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Forum: HF, Funk und Felder Block-Kondensator MLCC wirkt nicht - Elko schon?


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Autor: Markus (Gast)
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Hallo zusammen,

kann mir ein Verhalten nicht ganz erklären. An einem LDO hängt 
ausgangsseitig aktuell ein Kerko (MLCC) in SMD Form dran mit 22uF (alles 
auf PCB). Auf dieser Seite sehe ich mit dem Oszi eine Art Rechteck auf 
der DC Spannung aufaddiert. (irgendwo bei 8kHz)

Wenn ich nun einen 22uF Elko bedrahtet ran halte auf den Ausgang (wo 
aktuell der 22uF Kerko dran hängt), dann ist ist der AC Teil fast 
komplett weg.

Ich frag mich jetzt, warum der Elko so gut wirkt, der Kerko nicht?! Hat 
das was mit dem ESR zu tun? Ein L der Drähte fängt ja hier auch noch 
nicht richtig an zu wirken denk ich.

Das Ärgerliche, ich kann keinen Elko verwenden auf meinem PCB (Umgebung 
zu heiß), möchte aber natürlich mit dem Tiefpass den AC-Teil weg haben.


Was denkt ihr?


Gruß,
Markus

Autor: Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite
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Markus schrieb:
> Ich frag mich jetzt, warum der Elko so gut wirkt, der Kerko nicht?! Hat
> das was mit dem ESR zu tun?

Hat es. Das ist ein bekanntes Phänomen bei LDO. Die Details stehen z.B. 
hier:

https://www.mikrocontroller.net/attachment/62590/LDO_Oscillosation.pdf
http://www.ti.com/lit/an/slva115/slva115.pdf

Also mal einen (kleinen) Widerstand in Reihe zum MLCC schalten, um den 
ESR zu erhöhen.

Autor: Markus (Gast)
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Mario H. schrieb:
> Markus schrieb:
>> Ich frag mich jetzt, warum der Elko so gut wirkt, der Kerko nicht?! Hat
>> das was mit dem ESR zu tun?
>
> Hat es. Das ist ein bekanntes Phänomen bei LDO. Die Details stehen z.B.
> hier:
>
> https://www.mikrocontroller.net/attachment/62590/LDO_Oscillosation.pdf
> http://www.ti.com/lit/an/slva115/slva115.pdf
>
> Also mal einen (kleinen) Widerstand in Reihe zum MLCC schalten, um den
> ESR zu erhöhen.

Hi Mario,

kurz und knapp, super. Das Ausgangssignal sieht genau so aus wie bei 
mir, also das sollts schon sein.

Sprich es ist anzuraten für jeden LDO am Ausgang an zumindest einem C in 
Serie ein R-Pad zu designen? Wieder was gelernt...


Gruß,
Marku

Autor: jemand (Gast)
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Mario H. schrieb:
> Markus schrieb:
>> Ich frag mich jetzt, warum der Elko so gut wirkt, der Kerko nicht?! Hat
>> das was mit dem ESR zu tun?
>
> Hat es. Das ist ein bekanntes Phänomen bei LDO. Die Details stehen z.B.
> hier:
>
> https://www.mikrocontroller.net/attachment/62590/LDO_Oscillosation.pdf
> http://www.ti.com/lit/an/slva115/slva115.pdf
>
> Also mal einen (kleinen) Widerstand in Reihe zum MLCC schalten, um den
> ESR zu erhöhen.

Kleine Korrketur:
Das ist ein bekanntes Phenomen bei musealem Schrott aus den 90er Jahren. 
Moderne LDO haben dieses Problem nicht.

Beispiele wären TPS709 oder MCP1755

Generell sollte man auch bei LDO immer ins Datenblatt schauen, welche 
Kondensatoren sinnvoll sind. Lästig, hilft aber nicht. Auch ich musste 
das auf die harte Tour lernen.

Mit diesem Wissen bewaffnet kann man eventuell auch den LDO in der 
betreffenden Schaltung tauschen, weil das Pinout oft einer Art 
Quasi-Standard folgt.

Autor: jemand (Gast)
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Markus schrieb:
> Sprich es ist anzuraten für jeden LDO am Ausgang an zumindest einem C in
> Serie ein R-Pad zu designen? Wieder was gelernt...

Nein, du hast nichts gelernt. Du glaubst jetzt, irgnwelche Bauernregeln 
zu kennen.
Bitte fang dir das nicht an, du tust dir keinen Gefallen.

Die wirklichen Lektionen heißen:
- Bei LDO ist der ESR ebenfalls relevant
- Wichtig: Datenblatt vollständig lesen.

Autor: Markus (Gast)
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jemand schrieb:
> Markus schrieb:
>> Sprich es ist anzuraten für jeden LDO am Ausgang an zumindest einem C in
>> Serie ein R-Pad zu designen? Wieder was gelernt...
>
> Nein, du hast nichts gelernt. Du glaubst jetzt, irgendwelche Bauernregeln
> zu kennen.
> Bitte fang dir das nicht an, du tust dir keinen Gefallen.
>
> Die wirklichen Lektionen heißen:
> - Bei LDO ist der ESR ebenfalls relevant
> - Wichtig: Datenblatt vollständig lesen.

Naja...nehmen wir an ich kann den LDO nicht tauschen, dann wird mir wohl 
nichts anders übrig bleiben wie den ESD künstlich zu erhöhen?! Oder eine 
Kap mit einem höheren ESR, der aber wiederrum (z.B. Elko macht mir bei 
hohe Temperatur/Lifetime wieder anderen Probleme!

Und ja, anderen LDO etc. der stabil ist, wäre natürlich das beste...wenn 
das geht.

Autor: Markus (Gast)
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> Generell sollte man auch bei LDO immer ins Datenblatt schauen, welche
> Kondensatoren sinnvoll sind. Lästig, hilft aber nicht. Auch ich musste
> das auf die harte Tour lernen.


Ich gebe zu, den Part im Datenblatt habe ich nicht geprüft. Also schlägt 
der Lernerfolg zu. Weiß gerade nicht wie alt der LDO ist bzw. wie er 
heißt. Werd mir das mal anschauen. Sollte es ein Redesign geben, muss 
wohl ein anderer LDO rein.

Autor: Markus (Gast)
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jemand schrieb:
> Nein, du hast nichts gelernt. Du glaubst jetzt, irgnwelche Bauernregeln
> zu kennen.
> Bitte fang dir das nicht an, du tust dir keinen Gefallen.

Aber nur, wenn mir wer erklärt warum ich das nicht darf - ein Serien-R 
vor das C zu designen? (z.B. 100mR oä)

Autor: Skyper (Gast)
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Wir nutzen hier im Institut den LT1761 (100mA, Low Noise, LDO 
Micropower) von Analog(Linear) in der Bypass Ausführung (mit Bypass C) 
und mein Kollege wollte mal schauen, ob man vom Rauschen her die Werte 
des Datenblattes erreichen kann.

Hat er auch geschafft, aber nur wenn man einen Elko am Ausgang 
spendiert, mit nur einem Kerko am Ausgang kommt man vom Rauschen nicht 
soweit runter wie im Datenblatt angegeben ist ...

Autor: Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Markus schrieb:
> Das Ärgerliche, ich kann keinen Elko verwenden auf meinem PCB (Umgebung
> zu heiß), möchte aber natürlich mit dem Tiefpass den AC-Teil weg haben.

Wie schon von den Vorrednern geschrieben, ist der ESR des MLCC 
vermutlich zu gering. Z.B. von AVX gibt es (Tantal-)Elko-Serien, bei 
denen der ESR recht genau spezifiziert ist, z.B. für die TPS-Serie:

http://datasheets.avx.com/TPS.pdf

Und die THJ-Serie gibt es sogar bis 200°C Betriebstemperatur:

http://www.avx.com/products/tantalum/smd-tantalum-mno2/ht-thj-200oc-series/

Autor: Lurchi (Gast)
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Es gibt auch schon MLCC mit integriertem Widerstand. Allerdings ist die 
Auswahl da nicht groß und 22 µF sind schon relativ groß.

Auch wenn man den Reihenwiderstand dazu macht, kommt man kaum drum rum 
ins Datenblatt zu schauen, damit man weiß wie viel und wie groß der 
Kondensator sein sollte. Ggf. sollte dann auch noch ein 2. Kondensator 
dazu.

MLCC +  Widerstand ist keine schlechte Lösung, wenn die Werte passen.
Bei der Kapazität droht noch die nächste Fall: mit DC Spannung sinkt 
gerade bei den MLCCs mit hoher Kapazität und kleiner Bauform die 
Kapazität. Je nach Type dann der Effekt deutlich sein, bis unter 20% des 
Nennwertes.

Autor: Markus (Gast)
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Also der LDO gibt 1mR bis 20R an, also eigentlich sollte er stabil sein 
mit dem 22uF MLCC :-s

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl720m05-q1.pdf

Allerdings sind natürlich auf dieser 5V-Line mehrere C`s parallel dran. 
Wenn man annimmt, dass die ESRs parallel liegen, vielleicht kommt man 
dann auf <1mR. Das wär jetzt noch meine einzige Erklärung warum der LDO 
instabil wird...

Ich habe den selben LDO noch wo anders im Einsatz, da hängt nur der eine 
22uF dran und nur ein IC (keine weiteren Kaps oder ICs). Hier schwingt 
er nur minimal (nur 80mV Uss, statt 300...400mV).

Aber laut Datenblatt wäre dieser ja nicht so schlecht hätte ich gesagt?!


Gruß,
M

Autor: Markus (Gast)
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Lurchi schrieb:
> Ggf. sollte dann auch noch ein 2. Kondensator
> dazu.

Ich habe hier nach dem LDO diverse MLCC Caps drauf, der 22uF ist der 
Größte direkt nach dem LDO. Dahinter sitzen an den Verbrauchern immer 
100nF, sowie ein paar mit mittlerer Größe an meinem Mikrocontroller. 
Also schon ein paar.

Autor: Frank K. (fchk)
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Markus schrieb:
> Lurchi schrieb:
>> Ggf. sollte dann auch noch ein 2. Kondensator
>> dazu.
>
> Ich habe hier nach dem LDO diverse MLCC Caps drauf, der 22uF ist der
> Größte direkt nach dem LDO. Dahinter sitzen an den Verbrauchern immer
> 100nF, sowie ein paar mit mittlerer Größe an meinem Mikrocontroller.
> Also schon ein paar.

Welche Nennspannung und welches Dielektrikum hat der 22uF? Wie hoch ist 
die Spannung an diesem Kondensator?

fchk

Autor: Markus (Gast)
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Frank K. schrieb:
> Markus schrieb:
>> Lurchi schrieb:
>>> Ggf. sollte dann auch noch ein 2. Kondensator
>>> dazu.
>>
>> Ich habe hier nach dem LDO diverse MLCC Caps drauf, der 22uF ist der
>> Größte direkt nach dem LDO. Dahinter sitzen an den Verbrauchern immer
>> 100nF, sowie ein paar mit mittlerer Größe an meinem Mikrocontroller.
>> Also schon ein paar.
>
> Welche Nennspannung und welches Dielektrikum hat der 22uF? Wie hoch ist
> die Spannung an diesem Kondensator?
>
> fchk

Ist ein Keramikkondensator, Nennspannung 10V. Spannung die er bekommt 5V 
+/-150mV durchs Schwingen.

Das ist er: 
https://www.mouser.de/ProductDetail/KEMET/C1210X226K8RACAUTO?qs=sGAEpiMZZMs0AnBnWHyRQL8L3bkL%252BvtyOUUXlXBWUwsfcixed1WbpQ%3D%3D

Autor: Markus (Gast)
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Markus schrieb:

>
> Allerdings sind natürlich auf dieser 5V-Line mehrere C`s parallel dran.
> Wenn man annimmt, dass die ESRs parallel liegen, vielleicht kommt man
> dann auf <1mR. Das wär jetzt noch meine einzige Erklärung warum der LDO
> instabil wird...
>
> Ich habe den selben LDO noch wo anders im Einsatz, da hängt nur der eine
> 22uF dran und nur ein IC (keine weiteren Kaps oder ICs). Hier schwingt
> er nur minimal (nur 80mV Uss, statt 300...400mV).
>
> Aber laut Datenblatt wäre dieser ja nicht so schlecht hätte ich gesagt?!


Hat noch wer eine Antwort darauf?

Autor: тролхантэр (Gast)
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Ich kam kuerzlich auch grad an einem Spannungsregler vorbei, der wollte 
laut Datenblatt einen 10uF am Ausgang.
Dazu muss man wissen, dass ein 10uF Keramik eben keine 10uF hat. Die 
angeschriebenen 10uF sind bei Spannung gleich Null. Bei Nennspannung 
darf's schon mal -40% sein. Das waeren dann nur noch 4uF. Also das 
Datenblatt des Caps genau anschauen. Die abgehobenen Materialien, wie 
Y5R sind nun mal am Rande des technisch Moeglichen.

Autor: Markus (Gast)
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тролхантэр schrieb:
> Ich kam kuerzlich auch grad an einem Spannungsregler vorbei, der
> wollte
> laut Datenblatt einen 10uF am Ausgang.
> Dazu muss man wissen, dass ein 10uF Keramik eben keine 10uF hat. Die
> angeschriebenen 10uF sind bei Spannung gleich Null. Bei Nennspannung
> darf's schon mal -40% sein. Das waeren dann nur noch 4uF. Also das
> Datenblatt des Caps genau anschauen. Die abgehobenen Materialien, wie
> Y5R sind nun mal am Rande des technisch Moeglichen.

Hm...ok, also du meinst es könnte hinten dran einfach zu wenig C haben 
um stabil zu sein. Ich hab halt parallel 22uF/4,7uF/1uF/6x100nF. Der 
4.7uF ist Tantalum, der rest MLCC. Also wenn das stimmt und der 22uF ist 
nur noch z.B. 10uF und wäre instabil.


Gruß,
Markus

Autor: Markus (Gast)
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Also falls es wen interessiert:

Die Erhöhung des C`s von 22uF auf 44uF (2x22uF parallel) hilft nur 
minimal, also denke das Thema von  тролхантэр  ist es nicht.

Wenn ich nun in Serie 1Ohm löte zu den 22uF um damit den ESR künstlich 
zu erhöhen, dann ist die Schwingung komplett weg.

Also trotz Datenblattangabe vom LDO mit >1mOhm, benötigt er wohl ein 
relativ großes R damit er ruhig wird...


Gruß,
M

Autor: Achim S. (Gast)
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Markus schrieb:
> Also trotz Datenblattangabe vom LDO mit >1mOhm, benötigt er wohl ein
> relativ großes R damit er ruhig wird...

Im Datenblatt sind summarisch Kapazitätsbereiche und ESR-Bereiche 
angegeben. Aber nicht jede Kombination aus diesem Bereich ist stabil. Du 
musst das Datenblatt genauer lesen.

Für dein System ist Fig. 12 des Datenblatts relevant.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl720m05-q1.pdf
Dort siehst du, dass bei deiner Kapazität (bei dem Bias wahrscheinlich 
ca. 15µF verbleibende Kapazität) der ESR in der Gegend von 1Ohm sein 
muss, damit der LDO sicher stabil läuft.

Autor: jemamd (Gast)
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Markus schrieb:
> Aber nur, wenn mir wer erklärt warum ich das nicht darf - ein Serien-R
> vor das C zu designen? (z.B. 100mR oä)

Darfst du natürlich, wir sind ein freies Land.

Aber es ist schon komisch. Man nimmt einen guten Kondensator, und macht 
ihn künstlich wieder schlecht, weil der LDO so eine Diva ist.
Der Widerstand kostet auch was und braucht Platz.

Was das Datenblatt angeht:
Mit deinen 44µF bist du für diesen Regler viel zu klein dran. Gib ihm 
einen >220µF-Elko, das dürfte deutlich besser gehen. Man sieht an dem 
Graph Fig. 12 im Datenblatt, dass er mit kleiner Kapazität einen großen 
ESR braucht.

PS:
Der TL720M05-Q1 ist schon sehr seltsam, das muss man schon sagen. Und 
dann der Preis.
Wofür benötigst du genau den? Was ist da das Killerfeature?

Ich sehe es so im Datenblatt mal nicht direkt. Es muss aber etwas geben, 
sonst hätten die Distries den nicht auf Lager. Automotive?

Autor: Markus (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Für dein System ist Fig. 12 des Datenblatts relevant.
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl720m05-q1.pdf
> Dort siehst du, dass bei deiner Kapazität (bei dem Bias wahrscheinlich
> ca. 15µF verbleibende Kapazität) der ESR in der Gegend von 1Ohm sein
> muss, damit der LDO sicher stabil läuft.

Jup...ich hab den Graph auch nicht vernommen, nur die Werteangaben und 
ich ging davon aus dass er generell ab 1mR ruhig sein sollte. Da sieht 
man, dass das wirklich nur für hohe Caps gilt. Wieder was gelernt! Danke 
Achim!

Autor: Markus (Gast)
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jemamd schrieb:
> Aber es ist schon komisch. Man nimmt einen guten Kondensator, und macht
> ihn künstlich wieder schlecht, weil der LDO so eine Diva ist.
> Der Widerstand kostet auch was und braucht Platz.

Ja...tolle low ESR MLCC`s vs. ultra moderne LDOs --> ich hab auf alle 
Fälle was mitgenommen aus der Sache :-)

Elko ist schwierig, Baugröße und rauhe heiße Bedingungen. Plus 
Automotive, richtig.

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