

PS: In deinem letzten Bild sieht es so aus, als wenn deine Spule nicht 
angebunden ist.

Brückengleichrichter gibt es auch in handlicheren Packages z.B. von der 
Firma Diodes.

: Bearbeitet durch User
von Philipp L. (viech)


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Hallo,

ich ändere das Design aktuell auf 4-Layer (wie von euch empfohlen).
Layer-2 = GND
Layer-3 = VCC

Um auch die Spule möglichst gut kühlen zu können, hätte ich die Fläche 
direkt hinter der Spule möglichst groß gemacht und auch viele 
"thermal-via`s" zu Layer-3.

Ist der Gedanke so korrekt?

Danke für eure Unterstützung!


PS:
Ich bestelle dann das 2-Layer, sowie das 4-Layer Layout für den direkten 
Leistungsvergleich.

von Dieter (Gast)


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Falls die Teile bereits laufen, was ist bei dem Leistungsvergleich 
herausgekommen?

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