Hallo, ich verwende den TPS62743 um eine Eingangsspannung von 5 V mit einem Eingangsstrom von max. 5 mA auf 1,8 V zu konvertieren. Ich verwende die gleiche Beschaltung, wie es der WEBENCH Power Designer von TI vorschlägt (siehe angefügte Grafik). Allerdings habe ich die Kapazitäten von Cin auf 220 µF + 47 µF und Cout auf 47 µF erhöht, um etwas Puffer für den dahinterliegenden Sensor (BME680) zu haben. Durch die Erhöhung der Kapazitäten erhalte ich nun einen viel höheren Einschaltstrom (Spitze von 35 A laut WEBENCH Simulator [sim:3], siehe angefügte Grafik) und bis zur Stabilisierung einen Strom von bis zu 200 mA. Sim:1 gibt den Einschaltstrom bei Cin von 4,7 µF und Cout von 10 µF an. Da gibt es diesen Peak nicht. Meine Eingangsspannungsquelle liefert mir jedoch nur 5 mA kontinuierlich und manchmal bricht sie aufgrund des Einschaltstroms zusammen. Selbst ich eine andere Quelle (z. B. über USB, https://de.elv.com/elv-usb-modul-um2102n-komplettbausatz-150952) verwende, bricht kurzzeitig die Spannung ein und man hört, dass das USB Device ab- und wieder angekoppelt wird (ding-dong unter Windows). Wie kann ich nun den Eingangsstrom (wird ja primär durch Cin verursacht) so begrenzen, dass die Effizienz der Spannungswandlung dadurch kaum beeinträchtigt wird? -- Viele Grüße, Mathias
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Ich habe gerade http://www.ti.com/lit/an/slva670a/slva670a.pdf gefunden. Da geht es genau darum. Mal schauen, welcher Load Switch passt.
Mathias W. schrieb: > Ich habe gerade http://www.ti.com/lit/an/slva670a/slva670a.pdf gefunden. > Da geht es genau darum. Mal schauen, welcher Load Switch passt. Ich würde den TPS22916 verwenden. Was meint ihr? -- VG, Mathias
Naja, der große Strom ist wohl nur für eine extrem kurze Zeit. Die Ladungsmenge ist also gering. Der oder die Kondensatoren am Eingang sollen solche Stromspitzen liefern. Du kannst ja im Layout noch einen zusätzlichen Kondensator am Eingang vorsehen und den dann nicht bestücken. Oder andere Werte bestücken. Damit der keinen so großen Strom von der Versorgung zieht kannst du einen sehr kleinen Widerstand verbauen, so 1 bis 10 Ohm oder eine Ferritperle. Ich setze immer Ferrit zwischen die Versorgung und die Eingangs-Cs des Reglers.
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Gustl B. schrieb: > Du kannst ja im Layout noch einen zusätzlichen Kondensator am Eingang > vorsehen und den dann nicht bestücken. Oder andere Werte bestücken. Danke für die schnelle Antwort. Ein zusätzlicher Kondensator macht es doch eigentlich nur noch schlimmer, da noch mehr Kapazität geladen werden muss. Und das mit dem nicht bestücken, verstehe ich dann nicht. Klar, ich kann kleinere Werte für Cin verwenden. Die benötigte Kapazität ist jedoch so schon richtig berücksichtigt. > Damit der keinen so großen Strom von der Versorgung zieht kannst du > einen sehr kleinen Widerstand verbauen, so 1 bis 10 Ohm oder eine > Ferritperle. Ich setze immer Ferrit zwischen die Versorgung und die > Eingangs-Cs des Reglers. Das mit dem ferrite bead ist ein guter Tipp. Ich habe von WE diese App Note gefunden: https://www.we-online.de/katalog/media/o109009v410%20AppNotes_ANP041_StromspitzensichererEingangsfilterMitWEMPSB_DE.pdf Die MPSB scheinen mir die richtige Lösung zu sein. Mit dem TPS22916 würde ich vermutlich nicht weit kommen, da dessen maximum pulsed switch current nur 2,5 A beträgt. Verwendest du nur einen Ferrit oder zwei, jeweils in + und -? -- Viele Grüße, Mathias
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Mathias W. schrieb: > Meine Eingangsspannungsquelle liefert mir jedoch nur 5 mA kontinuierlich > und manchmal bricht sie aufgrund des Einschaltstroms zusammen. Selbst > ich eine andere Quelle (z. B. über USB, > https://de.elv.com/elv-usb-modul-um2102n-komplettbausatz-150952) > verwende, bricht kurzzeitig die Spannung ein und man hört, dass das USB > Device ab- und wieder angekoppelt wird (ding-dong unter Windows). Bei USB sind max. 10µF erlaunt, aus genau dem Grund. Was du brauchst, ist eine Schaltung für einen sog. "Softstart" (Sanftanlauf). Also eine Ladeschaltung für die Kondensatoren. Außerdem muss dein Regler ebenfalls einen Softstart machen, was er nicht kann. Softstart heißt: Die Spannung am Kondensator wird mit einer definierten Rampe erhöht. Der Strom ist dann I=C*deltaU/deltaT. Nach der Formel kannst du die nötige Zeit für den "Softstart" berechnen. Die Softstart-Schaltung für die Eingangskondensatoren kann so aussehen: http://www.mosaic-industries.com/embedded-systems/microcontroller-projects/electronic-circuits/push-button-switch-turn-on/inrush-current-limited-mosfet Und für den Regler brauchst du einen, mit programmierbarem Softstart, wie jenem: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5165-q1.pdf Das Feature heißt "programmable soft start", und ist eigentlich recht gängig. Man bekommt es von so gut wie jedem Hersteller. Du solltest also etwas passendes finden können.
Mathias W. schrieb: > Allerdings habe ich die Kapazitäten von Cin auf 220 µF + 47 µF und Cout > auf 47 µF erhöht, um etwas Puffer für den dahinterliegenden Sensor > (BME680) zu haben. Ja nun, ein leerer Kondensator ist ein Kurzschluss. Da fließt dann für ein paar µs soviel Strom wie möglich. Mathias W. schrieb: > Die benötigte Kapazität ist jedoch so schon richtig berücksichtigt. Ein 5mA Schaltregler braucht sicher niemals gut 250µF am Eingang. Ich hätte da auf einen kleinen Kerko unter 5µF getippt. > Das mit dem ferrite bead ist ein guter Tipp. Der wirkt aber normalerweise in ganz, ganz anderen Frequenzbereichen... > Ich habe von WE diese App Note gefunden: Die für gut 1000-fach höhere Ströme ausgelegt ist, als du sie hast. In diesem Fall heißt das wohl: "knapp daneben" ist auch vorbei... Aber treten wir doch mal einen Schritt zurück: was ist das für eine Quelle, die so instabile und unbelastbare 5V liefert? Bedeutet max. "5mA liefert", dass das der Kurzschlussstrom dieser Quelle ist?
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Lothar M. schrieb: > Mathias W. schrieb: >> Die benötigte Kapazität ist jedoch so schon richtig berücksichtigt. > Ein 5mA Schaltregler braucht sicher niemals gut 250µF am Eingang. Ich > hätte da auf einen kleinen Kerko unter 5µF getippt. Richtig, der Schaltregler braucht das nicht, allerdings die Schaltung, die dahinter ist. Der BME680 zieht während seiner Messung (hot plate) für ca. 100 ms deutlich mehr Strom, als die 5 mA Iin bzw. 12 mA bei 1,8V Vout. Das versuche ich mit den größeren Cin und Cout abzufangen und habe sie entsprechend so ausgelegt. >> Das mit dem ferrite bead ist ein guter Tipp. > Der wirkt aber normalerweise in ganz, ganz anderen Frequenzbereichen... D. h., mit den bis zu 4 MHz mit denen der Schaltregler arbeitet, würde das gar nicht funktionieren? >> Ich habe von WE diese App Note gefunden: > Die für gut 1000-fach höhere Ströme ausgelegt ist, als du sie hast. > In diesem Fall heißt das wohl: "knapp daneben" ist auch vorbei... Richtig, wenn ich nur den Dauerstrom betrachte. Mir geht es jedoch um den Spitzenstrom beim Einschalten, also beim Laden der Kondensatoren. > Aber treten wir doch mal einen Schritt zurück: was ist das für eine > Quelle, die so instabile und unbelastbare 5V liefert? Bedeutet max. "5mA > liefert", dass das der Kurzschlussstrom dieser Quelle ist? Z. B. USB. Da sind während des Ansteckens nur 100 mA und höchstens 10 µF erlaubt. Ich verwende die USB-Stromversorgung (über den oben erwähnten USB UART Converter) nur während der Entwicklung (für debug messages). Und schon da treten die Probleme auf. Das eigentliche Netzteil ist von einem Bus-System und so vorgegeben. Ich vermute, dass es ein Kondensatornetzteil ist, da es auch nicht galvanisch getrennt ist. Mehr Informationen über das Innenleben habe ich nicht. Nur, dass max. 5 mA dauerhaft verwendet werden dürfen. Es verkraftet schon etwas mehr Spitzenstrom. Allerdings bekomme ich auch öfter Überstromwarnungen vom Bus-System. Daher muss ich irgendwie die Spitzenströme während des Ladens der Kondensatoren abpuffern, ohne groß den Wirkungsgrad des Schaltreglers zu reduzieren.
Mathias W. schrieb: > Wie kann ich nun den Eingangsstrom (wird ja primär durch Cin verursacht) > so begrenzen, dass die Effizienz der Spannungswandlung dadurch kaum > beeinträchtigt wird? Prinzipiell durch eine Drossel, sie plättet die Eingangsstromspitze. Aber sie bildet mit dem Eingangskondensator auch einen Schwingkreis, der mit dem Schaltregler, einem negativen Widerstand, belastet wird. Perfekter Bauankeitung für einen Oszillator, also muss das bedämpft werden. Ich halte den überdimensionierten Regler für deine 5mA Quelle für ungeeignet.
Im Datenblatt ist Cin 4.7 uF. Der muss also nach dem Anschließen geladen werden. Bei 5 V sind das also 4.7 uF mal 5 V = 23.5 uC oder 23.5 uAs. Das bedeutet, das wenn da ein Ampere Ladestrom fließt, dann dauert es 23.5 us bis der geladen ist. Jetzt dürfen aber nur 5 mA fließen, also teilt man dadurch und kommt auf 4.7 ms. Stimmt das? Mir kommt das recht lange vor. Das ist dann schon eine längere Zeit, ja. Gut da ist der Ferrit unpassend. Dann würde ich einen Widerstand nehmen. Bei 5 mA an 5 V also 1 kOhm oder etwas weniger.
Mathias W. schrieb: >> Aber treten wir doch mal einen Schritt zurück: was ist das für eine >> Quelle, die so instabile und unbelastbare 5V liefert? Bedeutet max. "5mA >> liefert", dass das der Kurzschlussstrom dieser Quelle ist? > Z. B. USB. Da sind während des Ansteckens nur 100 mA und höchstens 10 µF > erlaubt. Ja, aber später dann kontinuierlich locker das hundertfache. > Und schon da treten die Probleme auf. Ja, weil du eben eine komplett andere Entwicklungsumgebung als die spätere reale Hardware hast. Das könnte man auch "Schuss ins eigene Knie" heißen. Denn das sind ja völlig andere Probleme als in deinem Zielsystem. > Das eigentliche Netzteil ist von einem Bus-System und so vorgegeben. Ich > vermute, dass es ein Kondensatornetzteil ist, da es auch nicht > galvanisch getrennt ist. Also werden dort niemals nicht irgendwelche 35A fließen. Insofern wäre es durchaus sinnvoll, auch zum Entwickeln eine ähnlich unbelastbare Stromversorgung zu nehmen, und einfach den USB-Programmieradapter davon zu trennen. > Das eigentliche Netzteil ist von einem Bus-System und so vorgegeben. Ich > vermute Das solltest du dringesndst ändern. Du kannst keine Schaltung entwickeln, wenn du nicht mal weißt, wie die versorgt wird. Wenn du die Grenzen der Versorgung und die Gründe für diese Grenzen nicht kennst, dann wirst du dich später immer wieder über wundern über > Überstromwarnungen vom Bus-System. > Es verkraftet schon etwas mehr Spitzenstrom. Vemutlich wie viel? Und wie lang? Denn diese Wert musst du wissen, wenn du diese Frage beantworten willst: Mathias W. schrieb: >>> Wie kann ich nun den Eingangsstrom (wird ja primär durch Cin verursacht) >>> so begrenzen Mathias W. schrieb: >>> Das mit dem ferrite bead ist ein guter Tipp. >> Der wirkt aber normalerweise in ganz, ganz anderen Frequenzbereichen... > D. h., mit den bis zu 4 MHz mit denen der Schaltregler arbeitet, würde > das gar nicht funktionieren? Die 4MHz sind hier völlig uninteressant, du hast ja kein EMV-Problem. Sondern du willst den Stromanstieg so weit begrenzen, dass der Strom beim einschalten so langsam ansteigt, dass er während des Ladens der Kondensators nicht übermäßig anteigt. Dafür gibt es Formeln zum Stromanstieg in Induktivitäten. Und du wirst damit Werte im mehrstelligen mH-Bereich ermitteln.
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MaWin schrieb: > Ich halte den überdimensionierten Regler für deine 5mA Quelle für > ungeeignet. Wieso hältst den TPS62743 für überdimensioniert? Nur weil er deutlich mehr wandeln kann, als die 5 mA? Ich habe keinen Schaltregler gefunden, der zwischen 0,01 und 10 mA eine Effizienz von ca. 90% hat und gleichzeitig nur 5-20 mA Ausgangsleistung hat. Falls du da einen kennst, der nicht überdimensioniert ist, schreib es mal bitte.
Lothar M. schrieb: > Mathias W. schrieb: >> Das eigentliche Netzteil ist von einem Bus-System und so vorgegeben. Ich >> vermute > Das solltest du dringesndst ändern. Du kannst keine Schaltung > entwickeln, wenn du nicht mal weißt, wie die versorgt wird. Wenn du die > Grenzen der Versorgung und die Gründe für diese Grenzen nicht kennst, > dann wirst du dich später immer wieder über wundern über Ich habe wirklich schon versucht, mit hohem Zeitaufwand, da mehr in Erfahrung zu bringen, leider vergeblich. Klar wäre es schön, zu wissen, was die exakten maximal ratings sind. Der Hersteller des Netzteils sagt, dass nicht mehr als 5 mA gezogen werden dürfen. Allerdings wird das Wissen nicht viel daran ändern, dass ich den Einschaltstrom des Cin begrenzen muss, um die Überstromwarnungen wegzubekommen. Wobei es mir hier nicht um die Warnung selbst geht, sondern vielmehr darum, einen sauberen Start meiner Sensorapplikation hinzubekommen. Mit der Überstromwarnung ist nämlich ein Abschalten verbunden und meine Schaltung versucht dann mehrmals zu "starten". Alternativ könnte ich einfach annehmen, dass meine Schaltung am USB-Port ohne separatem Netzteil funktionieren und die Spezifikation einhalten soll. Wie löse ich dann die Strombegrenzung unter diesen Vorgaben? Der TPS22916 ist ja eigentlich genau dafür konzipiert. Nur ob er den hohen Stromanstieg - wie er vom Simulator errechnet wurde - auch verkraftet, weiß ich nicht so recht. Die Spec ist da ja klar bezüglich max. current. > Mathias W. schrieb: >>>> Das mit dem ferrite bead ist ein guter Tipp. >>> Der wirkt aber normalerweise in ganz, ganz anderen Frequenzbereichen... >> D. h., mit den bis zu 4 MHz mit denen der Schaltregler arbeitet, würde >> das gar nicht funktionieren? > Die 4MHz sind hier völlig uninteressant, du hast ja kein EMV-Problem. > Sondern du willst den Stromanstieg so weit begrenzen, dass der Strom > beim einschalten so langsam ansteigt, dass er während des Ladens der > Kondensators nicht übermäßig anteigt. Dafür gibt es Formeln zum > Stromanstieg in Induktivitäten. Und du wirst damit Werte im > mehrstelligen mH-Bereich ermitteln. Also doch eine Induktivität. Gut, ich schaue mal, ob ich was passendes finde und werde mich nochmal intensiver damit beschäftigen.
Du könntest den Kondensator zuerst langsam laden lassen und erst wenn er zu einem gewissen Anteil voll ist den Schaltregler einschalten. Das braucht aber etwas zusätzliche Schaltung...
Mathias W. schrieb: > Nur ob er den hohen Stromanstieg - wie er vom Simulator errechnet wurde > - auch verkraftet, weiß ich nicht so recht. Die Spec ist da ja klar > bezüglich max. current. Mach dir mal keine Sorgen um diesen Stromanstieg. Der Schaltregler ist kurzschlussfest und begrenzt den Strom von sich aus: "The TPS6274x integrates a current limit on the high side, as well on the low side MOSFETs to protect the device against overload or short circuit conditions." Mathias W. schrieb: > Gut, ich schaue mal, ob ich was passendes finde und werde mich nochmal > intensiver damit beschäftigen. Bau einfach in deine simulation eine Spule ein. Dann siehst du auch gleich, ob da was klingelt.
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