Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ripple am Schaltregler


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Dom S. (sirsydom)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich hab eine KNX Transceiver Schaltung auf einem kleinem PCB gemacht.
Siehe auch hier: Beitrag "Mein KNX Breakout  Shield  Busankoppler"

Der Schaltregler ist in den NCN5120 integriert und die äußere 
Beschaltung hab ich nach Datenblatt 
(https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjl_f7h9_TsAhWPTcAKHbqUALMQFjAAegQIAhAC&url=http%3A%2F%2Fwww.onsemi.com%2Fpub%2FCollateral%2FNCN5120-D.PDF&usg=AOvVaw1kEeX4bMsM2ZQQDl9yNeht) 
vorgenommen.

Die Frequenz des Buck Converters ist im DB nicht angegeben, habe aber 
von 300kHz gelesen.

Mein Schaltplan, siehe Anhang.


Hinweise dazu:
C41 ist nicht bestückt bzw in dem Layout noch nicht vorgesehen, das kam 
erst später dazu, das Datenblatt hat den im Referenzlayout leider nicht 
drin, nur den Elko.

L1+L2: TDK VLS5045EX-221M 
https://product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/inductor_commercial_power_vls5045ex_en.pdf

C10+C11: Samsung CL10A106KP8NNNC 
http://weblib.samsungsem.com/mlcc/mlcc-ec-data-sheet.do?partNumber=CL10A106KP8NNN

Ergebnis ist das mit 160R auf der 3V3 ein Ripple von ca. 200mV zu sehen 
ist. (Anhang) Ein bischen viel. Vor allem auch, weil auf dem käuflich zu 
erwerbenden Testboard mit dem NCN5130 (Nachfolger) die 3V3 ziemlich 
sauber rauskommen..

Bzgl. Schaltregelerdesign bin ich bloody beginner. Könnte ihr mir 
vielleicht weiterhelfen?

von MaWin (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Wie kommst du auf den Induktivitätswert für L1 und L2 ?

gelesen ? :

"When
using low series resistance output capacitors on DC2, it is
advised to split the the current sense resistor as shown in
Figure 12 to reduce ripple current for low load conditions."

Das Ding hat also sowieso Probleme mit Ripple und möchte wohl lieber 
high ESR Kondis.

von Dom S. (sirsydom)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Werte für L1 und L2 sind aus dem Datenblatt. Table 6, Seite 15.

Das "Problem" ist, dass die Schaltung Einsatzfälle von ~10ma bis 100mA 
abdecken soll.

Ich verstehe gerade auch nicht, was der von dir zitierte Hinweis 
bedeutet. Figure 12 finde ich nämlich keine passende. Er betrifft 
außerdem explizit DC2, und tatsächlich hab ich auf den 5V keinen 
Ripple...

von Dom S. (sirsydom)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ok, das die 5V "glatt" sind war Fakenews. Shame on me.

was meint ihr ist die Ursache für den Ripple?
Spule zu klein?
ESR vom C zu hoch?

von hinz (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Layout murksig?

von Dom S. (sirsydom)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hinz schrieb:
> Layout murksig?

kann schon sein... welche Fehler im Layout würden denn zu einem hohen 
Ripple führen?

von Dom S. (sirsydom)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hab mal versucht es darzustellen. das ist der 3V3 Part mit L, C und R...
Massflächen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Sir S. schrieb:
> hab mal versucht es darzustellen
Ich kann in dem Layout keinen Schaltregler erkennen. Wenn der gut 
gemacht ist, sieht man den auf Anhieb. Hier ist der irgendwie irgendwo 
versteckt, das wird nix.

Gibt's nicht wie üblich im Datenblatt einen Layoutvorschlag?

von Dom S. (sirsydom)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

von hinz (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lothar M. schrieb:
> Gibt's nicht wie üblich im Datenblatt einen Layoutvorschlag?

Im Datenbaltt nicht, aber es gibt Eval-Boards.

von Dom S. (sirsydom)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
kannte ich noch gar nicht, Danke.

Aber so weit weg von dem Layout bin ich eigentlich nicht..
Oder?!

Welche Fehler im Layout führen denn zu Ripple? Nach was muss ich suchen?

von hinz (Gast)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Sir S. schrieb:
> Welche Fehler im Layout führen denn zu Ripple? Nach was muss ich suchen?

Vermurkste GND-Plane?

von Dom S. (sirsydom)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
das wäre der Strompfad für GND, orange eingezeichnet.
Vielleicht nicht ideal, aber vermurkst?

von eric1 (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hinz schrieb:
> Vermurkste GND-Plane?

Vielleicht hilft der angehängte Artikel dir aufzuzeigen worauf du achten 
musst, Schaltregler sind etwas Nichttriviales

eric1

von HansImLot (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
eric1 schrieb:
> Schaltregler sind etwas Nichttriviales

Kommt wie bei vielen Dingen auf die Erfahrung an, wie man das einstuft.

Am Anfang aber sicher nicht.

von M. K. (sylaina)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sir S. schrieb:
> Vielleicht nicht ideal, aber vermurkst?

Kreuzungen findet kaum ein Schaltregler toll und in deinem Layout sind 
einige. Alter Schwede, und du fragst dich wo der Ripple her kommt? Bei 
dem Layout wundert es mich, dass der Ripple so gering ist.

von HansImLot (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
M. K. schrieb:
> Bei
> dem Layout wundert es mich, dass der Ripple so gering ist.

Welchen Ripple garantierst du ihm denn, wenn du ihm das routest? :-)

von hinz (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sir S. schrieb:
> das wäre der Strompfad für GND, orange eingezeichnet.
> Vielleicht nicht ideal, aber vermurkst?

Nur zwei Layer? Das wird ehr nichts.

von SirSydom (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ja zwei Layer. Der Buck Converter soll eigentlich "gutmütig sein".
Ich bin bloody Beginner, ja. Ich mache Fehler. Ich möchte dazu lernen.

Nunja, ich hab nun aber auch ein paar Erkentnisse gewonnen.
Die obige Messung im ersten Beitrag hat jemand anders gemacht. Gleiches 
EuT, aber nicht das selbe. dort sieht man doch 200mV Ripple, oder?!

Ich komme da erstmal auf "nur" 20mV Ripple mit ca. 30kHz. bei 160R Last 
und 3.3V.
Keine Ahnung wie der Kollege da gemessen hat.

20mV bei 3,3V sind nicht toll, aber doch eigentlich noch tolerabel, 
oder?

So, weiter.
Ich hab auf den C10 nochmal einen 10µF oben drauf gepackt.

Resultat: Ripple geht auf 10mV runter.

Was kann ich daraus schließen?

C zu klein? ESR zu groß ? Beides ?

Ich lass bei JLCPCB bestücken, da ist die Bauteilauswahl auch 
beschränkt...


Weitere interessante Erkentnis: mit einem sehr ähnlichen Layout mal den 
NCN5120 gegen das Nachfolgemodel 5121 verglichen. 25mV vs. 5mV.

von M. K. (sylaina)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
HansImLot schrieb:
> Welchen Ripple garantierst du ihm denn, wenn du ihm das routest? :-)

Je nachdem wie er es braucht garantiere ich ihm mehr als 500 mV oder 
weniger als 50 mV ;) :D

Schau dir nur mal die Strompfadkreuzungen an. Ich denke das bekäme ich 
besser hin und ich bin auch kein Experte. Aber oben wurden ja schon 
Guidelines angegeben zu Schaltreglerdesigns ;)

: Bearbeitet durch User
von Gustl B. (-gb-)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Zum Layout:
Die Spule und IC auf unterschiedlichen Seiten der Platine zu platzieren 
und nur über ein Via und dünne Leiterbahnen zu verbinden finde ich sehr 
Grenzwertig. Gut, kann man vielleicht machen, würde ich aber nicht 
machen weil man da eben ohne Not etwas eindesignt was Ärger machen 
könnte.

Das hier sieht bis auf die dünnen Leiterbahnen ganz gut aus:
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/EVBUM2338-D.PDF

hinz schrieb:
> Nur zwei Layer? Das wird ehr nichts.

Das geht schon, ist aber nicht so einfach.

von Michael X. (Firma: vyuxc) (der-michl)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gustl B. schrieb:
> Zum Layout:
> Die Spule und IC auf unterschiedlichen Seiten der Platine zu platzieren
> und nur über ein Via und dünne Leiterbahnen zu verbinden finde ich sehr
> Grenzwertig. Gut, kann man vielleicht machen, würde ich aber nicht
> machen weil man da eben ohne Not etwas eindesignt was Ärger machen
> könnte.

Gerade sowas ist doch kein Problem. Die Induktivität des Vias addiert 
sich zur Spuleninduktivität.

Was wird denn eigentlich erwartet? 20mV S-S ist bei einem Elko am 
Ausgang nichts ungewöhnliches.
Die Stabilität sieht man am Switchnode.

von hinz (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael X. schrieb:
> 20mV S-S ist bei einem Elko am
> Ausgang nichts ungewöhnliches.

Er hat aber X5R dran.

von Gustl B. (-gb-)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael X. schrieb:
> Gerade sowas ist doch kein Problem. Die Induktivität des Vias addiert
> sich zur Spuleninduktivität.

Stimmt, danke! Ich finde die Platzierungen trotzdem nicht toll. 
Betrachte alleine mal diese dünne Masseleitung die da eine schöne 
Schleife bildet und zwar auch teilweise über einer Spule. Das kann man 
definitiv besser machen auch wenn es vielleicht so funktionieren sollte.

von Pandur S. (jetztnicht)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Er hat aber X5R dran.

Das ist so ein Dielektrikum, welches bei Nennspauung noch 20% der 
Nennkapazitaet hat ...

von HansImLot (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Pandur S. schrieb:
> Das ist so ein Dielektrikum, welches bei Nennspauung noch 20% der
> Nennkapazitaet hat ...

Und ich dachte immer die Angabe beschreibt die C-Änderung über die 
Temperatur.

von Gustl B. (-gb-)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Du hast einen Fehler in deinem Schaltplan:

V20 und VFILT sind verbunden und sollten nicht verbunden sein, siehe 
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/EVBUM2186-D.PDF Seite 8.

von H. B. (communicator9)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
VFILT muss mit Vin verbunden sein und braucht einen ca. 100µF 
Abblockkondensator.

V20 darf nicht mit VFILT und Vin verbunden werden.

V20 braucht einen ca. 1µF Abblockkondensator.

von Dom S. (sirsydom)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael X. schrieb:
> Was wird denn eigentlich erwartet? 20mV S-S ist bei einem Elko am
> Ausgang nichts ungewöhnliches.

Eingangs standen noch 200mV im Raum. Das hat jemand anderes gemessen, 
wie, keine Ahnung.
Ich sehe nun 20mV, und das wäre denke ich ok, aber wenn man mit 
einfachen Mitteln noch etwas runter kommt nehm ich das gerne mit.


hinz schrieb:
> Er hat aber X5R dran.
richtig

Pandur S. schrieb:
> Das ist so ein Dielektrikum, welches bei Nennspauung noch 20% der
> Nennkapazitaet hat ...

ok - wären 22uF dann besser... ?

als 0603 noch verfügbar. oder auch 0805 (dann wird der ESR 
wahrscheinlich besser, oder?
Oder lieber 2 0603 parallel? bisserl Platz finde ich noch.

Gustl B. schrieb:
> Michael X. schrieb:
>> Gerade sowas ist doch kein Problem. Die Induktivität des Vias addiert
>> sich zur Spuleninduktivität.
>
> Stimmt, danke! Ich finde die Platzierungen trotzdem nicht toll.
> Betrachte alleine mal diese dünne Masseleitung die da eine schöne
> Schleife bildet und zwar auch teilweise über einer Spule. Das kann man
> definitiv besser machen auch wenn es vielleicht so funktionieren sollte.

Die Masseleitungen sind eigentlich nicht so dünn. habe es mal orange 
einskizziert.

Gustl B. schrieb:
> Du hast einen Fehler in deinem Schaltplan:
>
> V20 und VFILT sind verbunden und sollten nicht verbunden sein, siehe
> https://www.onsemi.com/pub/Collateral/EVBUM2186-D.PDF Seite 8.

Danke fürs mitdenken! Aber tatsächlich gibt es eine kleine Randnotiz, 
die bei Nichtnutzung des V20 ein short auf VFILT erlaubt. Table 6, Note 
14: "It’s allowed to short this pin to VFILT−pin."

von Dom S. (sirsydom)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
H. B. schrieb:
> VFILT muss mit Vin verbunden sein und braucht einen ca. 100µF
> Abblockkondensator.
>
> V20 darf nicht mit VFILT und Vin verbunden werden.
>
> V20 braucht einen ca. 1µF Abblockkondensator.

Seite 17:

"Whenthe V20V regulator is not used, no load capacitor needs tobe 
connected  (see  C7  of  Figures  13,  14  and  15).  ConnectV20V−pin 
with VFILT−pin in this case"

von Gustl B. (-gb-)


Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
So, es geht auch einseitig mit zwei Lagen.

Sir S. schrieb:
> Danke fürs mitdenken! Aber tatsächlich gibt es eine kleine Randnotiz,
> die bei Nichtnutzung des V20 ein short auf VFILT erlaubt. Table 6, Note
> 14: "It’s allowed to short this pin to VFILT−pin."

Ups, das hatte ich noch nicht gelesen ...

: Bearbeitet durch User
von M. K. (sylaina)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gustl B. schrieb:
> So, es geht auch einseitig mit zwei Lagen.

So sieht das Layout schon erheblich besser aus.

von Dom S. (sirsydom)


Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Gustl B. schrieb:
> So, es geht auch einseitig mit zwei Lagen.

Respekt, dass du sowas mal aus dem Ärmel schüttelst.
An meinem Layout, an dem ihr ja wenig Gutes lasst, hab ich 2 Wochen 
optimiert... Lehrjahre sind keine Herrenjahre.

Nunja, deinen Vorschlag zu übernehmen ist nicht drin, ich muss auf ein 
19x23er PCB...
Ich kann auch niemanden dafür bezahlen, das ist ein Non-Profit-Projekt 
für eine Open-Source Entwicklung.

Bei etwas googlen hab ich das hier gefunden:
http://www.lothar-miller.de/s9y/archives/2012/03/C40.html

Und ich hab mal versucht die kritischen Strompfade in meiner Schaltung 
zu identifizieren.

Ist das so richtig (siehe Anhang)?

von Gustl B. (-gb-)


Angehängte Dateien:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Sir S. schrieb:
> Nunja, deinen Vorschlag zu übernehmen ist nicht drin, ich muss auf ein
> 19x23er PCB...

Das sind dann Millimeter? Kein Problem, das kann man schon noch kleiner 
bauen. Im Anhang habe ich das mal versucht. Dazu musste ich den 100 uF 
Elko auf die Unterseite setzen. Der Rest ist noch oben.

Sir S. schrieb:
> An meinem Layout, an dem ihr ja wenig Gutes lasst, hab ich 2 Wochen
> optimiert... Lehrjahre sind keine Herrenjahre.

Das war bei mir am Anfang auch nicht anders. Da musst du durch. Aber: 
Aus Fehlern lernt man. Das nennt sich "Emporscheitern".

: Bearbeitet durch User
von Dom S. (sirsydom)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
wow, Danke. Ich werde mir dein Layout mal vornehmen und nachbauen und 
sehen was ich davon übernehme!
Spulen auf der einen, Elko auf der anderen macht das fertige Modul zu 
dick.

Aber die Spulen auf die andere Seiten bringen dürfte nicht das Problem 
sein... vorher hieß es ja mal die Vias sind kein Thema, weil deren 
Induktivität nicht stört.

Kannst du zu den skizzierten Strompfaden was sagen? Habe ich die korrekt 
identifiziert?

: Bearbeitet durch User
von Gustl B. (-gb-)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sir S. schrieb:
> Spulen auf der einen, Elko auf der anderen macht das fertige Modul zu
> dick.

Hm, du könntest einen flachen SMD Elko/Tantal nehmen.
https://www.mouser.de/ProductDetail/Vishay-Sprague/T52M1107M035C0055?qs=sGAEpiMZZMsh%252B1woXyUXj%2F4%252BIY%252Bzcg7uGeIzSJByrHA%3D

Sir S. schrieb:
> Kannst du zu den skizzierten Strompfaden was sagen? Habe ich die korrekt
> identifiziert?

Sorry, ich habe mich nicht weiter mit dem Baustein beschäftigt.

: Bearbeitet durch User

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.