Hallo, Ich habe ein Problem mit der Spannungsversorgung bei einem Motorcontroller. Zur Versorgung des uC steht ein LDO mit 3.3V zur Verfügung, wobei die Spannung von einem Buck Converter genommen wird. Der uC zieht maximal 40mA. Nun kann es bei einem grösseren Motor passieren, dass die Spannungsversorgung des LDOs einbricht auf 1.2V und dort verweilt. Die Spannung des Buck Converters bleibt dabei auf 5V und mit dem Oszi ist auch kein Einbruch der Spannung zu erkennen. Der LDO wird dann sehr warm. Andere Komponenten scheinen sich nicht zu erwärmen. Nach einem Power Cycle funktioniert dann alles wieder normal. Könnte da irgend ein Latchup Effekt im Gange sein, der den LDO verklemmt? Was ich nun wahrscheinlich machen werde ist folgendes: - Erhöhen der Bufferkapazität und schauen, ob der Effekt noch auftritt. - Den Ausgang des LDO über einen Jumper führen und dann beim verklemmen öffnen, um zu schauen, ob da intern im LDO ein Problem vorhanden ist. - Die Ausgangskapazität des LDOs erhöhen. - Einen externen LDO anlöten und schauen, ob das Problem weiterhin auftritt. Jemand noch eine andere Idee?
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Bert S. schrieb: > einem grösseren Motor Was für ein Motor? Es ist offensichtlich, das du da einen Aufbau hast, den wir nicht kennen können. Vllt. malst du mal das ganze Bild.
Bert S. schrieb: > Könnte da irgend ein Latchup Effekt im Gange sein, der den LDO > verklemmt? deine Beschreibung klingt stark danach. Bert S. schrieb: > Jemand noch eine andere Idee? eine Schottky-Diode zwischen Vout und Vin, um den Spannungsregler vor Situationen mit Vout>=Vin+300mV zu schützen. Möglicherweise löst das den Latchup aus. Außerdem mit dem Oszi auf den Übergang in den Fehlermodus triggern und dann schauen, welche Spannungsverhältnisse unmittelbar davor geherrscht haben.
Achim S. schrieb: > eine Schottky-Diode zwischen Vout und Vin, um den Spannungsregler vor > Situationen mit Vout>=Vin+300mV zu schützen. Möglicherweise löst das den > Latchup aus. Alternatividee: Freilaufdiode über den Motor? Der könnte beim Abschalten eine negative Spannung erzeugen und solche Effekte auslösen. Das müsste man aber eigentlich am Oszi sehen
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Ich habe im Anhang noch ein Ausschnitt mit dem Oszi, wobei +5V und +3.3V gemessen wurde. Der Buck bricht nicht ein, aber es ist ein leichtes oszillieren erkennbar.
Christian W. schrieb: > Alternatividee: Freilaufdiode über den Motor? Der könnte beim Abschalten > eine negative Spannung erzeugen und solche Effekte auslösen. Das müsste > man aber eigentlich am Oszi sehen Des handelt sich um einen BLDC Motor und die Ansteuerung ist über 3 Halbbrücken mit Freilaufdioden. Ebenfalls ein Bremswiderstand ist auf der Leitung.
Ich denke, irgend ein Baustein auf der 3.3V Leitung verträgt das oszillieren nicht und erzeugt den Latch up effekt und somit wird der LDO kurzgeschlossen
Dieter schrieb: > Haengt der Motor an 3,3 , 5 oder 48V Netz? > Welche Leistung? Der Hängt an +16V, an einem einstellbaren SMPS und hat 2000kW Leistung, wird aber auf 160W mit FOC beschränkt. Mit Leistungen bis 100W hatte ich noch nie Probleme, auch bei +48V.
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Ich habe mal noch die Eingangsspannung (Blau) in Relation zum LDO Ausgang aufgezeichnet (20us pro Einheit), man sieht schön wie der Motor bei diesen starken Referenzstromänderungen die Versorgungsspannung einbrechen lässt. Also gepuffert ist sicher zu wenig. Der Buck verträgt das aber ziemlich gut, während der LDO die leichten Schwingungen nicht mehr ausgleichen kann.
Dh die 3.3V sind fuer die Steuerung, die den Motortreiber ansteuert. Also hast Du ein EMV Problem. Da ist sicher keine vollstaendige galvanische Trennung zur Endstufe oder dem Treiber.
In deinem ersten Oszi-Bild sind die Schwankungen auf den 5V und den 3,3V fast gleich. Da der LDO bei der Frequenz schon noch ein ordentliches PSRR haben sollte tippe ich mal drauf, dass die Schankungen tatsächlich auf deiner Masse sind (also zwischen dem Massepunkt, den deine Spannungsregler sehen, und dem Massepunkt, wo du das Oszi angeschlossen hast). Aber an diesem Bild ist imho erst mal nichts zu sehen, das einen intakten LDO in den Latchup treiben könnte. Schau vielleicht auch nochmal ein paar hundert µs vorher. Und stell dein Oszi vielleicht mal auf den Acquistion Mode "Envelope", falls es das kann. Damit erkennt man eventuelle kurze Spannungsspitzen besser. Wenn du deine Idee mit einem Jumper am LDO-Ausgang umgesetzt hast, kannst du dort vielleicht auch mal einen kleinen Strommesswiderstand reinsetzen und schauen, wie die Stromaufnahme am LDO-Ausgang beim Übergang in den Fehlermodus aussieht. Die Einbrüche in deiner zweiten Messung (auf den +48V) deuten tatsächlich auf eine unzureichende Bufferung hin. Aber der LDO sieht ja nicht die dort gezeigten 48V sondern nur die 5V, oder? hinz schrieb: > Zeig doch mal das Layout. das wäre in der Tat hilfreich. Und eine Angabe, um welche Kondensatortypen es sich an den verschiedenen Stellen jeweils handelt.
Dieter schrieb: > Also hast Du ein EMV Problem. > Da ist sicher keine vollstaendige galvanische Trennung zur Endstufe oder > dem Treiber. Ja das könnte sicher schon sein. Achim S. schrieb: > Und stell dein Oszi vielleicht mal > auf den Acquistion Mode "Envelope", falls es das kann. Damit erkennt man > eventuelle kurze Spannungsspitzen besser. Den habe ich leider nicht. Achim S. schrieb: > Wenn du deine Idee mit einem Jumper am LDO-Ausgang umgesetzt hast, > kannst du dort vielleicht auch mal einen kleinen Strommesswiderstand > reinsetzen und schauen, wie die Stromaufnahme am LDO-Ausgang beim > Übergang in den Fehlermodus aussieht. Die Stromaufnahme ist um die 160mA, also über den 100mA des LDOs und der geht in die Begrenzung. Ich habe nun auch einige Komponenten an der Versorgung getrennt, jedoch tritt es immer noch gleich auf. Wenn ich den LDO Ausgang im Fehlerzustand kurz abhänge, dann läuft alles wieder. Achim S. schrieb: > Die Einbrüche in deiner zweiten Messung (auf den +48V) deuten > tatsächlich auf eine unzureichende Bufferung hin. Aber der LDO sieht ja > nicht die dort gezeigten 48V sondern nur die 5V, oder? Ja, der sieht nur die 5V Achim S. schrieb: > Und eine Angabe, um welche > Kondensatortypen es sich an den verschiedenen Stellen jeweils handelt. Das sind alles X5R oder X7R, 0402 bis 0805. Der Buffer ist ein 220uF Elektrolykondensator, SMD Onboard. Das ist natürlich für so einen Motor ungünstig, der Treiber wird normalerweise auch nur für kleine Motoren verwendet. hinz schrieb: > Zeig doch mal das Layout Ich versuche es zu organisieren Achim S. schrieb: > (also zwischen dem Massepunkt, den deine > Spannungsregler sehen, und dem Massepunkt, wo du das Oszi angeschlossen > hast) Ja diese Punkte sind tatsächlich weiter auseinander
Ach ja, und noch folgendes: überprüfe die folgende Aussage vielleicht nochmal etwas genauer Bert S. schrieb: > Andere Komponenten scheinen sich nicht zu erwärmen. Wenn eine Komponente am Ausgang des LDO in den Latchup gehen sollte, dann läuft der LDO in die Strombegrenzung. Der LDO im kleinen Gehäuse kriegt dann 75% der Verlustleistung ab und wird spürbar heiß. Die Komponente mit dem Latchup bekommt nur maximal 25% der Verlustleistung ab. Wenn sie zusätzlich noch in einem wesentlich größeren Gehäuse steckt als der LDO merkst du deren Temperaturanstieg vielleicht nicht so ohne weiteres.
Achim S. schrieb: > Wenn sie zusätzlich noch in einem wesentlich größeren Gehäuse steckt > als der LDO merkst du deren Temperaturanstieg vielleicht nicht so ohne > weiteres. Ich denke, ich werde mal einen anderen, kräftigeren LDO dranhängen, so dass ich die verursacher Komponente finde. Ich bin mir aber zu 90% sicher, dass es der uC ist, denn ich habe fast alle anderen Komponenten abgeschnitten außer die Strommessung über zwei INA240. Vorher versuche ich aber mal eine bessere Bufferung des LDO, da die 1uF schon sehr gering sind (Minimum für Stabilität)
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Ich habe mal noch die Auflösung auf 200us gesetzt, es passiert vorher nicht wirklich was.
Bert S. schrieb: > Ich habe mal noch die Auflösung auf 200us gesetzt, es passiert vorher > nicht wirklich was. Ich sag mal, der Regler wird zu heiß und schaltet an. Wenn er wieder kalt ist, gehts wieder. Mal Fingerchen drauf MfG Klaus
Klaus schrieb: > Ich sag mal, der Regler wird zu heiß und schaltet an. Wenn er wieder > kalt ist, gehts wieder. Mal Fingerchen drauf Es fliessen bis zum Einbruch nur 42mA bei 1.7V Differenzspannung, also nicht einaml 0.1W auf das SOT23-3. Ich denke nicht das dass ein Problem darstellt, sonst hätte ich im Normalbetrieb auch schon Probleme.
Ich habe nun noch mit zusätzlichen 220uF gebuffert, jedoch nicht wirklich eine Verbesserung des Problems.
Bert S. schrieb: > Ich habe nun noch mit zusätzlichen 220uF gebuffert, jedoch nicht > wirklich eine Verbesserung des Problems. Bekommst du es nicht gebacken? Schaltung und Foto vom Aufbau!
Und wenn das nicht geht, wie waere es mit einer Skizze? Papier, Bleistift und dann abfotografieren mit dem Smartphone.
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Ich konnte mit einem stärkeren LDO herausfinden, dass die restliche Energie in einem INA240 verbraten wird. Ich kann mir vorstellen, dass aufgrund fehlender Filterung und Massenverschiebung durch hohe Ströme ein Latch-up entsteht und somit das Ding kurzschließt. Eine Filternetzwerk nach dem Shunt ist sicher schon einmal vorgesehen. Wie aber verhindere ich den Latch-up durch die Masserverschiebung, mit einer Schottky Diode? Ich kann leider momentan nicht auf das Layout zugreifen, werde ich noch nachholen.
Ich konnte das Problem beheben, indem ich einfach VCC von den beiden INA240 direkt zusammenschließe und an ein Kabel löte und dann einfach mit 3.3V verbinde. Auch bei +48V bringe ich bei 20A das Teil nicht mehr zum abstürzen. Ich vermute nun, dass da einfach eine extrem feine Lötbrücke entstanden ist, welche irgendwie bei Impulsen gebrückt hat.
Kann nicht auf das Layout zugreifen, dabei liegt es vor ihm. ;) ;o) Hat wohl gemerkt, Vcc Leiterbahn etwas duenne spazieren gefuehrt wurde.
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So ich habe mal ein Foto gemacht von der Strommessung mit dem INA240. Wenn ich also jeweils Pin5 des INA240 (Punkt 1 und 2) abschneide und direkt mit Punkt 3 über einen Jumper verbinde, dem LDO 3.3V Ausgang, dann geht es ohne Probleme. Wenn ich aber Pin 3 direkt mit einem Jumper mit Punkt 1 und Punkt 2 verbinde, ohne vorher Pin5 abzuschneiden, dann besteht das Problem weiterhin. VCC ist etwas schmal geraten (8mil), jedoch ist hier auch nur ein Strom von 1.8mA unterwegs. Es scheint also irgend ein Latch-Up zwischen dem Referenz Eingang REF2 und dem VS Eingang des INA240 zu geben. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina240-q1.pdf
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Abschneiden, abtrennen oder verbinden? Wie genau ist das gemeint? Wird das Fuesschen abgeloetet und kommt in der Luft uaengend ein Draht ran?
Dieter schrieb: > Wird das Fuesschen abgeloetet und kommt in der Luft uaengend ein Draht > ran? Genau
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Es steht da noch, dass VREF nicht kleiner als GND oder grösser als VS sein darf. Ich denke also, es wird durch eine Einkopplung VREF2 grösser als VS, aber ich nicht, warum dann eine direkte Verbindung zu V3.3 nichts bringt.
Ich habe mal noch auf einer Platine beide Füsse (Pin 5 und 6) zusammengelötet, jedoch hat das leider auch nicht geholfen.
Das ist doch mindestens eine Duallayerplatine. Was könnte da von der anderen Seite einkoppeln oder was mit SignalFlanken verläuft dort?
Dieter schrieb: > Das ist doch mindestens eine Duallayerplatine. Was könnte da von der > anderen Seite einkoppeln oder was mit SignalFlanken verläuft dort? Ist eine 4 Layer Platine, auf der anderen Seite ist noch etwas Vogelfutter. Ich aber sehe gerade, dass da evtl. eine Ground Loop ist: - VREF1 ist nicht direkt auf dem gleichen GND wie der GND für den INA240. Der GND vom INA240 kann evtl. durch eine hohe Stromspitze (Rücklaufpfad MOSFETs) höher sein als der GND von VREF1 und daher kommt sehr wahrscheinlich der Latch-Up. Ich verbinde mal die GNDs direkt und schaue, ob es das Problem löst. Warum aber die andere Lösung so erfolgreich ist, ist mir noch nicht klar.
Bert S. schrieb: > Dieter schrieb: > Das ist doch mindestens eine Duallayerplatine. Was könnte da von der > anderen Seite einkoppeln oder was mit SignalFlanken verläuft dort? > > Ist eine 4 Layer Platine, auf der anderen Seite ist noch etwas > Vogelfutter. Ich aber sehe gerade, dass da evtl. eine Ground Loop ist: > > - VREF1 ist nicht direkt auf dem gleichen GND wie der GND für den > INA240. Der GND vom INA240 kann evtl. durch eine hohe Stromspitze > (Rücklaufpfad MOSFETs) höher sein als der GND von VREF1 und daher kommt > sehr wahrscheinlich der Latch-Up. > > Ich verbinde mal die GNDs direkt und schaue, ob es das Problem löst. > Warum aber die andere Lösung so erfolgreich ist, ist mir noch nicht > klar. Poste mal die Leiterplattendateien! So kann man dir nicht helfen!
Ich habe das Problem nun wie oben beschrieben gelöst. Der GND des INA240 war auf dem Power GND, während REF2 auf dem analogen GND war. Durch den hohen Strom im Power GND bei um die 20A kam es zu einer Potentialdifferenz, so dass REF2 etwa 0.2V unter dem GND des INA240 lag und somit ein Latch-Up auslöste. Danke Euch für die Hilfe.
Bert S. schrieb: > Ich habe das Problem nun wie oben beschrieben gelöst. Der GND des > INA240 war auf dem Power GND, während REF2 auf dem analogen GND war. > Durch den hohen Strom im Power GND bei um die 20A kam es zu einer > Potentialdifferenz, so dass REF2 etwa 0.2V unter dem GND des INA240 lag > und somit ein Latch-Up auslöste. > > Danke Euch für die Hilfe. Mein, hast du nicht! Solches gefrickel hab ich schon mal gesehen
Bert S. schrieb: > Ich konnte mit einem stärkeren LDO herausfinden, dass die restliche > Energie in einem INA240 verbraten wird. Ja sorry, wie hätte man dir da helfen können. Du redest von einer Stromaufnahme von 42mA, verrätst nicht, dass da irgendwo 20A fließens und das Layout/Massekonzept bleibt ein Geheimnis ;( Wie man auf die Idee kommt, Versorgungsspannung mit 8mil zu routen, ist noch ein ganz anderes Thema. Danke für die Aufklärung.
Bert S. schrieb: > Der GND des INA240 > war auf dem Power GND, während REF2 auf dem analogen GND war. In deinem Schaltplan Beitrag "Re: Spannungsregler bricht zusammen" unterscheidest du nicht zwischen Power GND und Analog GND (es gibt nur einen Netznamen GND), in deinem Layout scheinst du es jedoch zu tun. Dass du in der Schaltung Verschiebungen von einigen hundert mV zwischen unterschiedlichen Massepunkten auf der Platine hast, hat deine erste hier gezeigte Oszi-Messung nahegelegt. In dem Fall gehört der Ref-Pin des INA tatsächlich unbedingt an das selbe Massenetz wie der Pin 4 (GND) des INA - damit die absolute max. ratings sicher eingehalten werden. Und beide gehören an das Analog GND Netz, nicht an das Power GND Netz - damit deine Strom-Messwerte nicht verfälscht werden. Der Power-Kreis sollte nur über IN+ und IN- an deinen INA gelangen. Diese beiden Pin vertragen einen großen Common Mode Range (das ist ja grade der Witz an dem Baustein) und durch das hohe CMRR macht es der Differenzmessung wenig aus, wenn sich Bezugspotentiale im Takt des Motorstroms verschieben. Es ist anhand der bisher gezeigten Layoutdaten nicht nachvollziehbar, wie du die beiden Netze Power-GND und Analog-GND konkret separiert hast und ob die GND-Verbindungen zu den übrigen Komponenten (LDO, Controller) richtig gestaltet sind. Wenn ein Teil der 20A über die dünnen Versorgungleiterbähnchen fließen sollte kann es also sein, dass du den Latchup zwar abgestellt hast, aber weiter eine ungenaue Strommessung durchführst (wegen verschobener Bezugspotentiale zwischen INA und ADC). Aber die eigentliche Ursache für den Latchup (Vref < GND-Anschluss am INA) scheinst du imho gefunden und beseitigt zu haben.
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