Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 24V to 5V base on MCP19035 600kHz


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 Wilfried M. (rompel)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hello,
I have design base on MCP19035 a dcdc converer of 15A @5V at output and 
Isat is 17,25A.

making test as I receive the board, the board is working fine, but the 
tempetature increase up to 110°C at full load at high side transistor 
and 97°C on inductor.

Base on my caclculation, I was expecting a temperatur increase of ca. 
22°C at full load.

Could somebody explain, why I am having such a huge temperatur increase? 
Could you make some suggestion on choosing the right inductor and 
transistor since the max height of inductor has been changed to 7mm?


Will be delighted for your feedback.

von MaWin (Gast)


Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> Will be delighted for your feedback

15Ax5V=75W, 90%Eff = 8.33W Verlust, sagen wir 2.77W pro SIR186 und 
Spule.
Das kann je nach Montagesituation, die winzigen SMD Dinger werden ja 
über die Leiterplatte gekühlt, schon zu +100 GradC führen.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> Will be delighted for your feedback.
Du postest im deutschsprachigen Forum. Dann bitte auch auf Deutsch.

Ich kann deine Frage aber auch in englische Forum schieben...

> of 15A @5V at output and Isat is 17,25A.
Das wäre mir unangenehm eng beieinander. Denn Isat ist ja kein binärer 
Wert im Sinne von "bis 17,2499A ist alle gut!", sondern die Degradation 
beginnt durchaus schon vorher. Zitat aus Spule:
"gibt meist den Strom an, bei dem die Induktivität um 10-40% gegenüber 
der Nenninduktivität gefallen ist."
Und jetzt musst du feststellen, was für deine Spule gilt. Und dann 
durchrechnen, ob da evtl. die tatsächliche Induktivität schon kleiner 
als geplant ist.

> up to 110°C at full load at high side transistor
Augenscheinlich schaltet der nicht so schnell wie er sollte.

Das führt automatisch zur Frage:
> the board
Wie sieht das Layout von dem aus? Denn das Layout ist eines der 
wichtigsten Bauteile eines Schaltreglers. Viele wissen das nicht...

: Bearbeitet durch Moderator
von Wilfried M. (rompel)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> Du postest im deutschsprachigen Forum. Dann bitte auch auf Deutsch.

sorry,dachte es wäre auch international.

Lothar M. schrieb:
> Das wäre mir unangenehm eng beieinander. Denn Isat ist ja kein binärer
> Wert im Sinne von "bis 17,2499A ist alle gut!", sondern die Degradation
> beginnt durchaus schon vorher. Zitat aus Spule:
> "gibt meist den Strom an, bei dem die Induktivität um 10-40% gegenüber
> der Nenninduktivität gefallen ist."
> Und jetzt musst du feststellen, was für deine Spule gilt. Und dann
> durchrechnen, ob da evtl. die tatsächliche Induktivität schon kleiner
> als geplant ist.

danke für Link und die Idee. Ich habe noch durchgerechnet und die 
schient schon klein zu sein. Ich werde die dann tauschen. Aber wäre es 
die ursache, dafür, dass die Temperatur der Transistoren so hoch sind? 
Können Sie mir einen optimalen Transitor vorschlagen, da ich kein 
Kühklkörper einsetzen möchte?

Lothar M. schrieb:
> Augenscheinlich schaltet der nicht so schnell wie er sollte.

was meinen Sie hiermit? ich habe meine Signale mit Osci angeschaut, die 
schein gut durchzuschalten.

Lothar M. schrieb:
> Wie sieht das Layout von dem aus? Denn das Layout ist eines der
> wichtigsten Bauteile eines Schaltreglers. Viele wissen das nicht...

von Bernd (Gast)


Lesenswert?

Ich denke wie Lothar.
Irgendwas mit Treibern kann auch falsch sein, sodass MOSFETs langsam 
schalten. Damit die Verlusten werden sehr groß.

Apropo, MCP19035 zeigt fast ca. 20% Toleranz auf Schaltfrequenz. :-O

Sehr breite Toleranz eigentlich.
Ich hatte gedacht 10% oder weniger mittlerweile Stand-der-Technik.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Du postest im deutschsprachigen Forum. Dann bitte auch auf Deutsch.
> sorry,dachte es wäre auch international.
Das englischsprachige Forum ist dort:
https://embdev.net/forum/analog-circuits
Beiträge von dort werden hier eingeblendet:
https://www.mikrocontroller.net/forum/analogtechnik

Wilfried M. schrieb:
> Aber wäre es
> die ursache, dafür, dass die Temperatur der Transistoren so hoch sind?
Möglicherweise schon.
Wenn die Spule in Sättigung geht, wirkt die Spule nur noch ohmisch, der 
Strom durch die Spule steigt am Ende des Schaltzyklus stark an und 
dadurch erwärmt sich die Spule und der Ladetransistor (oben).

Auf dem Evalboard ADM00434, das ebenfalls für 15A ausgelegt ist, wurde 
eine Spule mit Isat = 26,5A verbaut:
https://www.we-online.de/icref/de/microchip/MCP19035-ADM00434-Buck

Noch ein paar Anmerkungen:
Ich kann in deinem Layout keinerlei Eingangskondensatoren sehen. Wo sind 
die platziert?

Ich finde auch die Feedbackleitung nicht. Wo ist die angeschlossen?

Hast du dir den Platzierungsvorschlag aus den beiden AppNotes zum 
Schalregler angeschaut? Die Beispiellayouts dort drin sehen ganz anders 
aus als deine Lösung. Wenn du von diesen Beispielen abweichst, muss du 
ganz genau wissen, was du tust.

Mein Tipp:
kaufe dir das Evalboard:
https://www.microchip.com/developmenttools/ProductDetails/PartNO/ADM00434

Mach damit deine Tests und vergleiche die Messungen und Ergebnisse mit 
deiner Lösung:
https://www.mouser.de/ProductDetail/Microchip-Technology/ADM00434?qs=WOIyg0mTyocDxeqJAtlcYQ==

: Bearbeitet durch Moderator
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> Could somebody explain, why I am having such a huge temperatur increase?

Du hast vergessen, den Schaltplan, das vollständige Layout und die 
Teile-Liste zu zeigen. Ohne diese Infos sind geschätzt 200 Fehler 
denkbar. Auf Ratespiele habe ich keine Lust.

: Bearbeitet durch User
von Wilfried M. (rompel)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wilfried M. schrieb:
>> Could somebody explain, why I am having such a huge temperatur increase?
>
> Du hast vergessen, den Schaltplan, das vollständige Layout und die
> Teile-Liste zu zeigen. Ohne diese Infos sind geschätzt 200 Fehler
> denkbar. Auf Ratespiele habe ich keine Lust.

hier füge ich das Schematic und Layout.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


Lesenswert?

Eventuell spielt es auch eine Rolle, welche Spule du verwendet hast. 
Damit meine ich nicht nur die beiden Kennzahlen, die im Schaltplan 
stehen.

Vorab: ich bin kein Spezialist für solche Sachen, dennoch sind mir ein 
paar Punkte aufgefallen:

Die Induktivität der Spule (3,3 µH) kommt mir arg wenig vor. Ich habe 
gesehen, dass das Datenblatt eine Beispielschaltung mit 1,5 µH zeigt, 
das finde ich noch erstaunlicher. Schließlich arbeiten wir hier mit 
Frequenzen unterhalb von 1 MHz. Das würde ich nochmal durch rechnen, nur 
um sicher zu gehen.

Abweichend von der Beispiel-Schaltung hast du auffällig weniger 
Kapazitäten am Ausgang. Hast du die Berechnet? Und hast du bedacht, dass 
die Kapazität der Bauteile spannungsabhängig ist?

An deinem layout kann ich nur wenige Leiterbahnen erkennen. Da gibt's 
doch mehrer Lagen, oder? Hast du dazu keine Einzelnen Bilder oder eine 
halb-transparente Ansicht wo man alles sehen kann? Orange auf Rot ist 
zumindest für meine Augen problematisch. Ich kann da nicht einmal den 
Strom-Pfad der Spule erkennen.

Hast du an TP211 eine halbwegs stabile Spannung? Mir ist nicht ganz 
Klar, warum die Ausgangsstufe an 24V_filtered angeschlossen hast. Der 
Treiber IC ist klar, aber durch den finalen Laststrom versaust du dir 
die Filterung wieder - denke ich.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> und Layout.
Hmpf, da sitzt der Regler mitten drin im Ladestromkreis. Das ist nicht 
gut. Wenn du die Referenzdesigns ansiehst, dann erkennst du ganz klar 
eine Trennung zwischen "Kleinsignalbereich" und "Leistungsbereich", dass 
die Schaltströme eben nicht so einfach in den Regler stören können.

> und Layout.
Ich finde die Feedback-Leitung immer noch nicht.
Auf den erwähnten Evalboards ist die Feedback-Leitung möglichst weit weg 
vom Switchnode, dass von dort keine Störungen einkoppeln können.

von Wilfried M. (rompel)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hi,
Das LDRV udn HDRV Signal sind hinzugefügt

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> Das LDRV udn HDRV Signal sind hinzugefügt
Leider ist keine Skalierung zu erkennen und die Bilder unten sind 
doppelt.

Wie sieht die Spannung am Switchnode aus?

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Eventuell spielt es auch eine Rolle, welche Spule du verwendet hast.

Die Drossel hat mir auch mal Probleme gemacht. Ich hatte erst eine von 
Würth genommen (7443320820). Da war leider keine Angabe zur 
Arbeitsfrequenz im Datenblatt. Damit kam ich nicht auf den gewünschten 
Strom, die Überlastabschaltung im Regler sprach an. Ich hab dann eine 
von Vishay genommen (IHLP5050FDER5R6M01), die für 5MHz spezifiziert ist, 
die hat es dann gebracht. Die Würth hatte nur Runddraht, die Vishay 
Flachdraht.

Auch strommäßig sollte die Drossel nicht auf Kante dimensioniert werden. 
Ich hab eine mit 13,5A genommen und ziehe max 6A Laststrom.
Regler ist ein XR76208.

Zur Wärmeabfuhr habe ich eine 6-Lagen Platine benötigt. Bei 4 Lagen 
wurde der Regler zu heiß.

: Bearbeitet durch User
von Wilfried M. (rompel)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

ist auch angehängt

von Andrew T. (marsufant)


Lesenswert?

Wilfried M. schrieb:
> and 97°C on inductor.

Vier Dinge fallen mir da ein die ich mir ansehen würde:
- Abfall Induktivität aufgrund der Strombelastung (siehe Lothar's 
ausführung)
- Abfall max. zulässiger Strom der durch die Spule (etliche "einfache" 
Typen zeigen schon ab 70 C ein derating in der Induktivität. Datenblatt 
sagt was bei deinem Strom?
- Toleranz der Induktivität aufgrund Fertigung. Rechne mit L_min
- Bei 97C hast Du rund 75K Temperaturhub gegenüber Raumtemperatur, macht 
ca. 27% Erhöhung des (Kupfer)-Spulenwiderstandes. sqr[I] * R macht Dir 
die Erwärmung -- willst Du das so extrem? Wenn nicht, ggfs. Spule 
anpassen.

erst wenn das alles OK is, bist du da sauber.

Für die Transistoren: Mehrlagige Platine und thermo Vias hast Du um dort 
die Wärme wegzubringen?

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.