Step Up/Down Spannungsreger - warum funktioniert er nicht?

[Thomas (Gast)]

Hallo,

hab mir einen Step Up /Down Spannungsregler gebaut:
Eingangsspannung 9-24V
Ausgangsspannung 12V

Die Schaltung stabilisiert die Spannung auch auf 12V, sobald aber Last 
auf den 12V angelegt wird (zum Test ca. 120mA), bricht die 
Ausgangsspannung auf 3,5V zusammen.

Kann mir einer sagen was ich da falsch gemacht habe?

MfG
Thomas

[Teo D. (teoderix)]

Zeig doch mal den Aufbau, das könnte einiges an Schreibarbeit ersparen.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Thomas schrieb:
> Kann mir einer sagen was ich da falsch gemacht habe?
Hast du die "Layout Recommendations" im Datenblatt Kapitel 10 und das 
Layout im Kapitel 13 in der AppNote AN-1819 gesehen, gelesen, verstanden 
und umgesetzt? Denn du hast da ein Design mit etwa 300kHz, das braucht 
schon etwas Beachtung beim Layout.

Was ist das für eine Spule?
Weiviele Lagen hat deine Leiterplatte?
Welche Leistung soll da übertragen werden?
Sind das die 24W aus dem Beitrag "Step Up / Step Down - Spannungsregler"

[Thomas (Gast)]

Hallo,

ja den Aufbau hab ich so wie im Datenblatt beschrieben gemacht (siehe 
Bild).

Spule: CDRH127/LDNP-150MC
https://products.sumida.com/products/pdf/CDRH127LD.pdf

Leistung max. 2A am Ausgang

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Thomas schrieb:
> (siehe Bild).
Du hast das große Massepad nicht "so fett wie möglich" in die Masse 
eingebunden und du kühlst das IC auch nicht mit Kupferfläche?

> den Aufbau hab ich so wie im Datenblatt beschrieben gemacht (siehe Bild).
Scheinbar...
Sieh dir das EVAL-Board an (ich korrigiere mich, das Ding hat 4 fette 
Kupferlagen). Jede Abweichung davon wird die Funktion oder den 
Wirkungsgrad verschlechtern...

[gk (Gast)]

R35 hat aber hoffentlich nicht 20MOhm ?!
gk

[Kioskman (Gast)]

Die Elektrolyt-Kondensatoren (vor allem C31) sind LOW-ESR Typen?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Thomas schrieb:
> den Aufbau hab ich so wie im Datenblatt beschrieben gemacht (siehe Bild).
Dazu noch ein Wort: der LM5118 hat nicht ganz umsonst 2 extra Pins für 
den Shunt zur Strommessung. Wenn du da den Pin 13 so völlig beliebig mit 
dem Pin 14 verbindest, dann sorgst du dafür, dass jede beliebige winzige 
Störung im mV-Bereich den Regler aus dem Tritt bringt.
Nicht umsonst wird im Datenblatt von "Kelvin connected" geschrieben. Und 
das sieht so aus, wie auf dem EVAL-Board: an dedizierten Anschlüssen des 
Shunts  werden die Spannungen abgenommen, und dicht beieinander (= 
kleine Stromschleife = wenig Fläche zur Störungseinkopplung) zu den 
zuegörigen Anschlüssen geführt.

Und sieh dir mal den den FB Feedback-Anschluss an. Wo ist der Feedback 
angeschlossen? Wie sieht dein FB-Netzwerk aus, und wie sieht das des 
EVAL-Boards aus? Besonders die ewig lange Leitung vom R34 zum C25 sieht 
bei dir wie eine Antenne für Störungen aus. Und das bedeutet, dass der 
Regelkreis vom Leistungskreis gestört wird. Auf dem EVAL-Board ist die 
komplette FB-Schaltung recht kompakt und ganz lokal abgehandelt.

Warum sind auf dem EVAL-Board an Ein- und Ausgang so viele Kondensatoren 
und bei dir so wenige? Und vor Allem: was sind das für Kondensatoren? 
Denn einen 300kHz-Schaltregler wirst du mit Elkos niemals ruhig 
bekommen.

Auch der Kondensator zum Abblocken der Vccx sitzt bei dir (C30) völlig 
beliebig möglichst weit weg von seiner Aufgabe (da geht es um mm) und 
ist in keinster Weise wirksam. Zzeichne da mal einen Strompfad von Vccx 
Pin 17 nach GND Pin 14: der ist riesig. Beim EVAL-Board sitzt der 
Kondensator C7 direkt zwischen diesen beiden Pins.

Mein Tipp: ich kaufe in solchen Fällen immer das EVAL-Board, damit ich 
für Messungen eine Referenz habe. Jedes Bauteil auf dem EVAL-Board hat 
ein Funktion und sitzt am richtigen Platz. Wenn du vom Beispiellayout 
abweichen willst, dann musst du die Funktion der Bauteile kennen und 
verstehen und begründen können, ob und warum diese Abweichung vertretbar 
ist.

Fazit: das muss neu. Und ich würde hier dringendst 4 Kupferlagen oder 
alternativ ganz viel Gerhirnschmalz und eine deutlich niedrigere 
Schaltfrequenz empfehlen.

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

gk schrieb:
> R35 hat aber hoffentlich nicht 20MOhm ?!
> gk

Aber nicht wirklich 20 Megaohm oder?
ist ein triftiges Argument, der sollte 20 mOhm = Milliohm [mΩ] haben ist 
das Richtig in der Schaltung, also ein 20 Milliohm [mΩ]??

Das ist ein Current Sense Widerstand der sonst ja schon bei Geringster 
Belastung runter regelt, was bei dir ja passiert!
(mal abgesehen von allen anderen Problemen) ;-)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Patrick L. schrieb:
> Aber nicht wirklich 20 Megaohm oder?
> ist ein triftiges Argument, der sollte 20 mOhm = Milliohm [mΩ] haben ist
> das Richtig in der Schaltung, also ein 20 Milliohm [mΩ]??
Wenn der 20MegaOhm hätte, dann würde die Spannung nicht erst bei 
Belastung einbrechen.

> (mal abgesehen von allen anderen Problemen) ;-)
Ja, ich hab nochmal draufgeschaut: natürlich müssen alle beteiligten 
Bauteile ohne Thermals(**) direkt und vollflächig in die Kupferfläche 
eingefügt werden. So wie beim EVAL-Board eben...

(**) aka Wärmefalle, siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Thermal_Pad

Thomas schrieb:
> (zum Test ca. 120mA), bricht die Ausgangsspannung auf 3,5V zusammen.
Was hast du da getestet? Den Step-Up oder den Step-Down? Von welcher 
Eingangsspanung wandelst in diesem Fall da auf 12V?

[M. Н. (Gast)]

Lothar M. schrieb:
>> (zum Test ca. 120mA), bricht die Ausgangsspannung auf 3,5V zusammen.
> Was hast du da getestet? Den Step-Up oder den Step-Down? Von welcher
> Eingangsspanung wandelst in diesem Fall da auf 12V?

Das ist in der Tat wichtig.

Wenn der Widerstand tatsächlich 20 MOhm hat, dann sollte sich das im 
Step-Down Betrieb bemerkbar machen. Der Step-Up Betrieb müsste in diesem 
Fall, sofern ich da nichts übersehe normal weiter funktionieren.

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

M. H. schrieb:
> Wenn der Widerstand tatsächlich 20 MOhm hat, dann sollte sich das im
> Step-Down Betrieb bemerkbar machen.

Davon ging ich auch aus, deshalb ja mein Bedenken ;-)
Ansonsten müsste die Schaltung auch mit dem Layout einigermaßen tun,
(Ich spreche jetzt nicht von EMV, Wirkungsgrad u.a. Übeltäter die ich da 
sehe), aber etwas mehr "Saft" müsste da schon fließen.

[WeiKe (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Du hast das große Massepad nicht "so fett wie möglich" in die Masse
> eingebunden und du kühlst das IC auch nicht mit Kupferfläche?

Die komplette GND-Verbindung scheint nur über die zwei Dukos neben C20 
und C26 realisiert zu sein, sicher nicht ideal...

[Thomas (Gast)]

Hallo,

hab wirklich m (milli) mit M (mega) verwechselt... der R35 war schuld...

Jetzt funktioniert alles ohne Probleme!!

Danke für die Hilfe!
Zum Design, wenn man sie die Vorlage von TI in der Webench ansieht, bin 
ich da nicht so weit daneben....

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Thomas schrieb:
> Jetzt funktioniert alles
Schön.

> ohne Probleme!!
Sicher nicht, weil du ja abgesehen von den Bauteilanordnung beim Layout 
fast alles falsch gemacht hast, was man falsch machen kann.

> Zum Design, wenn man sie die Vorlage von TI in der Webench ansieht, bin
> ich da nicht so weit daneben....
Das sieht für mich aber schon grundlegend anders aus. Und die Webbench 
liefert auch nur einen klitzekleinen Bruchteil der Informationen aus der 
Appnote des EVAL-Boards.

[OMG (Gast)]

Lothar M. schrieb:
> Das sieht für mich aber schon grundlegend anders aus.

Dabei hat er doch alles richtig gemacht wie er berichtet:

Thomas schrieb:
> ja den Aufbau hab ich so wie im Datenblatt beschrieben gemacht (siehe
> Bild).

[Thomas (Gast)]

Dafür das ich alles falsch gemacht habe, was man falsch machen kann, 
funktioniert es aber erstaunlich gut...

Ist ja auch egal, wenn möglich löscht einfach dieses Thema, macht eh 
keinen Sinn...

[Thomas W. (goaty)]

Das Routing von den Signalleitungen ist aber schon etwas wild...
erstaunlich, sollte es dennoch einwandfrei arbeiten.

Ach so, das ist nur zwei Lagen, dadurch wirds schwieriger.