Guten Tag,
ich habe das Problem das der Ausgangsstrom meines Buck Treibers stark
von der Eingangsspannung abhängig ist. Bei einem Sensewiderstand von
285mOhm erreiche ich erst bei 24V Eingangsspannung meine gewünschten
350mA (bei 4 Led's). Bei 40V Uein ist Iout dann 404mA.
Bisher habe ich versucht durch weitere Kondensatoren und Änderung der
Bauteilpositionen das Ergebnis zu verbessern.
Alles ohne Erfolg!
Danke für jede Hilfe!
Ich habe verschiedene Layouts probiert und bin wieder bei einer
fliegenden Verdrahtung gelandet um besser damit zu experimentieren. Ich
habe 33µH und 47µH (RS.: 770-1047) ausprobiert. Der Transistor ist ein
FDS5680 N-Kanal MOSFET, 60 V / 8 A 20mOhm, den Spannungsteiler habe ich
weggelassen.
Ich glaube du sollst den OSP (Widerstandteiler) besser nicht offen
lassen.
Bist du sicher, dass diese Diodes Baustein dann sporadisch den PWM nicht
unterdrosselt?
Es gibt auch keine einzige Erwähnung von Line-Regulation im Datenblatt.
Das ist gründlich ein schlechtes Zeichen.
Generell würde ich einen Baustein nehmen, der etwas darüber schon im
Datenblatt angibt.
Ich habe jetzt den Spannungsteiler hinzugefügt, aber das ändert leider
nicht das Verhalten der Schaltung.
Kann mir jemand einen Baustein empfehlen mit ext. Transistor bis
möglichst 60V Eingangsspannung?
BerndB schrieb:> Ich habe verschiedene Layouts probiert und bin wieder bei einer> fliegenden Verdrahtung gelandet um besser damit zu experimentieren.
Der AL8863 arbeitet mit Schaltfrequenzen bis zu 1 MHz. Mit fliegenden
Aufbauten wird das nicht funktionieren. Wie schließt du z.B. in dem
fliegenden Aufbau das thermal pad an?
Falls du trotzdem mit dem Aufbau weiter probieren willst: entscheide
dich für eine Konfiguration (z.B. eine bestimmte Spule): wenn du
schreibst, dass du alle möglichen Konfiguratoinen probiert hast, dann
können dabei auch alle möglichen unterschiedlichen Fehler aufgetaucht
sein. Auch dass die im Schaltplan eingezeichneten Bauteilwerte mit denen
im Text nicht übereinstimmen, erhöht nicht das Vertrauen.
Betreibe den Aufbau in der einen Konfiguration bei verschiedenen
Eingangsspannungen und versuche, deren Fehler zu bestimmen. Miss dazu
nach, wie die Signale aussehen (DRV, VIN-CSN, Fault mit
Pullup-Widerstand, ...)
Ach ja, um noch einen beliebten Fehler zu erwähnen:
BerndB schrieb:> Bei einem Sensewiderstand von> 285mOhm erreiche ich erst bei 24V Eingangsspannung meine gewünschten> 350mA (bei 4 Led's).
Wo hast du denn den Strom gemessen? Du bist dir bewusst, dass der Strom,
den das Netzteil liefert, im Mittel kleiner ist als der Strom durch die
LEDs? Wenn das Netzteil bei 24V einen mittleren Strom von 350mA anzeigt,
ist der Strom durch die Dioden weit über 350mA.
Danke für eure Hilfe!
Ich habe noch mal eine Leiterplatte bestückt (siehe pic) und folgende
Werte gemessen.
Bei 4 Led's und einer Eingangsspannung von:
11,5V Iout = 356mA
12,7V = 294mA
14,3V = 295mA
17,3V = 305mA
22,1V = 325mA
24,5V = 335mA
30,4V = 345mA
36,5V = 356mA
36,5V = 377mA
39,7V = 387mA
Rsense = 287mOhm. Bei einer Referenzspannung von 0,1V sollte der Strom
348mA
betragen.
Warum habe ich diese Abweichungen?
BerndB schrieb:> Warum habe ich diese Abweichungen?
ziemlich sicher, weil du entweder einen Fehler in der Schaltung oder
einen Fehler in der Messung hast, der sich aus den bisher
veröffentlichten Daten nicht identifizieren lässt.
Deshalb nochmal die Frage:
Achim S. schrieb:> Wo hast du denn den Strom gemessen? Du bist dir bewusst, dass der Strom,> den das Netzteil liefert, im Mittel kleiner ist als der Strom durch die> LEDs?
Ansonsten: sei so nett und zeige uns nicht nur ein Foto des Aufbaus
sondern zeige das tatsächliche Leiterplattenlayout als pdf. Gib darin
bitte auch die genauen Bezeichnungen der tatsächlich verwendeten
Bauteile an.
Dann kann man z.B. sicher nachvollziehen, ob du als Schottky-Diode
tatsächlich eine 20V 8A-Diode verwendet hast. Falls ja, dann ist
natürlich das der Grund, dass der Strom bei Spannung über 20V deutlich
ansteigt.
und noch als Vorschlag, was du am Aufbau ausprobieren kannst: klemme
einen Elko mit einigen 10µF oder 100µF an die Klemmen, bei denen die
Versorgungsspannung auf deine Platine kommt.
Ok, dann herrscht bezüglich der diode Klarheit.
Dann jetzt zum dritten und letzten mal die Frage:
Achim S. schrieb:> Achim S. schrieb:>> Wo hast du denn den Strom gemessen? Du bist dir bewusst, dass der Strom,>> den das Netzteil liefert, im Mittel kleiner ist als der Strom durch die>> LEDs?
Und was das angehängte pdf angeht: das zeigt den Schaltplan. Es wäre
wichtig, ein pdf des Layouts zu erhalten, bei dem man verfolgen kann,
wie die Leitungsführung beim Schaltregler tatsächlich aussieht.
Achim S. schrieb:> Und was das angehängte pdf angeht: das zeigt den Schaltplan. Es wäre> wichtig, ein pdf des Layouts zu erhalten, bei dem man verfolgen kann,> wie die Leitungsführung beim Schaltregler tatsächlich aussieht.
sorry: ich hatte zu oberflächlich geschaut. Auf den Folgeseite ist das
Layout, werde ich mir nachher mal genauer anschaun.
BerndB schrieb:> Ich messe den Strom der durch die Led's fließt!
Und womit? Der Strom durch die LED ist ja kein Gleichstrom. Im
Abwesenheit eines Glättungskondensators kriegen die LED jeden
Stromripple zu sehen. Und daß sich das Tastverhältnis mit der
Eingangsspannung ändert, ist ja klar.
ok, jetzt hab ich mal einen Blick aufs Layout geworfen. Die
Leitungsführung ist nicht ganz verkehrt, da finde ich nichts, was ein
solches grobes Fehlverhalten der Schaltung erklären würde.
Der Teiler zur OutputShortProtection ist für meinen Geschmack sehr weit
weg und sehr hochohmig. Und auch die Durchkontaktierungen finde ich
nicht ideal - das Vin des AL8863 würde ich z.b. an den
Bufferkondensatoren abholen. Dann misst du zwar noch ein par mOhm
Leiterbahn als Shuntwiderstand mit. Aber die Lötzinnbrücken am
Shuntwiderstand dürften ein mehrfaches an ungewolltem Widerstand mit
reinbringen. Von daher wundert es mich nicht, wenn der Ausgangsstrom zu
klein ist (kann durch ungewollt großen Messwiderstand passieren). Aber
es wundert mich, dass er so instabil ist wie von dir gemessen.
Axel S. schrieb:> Und womit? Der Strom durch die LED ist ja kein Gleichstrom. Im> Abwesenheit eines Glättungskondensators kriegen die LED jeden> Stromripple zu sehen. Und daß sich das Tastverhältnis mit der> Eingangsspannung ändert, ist ja klar.
Das Multimeter sollte auf DC eingestellt werden, so dass es den
Mittelwert des Strom misst. Denn der AL8863 regelt den Mittelwert des
Stroms auf den gewünschten Zielwert.
Als nächstes würde ich es mit weiteren Messungen versuchen: wie ist der
Spannungsabfall an der Last (in Ergänzung zu der oben gezeigten
Messtabelle). Ebenfalls mit Handmutimeter im DC-Bereich messen. Ist der
Spannungsabfall halbwegs konstant, wie es für 4 Dioden sein sollte?
Falls du ein Oszi hast: wie sieht in den verschiedenen Bereichen die
Gate-Ansteuerung aus?
Zeigt der Fault-Ausgang ab und zu eine Fehlerkondidtion an?
Wenn der Baustein die ganze Zeit arbeitet ohne einen Fault anzuzeigen:
was misst du als mittlere Spannung über dem Sense-Widerstand?
Achim S. schrieb:> Aber> es wundert mich, dass er so instabil ist wie von dir gemessen.
Der Strom ändert sich nach Vin. Es gibt klare Korrelation.
Ob es von der Schaltung kommt oder IC selber ist offen.
Wenn das Layoutfehler usw ist, warum ist der Strom anders mit
verschiedende Vin's? Glecie Error da sein, oder?
Etwas besseres ist eine Vergleichsmessung.
Probier mal einen anderen Baustein.
ElektroFH schrieb:> Wenn das Layoutfehler usw ist, warum ist der Strom anders mit> verschiedende Vin's?
Ich weiß noch nicht wo de Fehler liegt. Um das zu klären habe ich nach
ergänzenden Messungen gefragt.
ElektroFH schrieb:> Glecie Error da sein, oder?
Wie bitte?
Vielen Dank für eure Unterstützung!
Hier noch einige Messungen:
Rsense gemessen an den Vias die die Verbindung zu CSN(Pin8) und
Vin(Pin6)
hestellen = 292mOhm. Die gemessene Spannung an diesen Punkten (Usense)
verhält sich proportional zum gemessenen Strom Iled.
Den Baustein habe ich mehrfach gewechselt.
Achim:
Die Lage und die Werte des OutputShortProtection habe ich mehrfach
verändert
aber haben keine Veränderung bewirkt.
Hier meine aktuellen Messwerte:
Uin Uled Usense(mV) I_led(mA)
11,9 11,49 91 316
13,4 11,45 84 293
15,2 11,45 86 297
18,2 11,46 89 309
20,2 11,47 92 317
22,7 11,48 95 327
24,1 11,49 97 335
27,3 11,51 100 345
30,9 11,53 103 358
33,3 11,53 365 365
39,6 11,56 387 387
Die Leiterplatte hat 70µm Cu statt 35µm!
Vielen Dank!
Nehm dazu mal den Duty mit auf, damit man die Spannung über deinen
Nesswiderstand dazu in Verhältnis setzten kann...
Ich denke immernoch, das es ein Messfehler deiner Methode ist und dein
Messgerät schlicht weg nicht den pulsierenden Strom nahe 1MHz messen
kann.
Vielleicht bringt es etwas, den Ausgangsstrom per EMV-Filter etwas zu
"schönen" - damit deine Messgeräte das richtige messen. Also etwa so wie
hier: https://www.we-online.com/katalog/datasheet/1780050.pdf ab Seite
12.
Du hast viele Messungen, Änderungen (u.a. Bauteil wechseln) gemacht usw.
Das Layout sieht auch nicht groß verdächtig aus.
Was bleibt übrig als Grund? Die Integrierte-Schaltung selber.
M.M. einen anderen Baustein/Hersteller schon im Visier nehmen.
BerndB schrieb:> Die gemessene Spannung an diesen Punkten (Usense)> verhält sich proportional zum gemessenen Strom Iled.
Ich wollte schon widersprechen. Aber mit der nachgelieferten Korrektur
der letzten beiden Messwerte gebe ich dir recht. Der Strom variiert
annähernd linear mit der Eingangsspannung. Außer beim niedrigsten Wert
der Eingangsspannung, bei de der Regler evtl. kontinuierlich
durchschaltet ohne den Stromfluss zu regeln.
Zur Sicherheit nochmal nachgefragt: dein Messgerät steht dabei im
DC-Bereich, d.h. du misst die zeitlich gemittelte Größe und nicht einen
Effektivwert?
Dann könnte ich mir vorstellen, dass die Steigung dieser Kurve
tatsächlich der Line Regulation entspricht. Der AL8863 ist im Endeffekt
ein Zweipunktregler (er schaltet mit Hystere ein und aus). Das ergibt
tatsächlich eine gewisse Abhängigkeit des Stroms von der
Eingangsspannung.
Evtl. spielt noch eine Rolle, wie gut die Schaltflanken des FETs sind,
weil das natürlich zu einer verzögerten Regelung führt. Hier wäre eine
Oszi-Messung von U_GS interessant.
Und zur Sicherheit doch auch noch ein Blick auf den Fault-Ausgang des
AL8863, ob der Baustein nicht doch ab und zu eine Fehlerkondition zu
erkennen glaubt.
Danke Achim für deine schnelle Antwort!
Der Fault-Ausgang ist durchgehend auf high.
Mein Messgerät steht auf "DC".
Meine Oszi-Messung:
Beim untersten Wert (11,8-11,9V Ue) springt das Gate von Low auf High.
Bei zunehmenden Uin bildet sich eine PWM von ca. 100kHz mit etwa 10:1
Highanteile. Dieses Tastverhältnis wird mit zunehmenden Uin kleiner und
die Frequenz wird zunehmend höher bis etwa 550kHz.
Achim S. schrieb:> Der AL8863 ist im Endeffekt ein Zweipunktregler (er schaltet mit Hystere> ein und aus). Das ergibt tatsächlich eine gewisse Abhängigkeit des> Stroms von der Eingangsspannung.
Und zwar nicht durch die Regelung, sondern die Reaktionszeit zwischen
Erreichen des Abschaltpunktes und dem tatsächlichen Abschalten von
100ns.
47uH, 20V Differenz, 100ns, macht 42mA Differenz, kommt mit seinen
Diagrammen (387 zu 317mA) grob hin.
Je grösser die Induktivität, um so weniger ändert sich der Strom in der
Zwischenzeit. Mit 220uH sollte die Stromänderung auf 1/4 absinken.
BerndB schrieb:> Der Fault-Ausgang ist durchgehend auf high.> Mein Messgerät steht auf "DC".
Danke für die Klärung
BerndB schrieb:> Bei zunehmenden Uin bildet sich eine PWM von ca. 100kHz mit etwa 10:1> Highanteile. Dieses Tastverhältnis wird mit zunehmenden Uin kleiner und> die Frequenz wird zunehmend höher bis etwa 550kHz.
Ok, das ist das normale und erwartete Regelverhalten. Was ich mit der
Messung der Schaltflanke gemeint habe, war die Steilheit der einzelnen
Ein- und Ausschaltflanke. Wenn die "unnötig lang" ist und evtl. schon
einen signifikanten Teil der Schaltperiode einnimmt, dann verschlechtert
das das Regelverhalten.
Dein FET kann immerhin 8A und 60V. Wenn du einen mit vergleichbarer
Technologie aber mit 2A nehmen würdest, hättest du für den
augenblicklich gewählten Strom immer noch reichlich Reserve, aber die
Schaltflanke wäre um ein mehrfaches schneller.
MaWin schrieb:> Und zwar nicht durch die Regelung, sondern die Reaktionszeit zwischen> Erreichen des Abschaltpunktes und dem tatsächlichen Abschalten von> 100ns.
Na ja, genau aus der Verzögerung (und der Hysterese) ergibt sich ja die
Regelungscharakteristik. Und wenn die Verzögerung aufgrund der schlappen
Schaltflanke ein Vielfaches der AL8863 internen Verzögerung entspricht,
dann verschlechtert das das Regelverhalten.
Achim S. schrieb:> Na ja, genau aus der Verzögerung (und der Hysterese) ergibt sich ja die> Regelungscharakteristik
Denk nochmal drüber nach, die Hysterese ist gewollt, die Verzögerung
wirkt genau kontraproduktiv.
BerndB schrieb:> Danke!> Ich versuche es mit einem anderen FET.
Die Zeitablenkung sollte so eingestellt sein, dass man wirklich die
Schaltflanke sieht. Also etwas im Bereich 200ns/Kästchen, nicht viele
µs/Kästchen. Und nimm für die Darstellung der Messung möglichst die
Screenshot-Funktion deines Oszis, damit man auch wirklich was erkennen
kann.
MaWin schrieb:> Denk nochmal drüber nach, die Hysterese ist gewollt, die Verzögerung> wirkt genau kontraproduktiv.
Ich sehe auch mit nochmaligem Nachdenken keinen Widerspruch zu dem, was
ich geschrieben habe.
BerndB schrieb:> Könnte das auch an meiner Induktivität liegen?> siehe:> RS No.: 770-1047
Die Regelung des AL8863 beruht darauf, dass der Strom immer in einem
bestimmten Bereich gehalten wird. Wenn der Momentanwert des Strom zu
klein wird, schaltet der FET ein (und der Strom beginnt zu steigen).
Wenn der Momentanwert des Stroms zu groß wird, schaltet er aus (und der
Strom beginnt zu fallen). Es ergibt sich ein annähernd dreiecksförmiger
Stromverlauf, wobei die steigende und fallende Flanke des Strom
unterschiedlich steil sind.
Die Verzögerung sort dafür, dass in beiden Richtung etwas
"übergeschossen wird". Der Momentanwert des Strom wird etwas kleiner und
größer als eigentlich vorgesehen. Und das Überschießen ist um so
stärker, je steiler die Flanke ist. Dein hohes U_in führt zu
entsprechend steilen Flanken, daher die Abhängigkeit von U_in.
Wie MaWin geschrieben hat wird der Effekt kleiner, wenn die Induktivität
größer ist, weil damit die Flanken des Stroms insgesamt flacher werden.
Mit der z.B. doppelten Induktivtät solltest du also prinzipiell den
selben Verlauf haben, aber die Steigung der Kurve I_Led(U_in) sollte
flacher werden. Daneben hilft es, die Verzögerung zu reduzieren falls
möglich (d.h. falls das Schalten des FET einen signifikanten Anteil
daran hat, dann den FET zu tauschen).
Was deine Spule angeht: ich finde es seltsam, dass in der Beschreibung
von RS eine Self Resonant Frequency von max. 100kHz angegeben ist. Wenn
das stimmen sollte, wäre die Spule bei 500kHz Schaltfrequenz natürlich
nicht geeignet. Aber ich glaube, dass sich die Angabe bei RS entweder
einfach falsch ist oder sich auf die gesamte "Spulenfamilie" bezieht,
bei denen einige eine sehr viel höhere Induktivität haben (und damit
eine niedrigere SRF)
BerndB schrieb:> Hier noch einmal.
Kannst du in dem Bild erkennen, wie die Zeitachse eingestellt ist? Ich
sehe leider nichts von den Einstellungen im Foto. Mit einem Screenshot
vom Oszi könnte man das ablesen.
Achim S. schrieb:> Dein hohes U_in führt zu> entsprechend steilen Flanken
und um es noch genauer zu sagen: es führt zu einer steilen ansteigenden
Flanke. Die ergibt sich aus (U_in-U_LED)/L
Ein hohes U_in ändert nichts an der Steigung der fallenden Flanke. Daher
führt der Anstieg von U_in zu zunehmendem Überschießen des Stroms "nach
oben", das Überschießen nach unten bleibt dabei gleich.
Danke Achim für deine Mühe!
Bei meinem Rigol funktioniert die Screenshot-Funktion leider nicht.
Er steht auf 100ns.
Vielen Dank für deine Mühe!! Ich bin Rentner und leider kein
Studierter..
Achim S. schrieb:> Was deine Spule angeht: ich finde es seltsam, dass in der Beschreibung> von RS eine Self Resonant Frequency von max. 100kHz angegeben ist. Wenn> das stimmen sollte, wäre die Spule bei 500kHz Schaltfrequenz natürlich> nicht geeignet. Aber ich glaube, dass sich die Angabe bei RS entweder> einfach falsch ist oder sich auf die gesamte "Spulenfamilie" bezieht,> bei denen einige eine sehr viel höhere Induktivität haben (und damit> eine niedrigere SRF)
100kHz (*) ist die Meßfrequenz der ganzen Parameter, nicht die SRF
(keiner dieser Spulen). Besagte SRF variierte natürlich sehr stark
innerhalb einer Familie mit dermaßen breitem Induktivitätsspektrum -
und müßte wenn_denngesonderteinzeln angegeben werden.
Ist sie halt hier nicht.
(*: Siehe jeweils "das Kleingedruckte" unter den Untertypen-Tabellen.)
Max. Betriebsfrequenz kann man einschätzen über den letzten Graph im
DaBla: "Core Loss". Dort ist für 500kHz keine Linie, nur für 300kHz.
Das bedeutet aber nur, daß es, obwohl nicht optimal, gehen sollte.
(Höher allerdings würde ich sicher nicht gehen wollen damit. Weil
es ja auch genügend Spulen für höhere Frequenzen gibt, welche i.a.
auch DaBlas mit jeweils gesondert angegebener SRF besitzen... ;-)
BerndB schrieb:> Ich bin Rentner und leider kein Studierter..
Das ist im Grunde egal bzw. kein Problem - denn die Einstellung
"man lernt nie aus" braucht man als Elektroniker jeden Alters.
Es wäre nur vielleicht anzuraten - da Dir so was evtl. noch nicht
bekannt ist - LEDs prinzipiell (/besser gesagt: so weit möglich)
nicht mit dem spezifizierten Maximalstrom zu betreiben, sondern
besser m.o.w. weit darunter zu bleiben.
Das erhöht zugleich Lebensdauer wie auch Effizienz (ungelogen).
Es mag also vorteilhafter sein, für einen bestimmten Licht-Output
eine "dickere" LEDunterfordert arbeiten zu lassen - als eine
nutzen zu wollen, die das Geforderte grade so schafft.
(Oder falls es keine dickere gibt z.B. 2x seriell mit 1/2 Strom.)
dfghjkl schrieb:> 100kHz (*) ist die Meßfrequenz der ganzen Parameter, nicht die SRF> (keiner dieser Spulen).
Auf der Seite von RS
https://my.rs-online.com/web/p/wire-wound-surface-mount-inductors/7701047/
steht halt explizit:
Maximum Self Resonant Frequency: 100kHz
Das hatte mich gewundert, aber die Angabe ist dann eben einfach falsch.
BerndB schrieb:> Bei meinem Rigol funktioniert die Screenshot-Funktion leider nicht.
Oft lässt sich über das System-Menue oder über ein Utility-Menue (oder
etwas ähnliches) einstellen, wie das Gerät reagiert, wenn man die
Printscreen-Taste drückt. Evtl. ist deine Konfiguration da nicht
optimal.
Aber wenn die letzte Messung 100ns/DIV hat, dann liegt die Schaltzeit
jetzt schon deutlich unter 100ns - dann läst sich auf der FET-Seite
nicht mehr all zu viel verbessern.
Hallo,
das Problem ist gelöst!
Es lag an der zu geringen Induktivität.
Anstatt 47µH habe ich 220µH genommen und mein Ausgangsstrom
ist nahezu konstant bei einer Eingangsspannung von 12V-60V.
Ich danke euch allen recht herzlich!
BerndB
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