Forum: Platinen DC/DC-Wandler und Induktoren - EMV?


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von Dom (Gast)


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Hallo Tüftler,

ich hab eine Frage zu meinem Design.

Es ist das erst mal, dass ich DC/DC-Wandler und Spulen auf meiner PCB 
verwende...beim Wort Spule klingelt es direkt bei mir und ich frage 
mich, muss ich bzw. kann ich etwas beachten, damit es nicht zu 
magnetischen Störungen in meinen Circuit kommt.

Anbei ein Screenshot meines Designs.
L1 und L2 sind die beiden Spulen, welche gemeinsam mit einem Kondensator 
(4,7uF und 47uH die Ausgänge des DC/DC-Wandlers filtern.

Falls ihr Tipps für mich habt, wäre ich euch sehr dankbar.

Ich werde noch versuchen, weitgehend 90 Grad Winkel oder spitzer in der 
Leiterbahnführung zu verbessern und neu zu legen, sonst wüsste ich aber 
auch nicht mehr weiter, worauf ich noch achten  sollte.

Vielen Dank schon vorweg.
Lg Dom

von Johnny S. (sgt_johnny)


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Welcher Wandler ist es denn?

von Bernd (Gast)


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von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dom schrieb:
> Es ist das erst mal, dass ich DC/DC-Wandler und Spulen auf meiner PCB
> verwende...
Ich kann auf der Leiterplatte nichts erkennen, was von der Struktur her 
einem Schaltregler entspricht.
Sieh dir das Datenblatt und besonders das Kapitel "Layout 
Recommendations"
genau an.

Bernd schrieb:
> Kritisch sind die Stromschleifen (current loops)
Sehe ich auch so:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/40-Layout-Schaltregler

@Dom: finde diese 3 Stromschleifen in deinem Layout und zeichne sie ein. 
Wie sieht das aus?

von Erwin D. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> Ich kann auf der Leiterplatte nichts erkennen, was von der Struktur her
> einem Schaltregler entspricht.

evtl. links oben "PS1"
sieht aus wie ein Traco "TMAxxD"

von Dom (Gast)


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Vielen Dank für eure hilfreichen Antworten, hab mir diese Strompfade 
gestern um 03:00 vor dem Schlafen nochmal durchgelesen und sehr spannend 
gefunden.
Das ganze werde ich jetzt nochmal etwas munterer machen :D
Fakt ist, eine Menge der Teile, wie den Eingangskondensator oder die 
Diode hab ich in meinem Design nicht enthalten, auch das Datenblatt gibt 
da wenig her.

Der Schaltregler ist ein:
NMH1205SC

Anbei hab ich angehängt, wie mir das Datenblatt empfiehlt diesen im 
Design zu integrieren. In meinem Fall sind die Kondensatoren am Ausgang 
4,7 uF Caps und die Spulen 47uH und zwar diese: 07HCP-470K-50 von 
Fastron.

Lg Dom

von Dom (Gast)


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Aja und der Regler ist der PS1 links oben im Bild :)
Anbei noch ein Screenshot wie sich das Design in der Zwischenzeit 
verändert hat.

von noob (Gast)


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Dom schrieb:
> Der Schaltregler ist ein:
> NMH1205SC

Das ist ein fertiger Wandler, wo dir der Hersteller die Tücken im 
Platinendesign schon weitestgehend abgenommen hat. Die von Lothar 
genannten Stromschleifen wirst du allenfalls auf einem Röntgenbild des 
Wandlers finden.

von Dom (Gast)


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Okay, das klingt schon mal nicht falsch :D Dann können besagte SChleifen 
ja eigentlich nicht mehr so lange sein, wenn ich dich richtig verstehe 
:)

Ich hab jetzt nochmal ein paar Kleinigkeiten verändert, wie zB die 
GND-Plate unter den Spulen entfernt.
Ich hab auf dem Screenshot eingezeichnet wo ich Teile von Phase 1 
vermute...Spule und Kondensator am jeweiligen Ausgang (+5V und -5V) und 
diese Bahnen hoffentlich noch etwas optimiert. Was meint ihr dazu?

Danke für das Feedback <3

von Dom (Gast)


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Ich merke gerade nach dem Posten...genau so wird der Strom wohl kaum 
zurücklaufen, da ja hier keine GND-Plate ist...wäre es sinnvoll etwas 
Platz zwischen den beiden Spulen zu schaffen und die GND-Plate dort zu 
verbinden ?
Wie auf dem erneut angehängten Bild ? :D :D

von Hans (Gast)


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Nur so nebenbei. Hast du das Datenblatt gelesen?
<pre>
The minimum load to meet datasheet specification is 10% of the full 
rated load across the specified input voltage range. Lower than 10% 
minimum loading will result in an
increase in output voltage, which may rise to typically double the 
specified output voltage if the output load falls to less than 5%.
</pre>

Also bei einem 12V => +-5V  Wandler tippe ich auf irgendwas mit op-amps.
Bist du dir sicher, dass deine Schaltung immer mehr als 20mA aufnimmt?

Wenn du wegen EMV Angst hast, dann setz direkt neben die Lötpins SMD 
Kondensatoren auf die Unterseite. 0805 lässt sich gut löten! Da brauchst 
du wirklich keine Angst davor zu haben!

Also jeweils 1ner zwischen + und - von der Eingangsspannung, +5V und 
Ausgangs-GND und -5 und Ausgangs-GND.

Dabei bitte nicht auf die Massefläche verlassen.  Die Anschlüsse vom 
Kondensator müssen so nah wie möglich (ein paar mm sind schon i.O.) an 
die Pins des Schaltwandlers ran!

Irgendwas zwischen 10nF und 1µF sollte da passen. Dein L-C Filter dient 
nur das langsame Getakte (95kHz steht dazu im Datenblatt) zu Filtern. 
Die "EMV-Kondensatoren" "blocken" das was durch die Schaltflanken (da 
bist du schnell bei 10MHz) passiert.

73

von Dom (Gast)


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Erneut Danke für den Tipp !! Also da geht es jetzt um Blockkondensatoren 
zum Entkoppeln, ja ?
Kann ich da auf etwas bestimmtes achten, welchen Wert diese nun haben 
sollen ? Hab da heute zu dem Thema einiges gelesen, aber es herrscht 
scheinbar auch hier Uneinigkeit im Forum, ob nun größer oder kleiner 
besser ist :D
Ich denke, ich würde es wohl mit 1uF Tantal + 47nF parallel dazu 
versuchen :D

Wegen den Strömen, ich habe meine Schaltung vollständig in LTSpice 
simuliert, schaffe es aber gerade nicht die Aufnahmeströme anzeigen zu 
lassen, geht das irgendwo, damit ich sehe wieviel meine Schaltung im 
"geringsten" Fall zieht ?

Lg und herzlichen Dank

von Bernd (Gast)


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Dom schrieb:
> schaffe es aber gerade nicht die Aufnahmeströme anzeigen zu
> lassen
Direkt mit der Maus auf einen Anschlusspin gehen. Da ändert sich der 
Cursor.
Hier im Video bei 7:39 zu sehen: 
https://www.youtube.com/watch?v=FdHZ4wZc8ow

von Dom (Gast)


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Guter Punkt und Vielen DAnk dafür..am Prototypen hat zwar alles gut 
geklungen, aber von optimal bin ich dann ja erst wieder weit entfernt !
Ich hab vielleicht gesamt 20mA,~10mA je Zuleitung.
Jetzt tendiere ich eher zu diesem hier: TRN 1-0521 und da sind von Traco 
auch direkt Bilder dabei wie die optimale Platine auszusehen hat :)

Class B ist besser als Class A, wenn ich optimale Qualität erreichen 
will EMV-technisch und vom Noise-Bereich, richtig ?

Lg

von Dominik (Gast)


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Ich komm gerade drauf, ich hatte das Common von der Einspeisung nicht 
mit dem Ausgangs-GND getrennt.
Was meint ihr jetzt dazu ? Sollte das passen ?
In der restlichen Schaltung verwende ich dann nur noch das 
Ausgangs-Common des Wandlers richtig ?

von Hans (Gast)


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Wenn du die GNDs getrennt hast, dann musst du unbedingt die beiden 
Potentiale mit Kondensatoren zusammenhängen.

Das wäre im Layout von Traco C3 und C4. Damit reduzierst du 
Gleichtaktstörungen.

Tantal würde ich übrigens auch nicht mehr nehmen. Keramik gibts 
problemlos 100uF/6.3V in 1210er Bauform.

73

von Dominik (Gast)


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Alles klar, mir stellt sich nur gerade die Frage was denn die sauberere 
Lösung wäre...GND vom der Speisung (9 VDC und GND) mit Common vom 
Ausgang verbinden...ODER +5VDC mit den 9VDC über  den C4 und -5VDC mit 
dem EingangsGND über den C3 verbinden.
Hast du da eine Idee ?

Und wäre die Ausgangsfilterei bei diesem DC/DC-Wandler immer noch 
sinnvoll ? Im Datenblatt steht auch beim TRN1-0521 eine Switching 
Frequency von min. 100kHz :D
Fragen über Fragen..AUWEIH

von Hans (Gast)


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Für gewöhnlich sollte es reichen Common sekundär und gnd zu verbinden 
(also mit einem C).

Ob zusätzlich filtern notwendig ist, hängt von deiner Schaltung ab. 
Erwarte davon aber nicht zuviel!

Wenn es wirklich sauber sein soll/muss würde ich 12V => +-9v + 
Linearregler auf +-5v machen.

Die Frage ist nur was du eigentlich machst.

73

von Dom (Gast)


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Das ist eine Schaltung für Audio-Verstärker.
Ich verstärke das Signal um bis zu 50 dB..davor filtere ich es mit einem 
Filter 2. Ordnung und danach ist noch ein Buffer.

Ich hab heut eine Nachtschicht hingelegt und so manche Unterlagen 
gelesen zum Thema Eingangs und Ausgangsfilter...dabei herausgefunden, 
dass man die Filtergrenzfrequenz bei 1/10 der Frequenz wählt, wo der 
DC/DC-Wandler umschaltet...also in dem Fall 10 kHz und würde das dann 
wohl auch versuchen.
Außerdem hab ich gelesen, dass ein Damping-Widerstand wohl klug wäre 
parallel zur Spule am Ausgang und ein RC-Damping Glied nach dem 
Eingangsfilter, in welchem C 10x so groß sein soll, wie das C des 
Eingangsfilter.
Was meinst du dazu...sinnvoll ?

Hmm...klingt interessant, wenn mir das eine bessere Versorgung liefert, 
dann wäre es mir den Mehraufwand schon wert.
Also DC/DC-Wandler für 12V auf +/-9VDC und dann jeweils auf zB einen 
L7805 für den positiven Pol und L7905 für den negartiven Pol?

Lg

von Jörn P. (jonnyp)


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Ist ja so bequem die GND-Verbindungen berechnen zu lassen. Polygon um 
das ganze Ehlend und ferddich.
Bei dieser Methode garantiert niemand, das die Schaltung richtig funzt.
Es kann sein, das Strom erst von hinten durch die Brust ins Auge kommt.
Will sagen das ERC und DRC ihr OK geben, aber eine höheren Strom 
tragende GND-Verbindung vielleicht um etliche Ecken oder sogar durch ein 
Nadelöhr fließen muss. Das kann man ja nicht kontrollieren.
Kurz: Flooding ist scheiße wenn man sich Arbeit sparen will. Zumindest 
die wichtigsten GND-Verbindungen sollte man selbst routen, danach kann 
man flooden.

von Dom (Gast)


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Danke für das Feedback, mir wurde mal von einem Elektronik-Studenten 
gesagt ich soll diese GND-Plane so machen, hatte das bisher nie weiter 
hinterfragt und dachte mir nur, wie cool, das ist ja die Lösung für 
diesen Wirrwarr, nachdem ich zuerst alle GND-Traces selbst geroutet hab 
und das war sicher nicht optimal :D :D
Das heißt zusammengefasst, GND-Plane grundsätzlich ja, aber gerade wenn 
ich auch auf der Rückseite route, muss ich wichtige GND-Traces händisch 
dennoch routen? Ist jetzt natürlich meine nächste Frage, welche wichtig 
sind? :D

von Dominik (Gast)


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Ich werd mich bei dieser Schaltung jetzt mal damit versuchen Primär und 
Sekundärground zu verbinden. Hans, du meintest mit einem Cap koppeln ? 
Welche Größe würdest du denn da empfehlen ? 1 uF?

Bei der nächsten Schaltung geh ich es dann an, wie du vorgeschlagen hast 
mit den Linearreglern und vergleiche dann die Outcomes :)
Als Ausgangsfilter werd ich mir je Ausgang einen 100uF Cap mit 2,2uH 
Induktivität gönnen.
Ich hab gelesen, Elko ist hier besser als MLCC, da keine 
spannungsabhängige Veränderung der Kapazität zu erwarten ist und höhere 
ESR hier sogar gewünscht  werden. Auf ESR muss ich dann wohl auch 
besonders bei den Linearreglern später mal achten.

Jörn P.: ich werd versuchen die GND-Traces als Traces zu legen, von 
denen ich erwarte, dass sie mehr Strom führen.
Das Ergebnis werd ich dann wieder hier preisgeben. Für eure Hilfe möchte 
ich an der Stelle nochmals danken! Sehr viele Denkanstöße :))

von Dominik (Gast)



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Also laut dem Datenblatt von genau diesem Ding werden bei der 9V  zu 
+-5VDC weder die INs und OUTs noch das Primäre und sekundäre GND 
miteinander verbunden....kann das wirklich so stimmen ?

von Hans (Gast)


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Das ist ein isolierter Wandler. Da ist ein Trafo drinnen.
Daher ist Ein- und Ausgang nicht miteinander verbunden!

Daher ist Eingang und Ausgang nicht verbunden.
Die Kondensatoren werden irgendwo zwischen 1nF und 10uF liegen. Was 
tatsächlich notwendig ist ist schwer zu sagen. Das hängt von der 
gesamten Schaltung ab.

Tu dir da aber nicht zuviel an wegen EMV. Sieh Kondensatoren vor und 
schau Mal was ohne passiert.

Überleg dir auch Mal welche Störungen überhaupt Probleme machen. Wenn du 
bei 100khz schaltest, dann ist das außerhalb vom Frequenbereich der dich 
interessiert.

Wenn du da aber bei 10khz ein LC Filter setzt, dann baust du da 
potenziell einen Schwingkreis ein der noch im Audiobereich liegt.

Eine Kombi aus 7805 und 7905 nach dem Regler ist sicher effektiver und 
unproblematischer.

73

von Dominik (Gast)


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Okay, dann werd ich die beiden Massen mit einem Cap verbinden, die Größe 
des Caps aber so auf der Platine bemessen, dass ich experimentieren und 
messen kann.

Die Ausgangsfilter als Kompromiss bei 50 kHz zu setzen wär noch eine 
Sache die ich mir überlege...auch  hier wieder--> die Platine  flexibel 
designen und messen und schauen, dass ich so zum finalen Produkt komme 
:)

Ich schlaf jetzt erstmal ordentlich darüber, vielleicht ändere ich 
morgen auch schon das Design und dann ist am Ende des DC/DC-Wandlers 
plötzlich ein 7805+7905-Duo :D

Danke für deine Hilfe, ich hoffe, ich kann mich irgendwie mal 
revanchieren :)

von Dominik (Gast)


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Wäre es (zwecks Low Noise) möglich hinter meiner bestehenden Schaltung 
(mit Filtern) auf der positiven Seite einen LT1761 und auf der negativen 
einen LT1964 zu hängen ? Die könnten auch mit dem bestehenden 
DC/DC-Wandler gut und wären jetzt nicht aufwendig zu implementieren :)
Oder aber würd das Filtern am Ausgang des DC/DC Wandlers dann gar nichts 
mehr bringen ?

Wär jedenfalls grad reizvoll :D Oder  bringt es mir Vorteile mit 12VDC 
einzuspeisen auf 9VDC mit einem DC/DC Regler runter zu regeln und dann 
jeweils auf +-5VDC zu gehen ?

Lg

von Hans (Gast)


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Realistischer weiße wirst du, gute op-amps mit gutem psrr vorausgesetzt, 
sowieso wenig bis überhaupt keinen von der Spannungsversorgung sehen. 
Das ist doch "nur" audio!

Um wirklich ganz sicher zu sein  häng - mit Common über 100n zusammen 
(oder irgend einen Kapazitätswert zwischen 10n und 1u der sowieso schon 
drauf ist) und mach irgend einen Linearregler dran um auf +-5v zu 
kommen.

Du hast mit dem Eingangskreis bis zum 1.op-amp mehr in der hand als mit 
diesen Überlegungen.

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von Dom (Gast)


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Update, der Filter nach dem DC/DC Wandler wurde weggelassen, danach hab 
ich je einen LT1761 und LT1964 hängen.
Ich frage mich gerade, wäre es eine gute GND-Lösung eine 4 Layer-PCB zu 
nehmen und die inneren beiden Schichten als GND zu benutzen ? Bei JLCPCB 
käme ich dann wieder auf die Dicke von 1oz und ich hab 2 Layer zum 
Routen, oder was wär denn eine nette Lösung ?
Ich frag jetzt nicht wegen dieser Platine, hab noch eine  weitere mit 
wesentlich mehr Bauteilen auf engeren Raum und die ist echt nicht das 
einfachste zum Routen.

Lg

von Hans (Gast)


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Also da gibt es mehrere Lager.

Ich habe normalerweise auf top meine Bauteile und Route dort alles was 
ich messen will. Meist gehe ich dabei aber nur zu einem SMD Testpunkt 
(Bohrlöcher verbrauchen viel Platz auf den restlichen Lagen) und dann 
schon auf eine Innenlage. Top wird auch noch mit GND geflutet.

Bottom Versuche ich möglichst als durchgehende GND Fläche zu bekommen.

Routing ist in den Innenlagen. Je nachdem ob ich auf die Kapazitäten 
achten muss oder nicht flute ich hier auch mit gnd.

So ca im 2-5cm Raster will ich Top und Bottom verbunden haben (also per 
via).

Versorgung als Fläche mache ich nicht mehr. Da kann man sich zu leicht 
EMV Probleme einhandeln.

2 Lagen vermeide ich mittlerweile wenn möglich.

Überleg dir bitte noch 2 Mal ob du nicht auf SMD gehen kannst/willst.

Die Bauteile die du noch in THT bekommst (bis auf Ausnahmen wie z.b. 
dc/dc Wandler wie du auch drauf hast) sind oft antik. Moderne Op-amps 
sind um Größenordnungen besser als das was noch in tht zu bekommen ist 
(wieder mit Ausnahme - hier will man das aber normal nicht bezahlen).
20dB mehr PSRR bedeutet 1/10 Rauschen vom Schaltwandler am Ausgang. Das 
zahlt sich aus.

Dafür gibt's keine Sockel. Mit Heißluft geht mir das Wackelkontakt 
suchen bei billigen Sockel nach 1-2 Jahren aber nicht ab...

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