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?
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
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.
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)
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.
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!
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.
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
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.
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.
Regulators.png
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