Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LDO ausfallsicher in parallel koppeln?


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von Frank (Gast)


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Hallo Leute,
ich hoffe, ihr seht das jetzt nicht als ein "schon wieder LDO parallel" 
Thread an. Darum schreibe ich eine längere Einleitung um meinen Fall zu 
schildern.

Mein Problem:
Für einen fiktiven Satelliten muss ein Netzteil entwickelt werden. 
Dieses basiert auf COTS-LDOs die auf Strahlung getestet wurden. Bei 
diesen Tests (im Partikelbeschuss) fand man heraus, das es Transienten 
(SET - Single Event Transient) gibt, welche die LDOs für kurze Zeit 
(10ns-10ms) komplett deaktivieren (Ausgangsspannung auf 0V) und dann 
wieder anlaufen, als sei nichts gewesen. Als weiterer Effekt zeigte 
sich, das bei großen Strahlendosen sich die Dropoutspannung um bis zu 
250mV vergrößert, was man aber wunderbar durch eine von vornherein 
großzugig dimensionierte Eingangsspannung wunderbar kompensieren kann.

Jetzt ist die Idee, das Netzteil Redundant auszulegen (mind. 2, besser 
3x aus diesem getesteten LDOs) da diese Effekte stochastisch auftraten, 
wenn ein Partikel den Chip an einer speziellen Stelle traf und es 
statistisch sehr unwahrscheinlich bzw. tolerierbar ist, das dies 
zeitgleich bei mehreren LDOs parallel passiert.

Aber ja, ich weiß, das man LDOs nicht parallel schaltet (wird hier ja 
viel zur Steigerung des Ausgangsstroms angefragt - aber nicht in meinem 
Fall).
Der LDO ist ein einstellbarerer mit einem Spannungs-Feedback 
(vergleichbar mit einem LM1083/LM1084/LM317). Meine erste Idee war es, 
direkt hinter jedem LDO die min. erforderliche Kapazität und per 
Widerstand die min. Last vorzusehen, dann eine Schottky-Diode in 
Flussrichtung und dann den Abgriffspunkt des Feedbacks, so das die Diode 
ausgeregelt werden kann (siehe Skizze). So verteilt sich zwar der 
Laststrom nicht, aber das war auch nicht die Aufgabe. Mehrere (min. 2) 
dieser LDO-Schaltungen parallel. Dahinter eine relativ große Kapazität - 
denke 3-5x der min. erforderlichen Kapazität. Schaltet jetzt ein LDO ab, 
wird durch die Diode ein Rückstrom verhindert. Idealerweise übernimmt 
dann irgend ein anderer LDO die Versorgung, wenn sein Feedbackspannung 
erreicht ist, was voraussichtlich irgendwo im Bereich von 2-5% Toleranz 
liegt und übernimmt die Versorgung. Die Ausgangsspannung sollte bei 3,3V 
+/- 200mv liegen.

Ein einzelner LDO kann auch deutlich mehr Strom liefern, als er müsste. 
Nur gut 1/3 seines Ausgangsstroms wird wirklich benötigt. Von daher mach 
ich mir keine Sorgen, wenn ein LDO 100% der Last tragen müsste.

Habt Ihr vielleicht eine bessere/andere Idee?

By the way: Soetwas wie ideale Dioden sind leider durch ihre 
Anfälligkeit für Strahlung (speziell der FET) verboten. - einfache 
Dioden (solange es keine neumodischen, also diese kurzgeschlossenen FETs 
mit extrem niedriger Flussspannung sind) gehen, wenn man beachtet, das 
sich ggf. die Flussspannung und der Leckstrom verschlechtern und man 
eine deutlich größere Spannungsfestigkeit (min 200%++) einplant.

von MaWin (Gast)


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Frank schrieb:
> Habt Ihr vielleicht eine bessere/andere Idee?

Ausfall von 10ms überbrückt gut ein Elko am Ausgang. Der üblichere 
Fehler beim LDO ist ein durchlegieren, da hilft dann keiner parallel, 
sondern nur eine crow bar am Ausgang und Sicherung am Eingang.

Es gibt rückstromfeste LDO, solche kann man parallel schalten, auch wenn 
einer ausfällt oder abgeschaltet wird. Vor allem wenn es nicht um 
Leistungssteigerung geht, also einer alleine den ganzen Strom locker 
liefern könnte. Das wird dann halt der mit der leicht höheren 
Ausgangsspannung sein. Aber Achtung, liegen die Spannungen zu nah 
beieinander, kann es Regelschwingungen geben.

Das Stichwort abgeschaltet sagt es: in Satelliten wird üblicherweise die 
Stromversorgung zwar redundant, aber abschaltbar ausgelegt. Es gibt dann 
zwar eine Unterbrechung, aber man weiss wenigstens dass es ein Problem 
mit dem verwendeten Spannungsregler gab.

Man baut nichts ein, was nur einen Zweck erfüllt im Fehlerfall. Man baut 
so, dass jedes Teil die Funktion von einem anderen übernehmen kann.

von Deppenklatscher (Gast)


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komm aus deiner blase und erklär wenigstens COTS. latch-up und diverse 
migitations dagegen werden auch nicht erötert ...

Im archiv stöbern wäre auch nicht so verkehrt:

Beitrag "Hardwareentwicklung für Raumfahrt"
Beitrag "Strahlungsresistente Chips"

von Franzi (Gast)


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@Deppenklatscher
Warum so negativ.
Er fragt nicht nach der Physik oder den Effekten, sondern nach 
Schaltungsvorschlägen für sein Problem, holt dafür aber etwas weiter aus 
um das übliche "warum", das hier meist kommt zu erklären. Das finde ich 
gar nicht schlimm.

@Frank ggf. auch MaWin.
Die Idee hinter Franks Schaltung finde ich gar nicht so verkehrt, zumal 
er ja kein Load-Balancing/Sharing braucht.
Den von MaWin angesprochenen Abschaltmechanismus würde ich vorsehen, 
vielleicht sogar so, die Schaltung komplett zu trennen um Latchups 
(falls CMOS) zu trennen. - MaWin, macht vielleicht eine kleine gewollte 
variationen der Feedbackspannung zwischen den redundanten Wandlern Sinn?

von Rente mit 76 (Gast)


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Frag die großen Jungs, deren täglich Brot das ist.

Beitrag #7109940 wurde vom Autor gelöscht.
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Hallo Frank,
vor ein paar Tagen hast du dich noch Ulle genannt. Dort: 
Beitrag "Redundante Dioden bei Stromversorgungen verschalten"

Die extremen Anforderungen die da angeblich gelten passen so gar nicht 
zu deinem Know-How. Fachlich halte ich die Anforderungen für Blödsinn, 
denn lineare Spannungsregler gehen nicht einfach so kaputt.

Gebe das Projekt ab, bevor der Kunde euch verklagt.

: Bearbeitet durch User
von Frank (Gast)


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Nein, das bin ich nicht!

Die LDOs, die wir verwenden müssen sind aus über zehn unterschiedlichen 
ermittelt (getestet wurden Zehn unterschiedlichen Typen zu je sieben 
Stück u.a. voll CMOS mit N-Fet, BiCMOS mit sowohl P als auch N-FET, 
Bipolar mit NPN und einige mit PNP Passelement - and the Winner is ein 
reiner Bipolar Typ mit PNP Transistor). Der Ziel-LDO ist einer der 
wenigen gewesen, der keinen katastrophalen Ausfall unter Einfluss von 
Strahlung erlitten hat und auf über das fünffache des erwarteten 
getestet wurde. Einzig ein Anstieg der Dropspannung um gut 1/4V (was man 
gut kompensieren kann) und deaktivierende Transienten wurden beobachtet. 
Letzteres ist der Grund meines Threadstars.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ich gehe davon aus, dass du die Ausgänge Spannungsregler direkt parallel 
schalten kannst.

Wenn du Angst hast, dass ein Spannungsregler einen Kurzschluss 
verursacht, dann kann das ebenso bei den zusätzlichen Dioden passieren. 
Außerdem könnte ein Spannungsregler im Fehlerfall die volle 
Eingangsspannung durch reichen, dagegen helfen deine Dioden nicht.

Gegen Überspannung kannst die Schaltung z.B. mit einer Kombination aus 
Schmelzsicherung (vor den Spannungsreglern) und Crowbar schützen.

von temp (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Gegen Überspannung kannst die Schaltung z.B. mit einer Kombination aus
> Schmelzsicherung (vor den Spannungsreglern) und Crowbar schützen.

Aber auch dann müsste diese wenigstens pro LDO vor den Dioden eingebaut 
werden. Ziel ist es ja nicht nur die nachfolgende Schaltung zu schützen, 
sondern sie zuverlässig zu versorgen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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temp schrieb:
> Aber auch dann müsste diese wenigstens pro LDO vor den Dioden eingebaut
> werden. Ziel ist es ja nicht nur die nachfolgende Schaltung zu schützen,
> sondern sie zuverlässig zu versorgen.

Wenn eine Crowbar auslöst, ist das Gerät abgeschaltet.

Ein Schutz, der ohne Ausfall wirkt, wenn ein Spannungsregler die volle 
Eingangsspannung durch reicht, wäre deutlich komplexer. Man muss sich 
halt überlegen, was man wirklich haben und bezahlen will.

Schutz gegen "alles" ist selten angemessen.

von Dieter (Gast)


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Die erste Frage wäre, ob ein Spannungsabfall um bis zu 300mV verkraftet 
werden kann, während ein LDO einknickt. Wenn nein, dann wird das nichts 
mit der Lösung.

von Peter D. (peda)


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Wenn der LDO zu empfindlich ist, könnte auch die früher übliche diskrete 
Schaltung (2/3 Transistoren, 1 Z-Diode) helfen.

von (prx) A. K. (prx)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wenn eine Crowbar auslöst, ist das Gerät abgeschaltet.

Nicht wenn die Dioden drin sind und die Crowbar davor. Dann passiert 
das, was man in solchen Fällen haben will: Der defekte Regler wird durch 
die Sicherung effektiv abgetrennt.

Allerdings sollte man dann natürlich die Crowbar-Schaltung gründlich 
darauf testen, dass sie nicht selbst fälschlicherweise auslöst. Das ist 
ein Grundproblem dieses Szenarios: Alles, was man zusätzlich einbaut, 
kann selbst wiederum Nebeneffekte haben.

: Bearbeitet durch User
von Frank (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Wenn der LDO zu empfindlich ist, könnte auch die früher übliche diskrete
> Schaltung (2/3 Transistoren, 1 Z-Diode) helfen.

Das geht halt nicht, da die weiteren Features wie z.B. Übertemperatur 
und Überstrom ebenfalls benötigt werden - und auch mitgetestet wurden.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ein Schutz, der ohne Ausfall wirkt, wenn ein Spannungsregler die volle
> Eingangsspannung durch reicht, wäre deutlich komplexer. Man muss sich
> halt überlegen, was man wirklich haben und bezahlen will.

Vor jedem LDO ist ein "P-FET basierter Überstom-Trennschalter" um bei 
einem Überstrom (oder Kurzschluss) zu trennen. Das war schon gefordert. 
Die Spannung am Ausgang wird außerdem durch einen Fensterkomparator 
überwacht, mit einer +/- 200mV Über/Unterspannungserkennung.

von MaWin (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wenn eine Crowbar auslöst, ist das Gerät abgeschaltet.

Eben, nun killt also nicht nur ein Defekt im Spannungsregler die 
Funktion des Satelliten, sondern auch ein (ggf. kurzzeitiger) Defekt in 
der crow bar, weil danach die Sicherung durch ist.

Je mehr man einbaut, um so mehr kann kaputt gehen.

Und wenn ein lowDrop Regler verwendet wird obwohl man kein Problem hat, 
ihm eine höhere Eingangsspannung vorzusetzen, dann braucht man keinen 
lowDrop Regler, dann tut es ein (vielleicht gegen Radiation 
unempfindlicherer) Standardregler, oder sogar ein diskret aufgebauter 
Regler.

Es gibt aber Überspannungsschutz der trennt:

LM74700. Der LTC4365 kann das von -40V bis +60V mit einstellbaren 
Grenzen, der NCP3712A bis 105V, WS3202E (6.1V bis 25V, 2A), WS3210 
(5.85/10.5/14V bis 80V 3A) WS3213 (einstellbar 30V) ETA7011 (20V 3.5A 
high side) ETA7014 (36V 4A high side) ETA7018 (20V low side) 
ETA7008/ETA7028S2G (einstellbar 36V/4A low side) ETA70086 (einstellbar 
75V/3A in DFN6 low side) http://www.etasolution.com/w-en/product.html , 
https://www.analog.com/en/parametricsearch/11394#/ (bis 600V externe 
MOSFETs)

Vielleicht taugt davon einer für Space.

von Frank (Gast)


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MaWin schrieb:
> Je mehr man einbaut, um so mehr kann kaputt gehen.

Darum würde ich auf die Crowbar auch verzichten und den Fenster 
Komparator in Verbindung mit dem P-Fet Trenner benutzen. Ein wohl 
bemessener Serienwiderstand vor dem Regler hilft zu schnelle Anstiege zu 
verhindern. Ä


MaWin schrieb:
> Es gibt aber Überspannungsschutz der trennt:

Die Vortests waren sehr Kostspielig und Langwierig. Ein LDO lieferte das 
beste Ergebnis - generell wurden aber div. "Lineare Regler" getestet...

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Bin ich froh, dass das bei mir nur Hobby ist. Wenn ich eine Anforderung 
blöd finde, dann setze ich sie nicht um. Basta.

So konsequent kann man im Beruf leider nicht immer sein.

: Bearbeitet durch User
von Rente mit 76 (Gast)


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Und ich finde es äußerst bedenklich, wenn raumfahrttechnische Expertise 
auf die hier praktizierte Art generiert wird.
Der TO ist doch bestimmt nicht der erste, der dieses Problem hat.
Oder er hat den falschen Job.
Oder er traut sich nicht, den Chef zu fragen, ob der ihm einen Kontakt 
zu einem Fachmann machen kann.
Tss, tss...

von Rente mit 76 (Gast)


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Fachmänn:inx (m/w/d/x) naürlich

von Frank (Gast)


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Rente mit 76 schrieb:
> Und ich finde es äußerst bedenklich, wenn raumfahrttechnische Expertise
> auf die hier praktizierte Art generiert wird.

Ich bin Student :-/

Rente mit 76 schrieb:
> Der TO ist doch bestimmt nicht der erste, der dieses Problem hat.

Ich habe leider noch kein Papierwerk über praktisches Design gefunden - 
jedoch dutzende, welche die Theorie abdecken. Hier aber deutlich mehr 
die Gefahren statt Lösungen aufzeigen... Ein "Handbook" oder "Best 
Practise" wäre super toll. - Wenn ich einmal groß und grau bin, werde 
ich bestimmt eins aus den Erfahrungen schreiben ;)

Rente mit 76 schrieb:
> Oder er traut sich nicht, den Chef zu fragen, ob der ihm einen Kontakt
> zu einem Fachmann machen kann.

Wenn du Rat geben kannst, würde ich dich gerne als Erfahrener 
konsultieren. Ich denke, ich würde sogar einen ganzen Hörsaal mit 
Zuhörern voll bekommen!

Rente mit 76 schrieb:
> Fachmänn:inx (m/w/d/x) naürlich

Oh - das jetzt auch noch... Aber gut, der Studiengang ist International 
- und im Englischen ist meist das Geschlecht egal ;)

von MaWin (Gast)


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Rente mit 76 schrieb:
> Und ich finde es äußerst bedenklich, wenn raumfahrttechnische
> Expertise auf die hier praktizierte Art generiert wird.
> Der TO ist doch bestimmt nicht der erste, der dieses Problem hat.
> Oder er hat den falschen Job.
> Oder er traut sich nicht, den Chef zu fragen, ob der ihm einen Kontakt
> zu einem Fachmann machen kann.
> Tss, tss...

Na ja, andere Satelliten verwenden abschaltbare Spannungsregler.

Selbst wenn die ebenfalls bei harter Bestrahlung mal millisekundenweise 
die Stromversorgung kappen, sollte die damit versorgte Elektronik halt 
einen RESET durchführen und danach weiterlaufen. Und wenn der Regler 
kaputt ist, wird halt ein anderer eingeschaltet.

Ich wüsste nicht, wo dabei ein Problem sein sollte.

Ja, Elkos sind nicht beliebt im Weltraum.

von Rente mit 76 (Gast)


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> Ich bin Student :-/
Das rettet dich.

von Rente mit 76 (Gast)


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Und ich finde es Chice, dass dein Betreuer dich nicht ans Händchen nimmt 
und dich erstmal Irrwege laufen lässt.

von Eberhard H. (sepic) Benutzerseite


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Zunächst würde ich untersuchen, ob beim festgestellten sporatischen 
Ausfall eines der ausgesuchten LDOs mit PNP-Längstransistor tatsächlich 
ein Rückstrom fließt.

Ich denke, dass bei dem geschilderten Ausfall eher kein größerer Strom 
rückwärts fliest.

Dann können 2 oder 3 dieser LDOs an ihren Ausgängen einfach parallel 
geschaltet werden.

Oder man nimmt statt den Dioden jeweils einen niederohmigen 
Ausgleichswiderstand von z. B. 0,1 Ohm (je nach Ausgangsstrom).

Sonst gewinnt jener LDO mit der höheren Ausgangsspannung (je nach 
Toleranz der internen Referenzspannung und des Feedback-Netzwerks).

Ich glaube nicht, dass bei einem solchen Konzept eine viel größere 
Ausgangskapazität als normal nötig ist.

Um welche LDOs handelt es sich?

Gegebenenfalls lässt sich das Ganze auch simulieren oder schlicht 
aufbauen und sehen, was passiert.

PS: Das gesuchte LDO-Handbuch gibt es von Micrel (inzwischen Microchip) 
unter der Bezeichnung LDOBk.pdf.

: Bearbeitet durch User
von Deppenklatscher (Gast)


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Frank schrieb:
> Ich habe leider noch kein Papierwerk über praktisches Design gefunden -
> jedoch dutzende, welche die Theorie abdecken. Hier aber deutlich mehr
> die Gefahren statt Lösungen aufzeigen... Ein "Handbook" oder "Best
> Practise" wäre super toll. - Wenn ich einmal groß und grau bin, werde
> ich bestimmt eins aus den Erfahrungen schreiben ;)

Naja erstens willsteja Ingenieur/Entwickler werden, das sind eben nicht 
die Schüler/Monteure die nür nachäffen was Ihnen beigebracht wurde. 
Ingenieur entwickeln aus der Analyse bekanntes neue Lösungsansätze.

Für Space gibt es einiges (design style guides) von der ESA einfach mal 
durchwühlen. Für Avionic gibt es Literatur bezüglich design reduntanter 
Systeme und Umgang mit COTS: ISBN: 978-1482206050. Auch für "normales" 
Systemdesign gibt es Bücher.
--
Auch ist das erforderliche Standby-Konzept (cold,warm,hot) nicht genannt 
und es wird redundanz behauptet wo tatsächlich keine ist.

Die kritischen Space-Probleme (LatchUp,schlechte Entwärmung, geringe 
Isolation) werden verharmlost,
System-Redundanz ist bei gemeinsamen resourcen nicht möglich. Und wenn 
die Stochastik sagt, das bei bestimmten
Bedingungen eine Baugruppe zu 100% ausfällt, da trifft das auch auf eine 
Baugleiche Komponenten zu, da errreicht man nix durch parallelschalten. 
Auch die Alterung schlägt bei den angeblich redundanten system 
(gleichzeitig) zu, wenn man die Komponenten gleichwertig belastet.

Hier scheint mir wegen den fehlenden Abtrenn-Möglichkeiten und 
Zuschalt-Automatik ein Kaskadeneffekt wie damals beim Russenbrummer 
saljut-7 vorprogrammiert: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Saljut_7#Ausfall_und_Reaktivierung

Ein IMHO sicheres Konzept wäre folgendes:
-cold Standby, die Ersatz-Stromversorgung ist normalerweise nicht im 
Betrieb, ein- und ausgang sind im Nicht-betrieb über wenige Ohm
kurzgeschlossen (Ableitung gesammelter statischer Ladungen)

-die ersatzstromversorgungen ist nicht baugleich, sondern enthält andere 
Bauteile (mindestens andere charge) eventuell
anderes Prinzip.
-die Baugruppen sind räumlich getrennt und räumlich anders ausgerichtet 
(Erklürung: Halbleiter sind aus Einkristallen aufgebaut, deren 
Gitterebenen pralallel sind, Strahlung trifft also immer im selben 
Winkel auf, die Auswirkung
ist aber oft vom Winkel abhängig, also  untersucht man auch die 
Auswirkung des Einfallwinkels bei der Qualifikation und baut die systeme 
so ein, das zeitgleich immer nur ein System ungünstig (bspw. senkrecht 
zur Sonne) ausgerichtet ist.
-wie schon gesagt, fehlerhafte Systeme müssen vollständig (primär wie 
sekundärseitig trennbar sein.

von Deppenklatscher (Gast)


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Rente mit 76 schrieb:
> Und ich finde es Chice, dass dein Betreuer dich nicht ans Händchen nimmt
> und dich erstmal Irrwege laufen lässt.

Eben, es irrt der Mensch solang er strebt. Und aus Fehlern lernt man.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Frank schrieb:
> Ein "Handbook" oder "Best Practise" wäre super toll

Für derartige hoch spezielle Anforderungen kann es keine allgemeinen 
Empfehlungen geben.

Was aber (im echten Leben) mit Sicherheit früher oder später kommen 
würde: Der Vorwurf, dass du den Auftrag nur unzureichend erfüllt hast. 
Mangels Know-How kannst du dann nicht einmal dagegen argumentieren.

Noch kannst du üben, insofern gehst du da kein Risiko ein. Nutze die 
Zeit.

: Bearbeitet durch User
von Frank (Gast)


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MaWin schrieb:
> Ja, Elkos sind nicht beliebt im Weltraum.

Es gibt wohl Hermetisch dichte, aber spezielle Tantals, Polypropylen und 
neuerdings auch spezielle MLCCs werden bevorzugt.

Eberhard H. schrieb:
> Gegebenenfalls lässt sich das Ganze auch simulieren oder schlicht
> aufbauen und sehen, was passiert.

Ja, in der Simulation läuft es schon

Eberhard H. schrieb:
> Zunächst würde ich untersuchen, ob beim festgestellten sporatischen
> Ausfall eines der ausgesuchten LDOs mit PNP-Längstransistor tatsächlich
> ein Rückstrom fließt.

Ja - zumindest in der Simulation tut er es!

Eberhard H. schrieb:
> Oder man nimmt statt den Dioden jeweils einen niederohmigen
> Ausgleichswiderstand von z. B. 0,1 Ohm (je nach Ausgangsstrom).

Ich glaube, du meinst so wie hier: 
https://www.st.com/resource/en/application_note/an2984-minimizing-the-setrelated-effects-on-the-output-of-a-voltage-linear-regulator-stmicroelectronics.pdf
Vor dem LDO haben wir einen Widerstand, so das bei einem durchschalten 
des LDO bis zum einsetzten der Trennschalter in Verbindung mit der 
relativ großen Kapazität die Ausgangsspannung nur ein wenig ansteigen 
sollte. Auch hat er natürlich begrenzende Funktionen bei kurzen 
Transienten.

By the way: der gezeigte lineare Regler (RHFL4913A) in der AppNote 
kostet je nach Variante und Grad) ~500-800€/Stück. Je nach gebrauchter 
Menge, Tests und Risiko, das man (wie wir es versuchen) auch konstruktiv 
verringern kann, lohnt sich der Aufwand einen Ersatz als COTS 
(Commercial off the Shelf) zu finden.

Eberhard H. schrieb:
> Um welche LDOs handelt es sich?

Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das 
nicht sagen - Sorry

Eberhard H. schrieb:
> PS: Das gesuchte LDO-Handbuch gibt es von Micrel (inzwischen Microchip)
> unter der Bezeichnung LDOBk.pdf.

Super, danke, das sehe ich mir an. Wenngleich ich eigentlich praktische 
Literatur zur Härtung/Redundanz/SIL/... gewünscht hätte. Salopp gesagt 
so etwas wie "The Art of Electronics" für raue Umgebungen ;)

von Deppenklatscher (Gast)


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Frank schrieb:
> By the way: der gezeigte lineare Regler (RHFL4913A) in der AppNote
> kostet je nach Variante und Grad) ~500-800€/Stück. Je nach gebrauchter
> Menge, Tests und Risiko, das man (wie wir es versuchen) auch konstruktiv
> verringern kann, lohnt sich der Aufwand einen Ersatz als COTS
> (Commercial off the Shelf) zu finden.

Das wird ne ziemliche Milchmädchenrechnung sein ... Also bei 20 Stück 
wäre das einer Ersparnis v. 10k-16k also einem Ing.-Monat 
(Gehalt+Nebenkosten) Dem steht eine Reduzierung der Lebensdauer auf 
wenige Wochen gegenüber und ein erheblicher Aufwand für 
Nachqualifizierung der nicht-für-Space gebauten Bauteile...

Auch bei Sparanstrengungen hat der Russky Schiffbruch erlitten: 
https://www.bernd-leitenberger.de/schlamperei.shtml Abschnitt "Mars 4 
bis 7"

von Frank (Gast)


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Deppenklatscher schrieb:
> Das wird ne ziemliche Milchmädchenrechnung sein ... Also bei 20 Stück
> wäre das einer Ersparnis v. 10k-16k also einem Ing.-Monat
> (Gehalt+Nebenkosten)

Wenn man sich den bedarf für zukünftige Forschungssatelliten ansieht 
(alleine die mittlerweile riesige anzahl von CubeSats - das ist eine 
eigene Industrie geworden), ist das eine durchaus gerechtfertigte 
Ausgabe. - Ganz nebenbei (auch wenn das jetzt hochgegriffen ist) aber 
glaubst du, das alle Satelliten des Starlink (also die 
"Megakonstellation" mit zukünftig zig tausenden Satelliten) auf extrem 
teuren Bauteilen bestehen?
Und, was man nicht vergessen darf: Es dient der Erfahrung und 
Ausbildung, weniger dem kostengetriebenen Produktdesign ;)

Deppenklatscher schrieb:
> Dem steht eine Reduzierung der Lebensdauer auf
> wenige Wochen gegenüber und ein erheblicher Aufwand für
> Nachqualifizierung der nicht-für-Space gebauten Bauteile...

Nein, denn die Bauteile wurden bereits bis zum erbrechen unter 
Strahlung, Thermal-Vakuum, Laser, ... getestet um genau das 
auszuschließen! Auch wurden diese Tests wiederholt, nachdem eine größere 
Charge/Batch des entsprechenden Bauteils gekauft wurde. Diese ist jetzt 
bei einem externen Dienstleister in Stickstoff/sauerstoffarm eingelagert 
und deckt mehrfach den anvisierten Bedarf und kann bei Bedarf abgerufen 
werden.

von ZF (Gast)


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Frank schrieb:
> Ich habe leider noch kein Papierwerk über praktisches Design gefunden -
> jedoch dutzende, welche die Theorie abdecken. Hier aber deutlich mehr
> die Gefahren statt Lösungen aufzeigen... Ein "Handbook" oder "Best
> Practise" wäre super toll. - Wenn ich einmal groß und grau bin, werde
> ich bestimmt eins aus den Erfahrungen schreiben ;)

Moin Frank,

guck Dich hier mal um, ist kostenlos aber Anmeldung ist erforderlich:
https://ecss.nl/
Gedruckt wird schwieriger, dieses Werk deckt viele Felder ab, Elektronik 
ist da nur ein ganz kleiner Teil, hauptsächlich Power. Vielleicht hat es 
Deine Hochschulbib ja: 
https://www.wiley.com/en-br/Spacecraft+Systems+Engineering,+4th+Edition-p-9780470750124

Zu den mehrfach genannten Schmelzsicherungen: Die will man in der 
europäischen Raumfahrt nicht (vibrationsempfindlich, während unbemannten 
Missionen nicht wechselbar). Für das, was hinter dem Spannungsregler 
kommt, wirst Du wahrscheinlich eh Latch-up Schutz brauchen, also 
elektronischer Überstromschutz.

von ZF (Gast)


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Deppenklatscher schrieb:
> Das wird ne ziemliche Milchmädchenrechnung sein ... Also bei 20 Stück
> wäre das einer Ersparnis v. 10k-16k also einem Ing.-Monat
> (Gehalt+Nebenkosten) Dem steht eine Reduzierung der Lebensdauer auf
> wenige Wochen gegenüber und ein erheblicher Aufwand für
> Nachqualifizierung der nicht-für-Space gebauten Bauteile...

Die Sache ist komplizierter, COTS kann je nach Rahmenbedingungen die 
(auch) wirtschaftlich sinnvollere Lösung sein. Klar hätten alle am 
liebsten alles in radhard Design, aber passt nicht immer. Muss für jeden 
Einzelfall abgewogen werden.

von Dieter R. (drei)


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Frank schrieb:

> Nein, denn die Bauteile wurden bereits bis zum erbrechen unter
> Strahlung, Thermal-Vakuum, Laser, ... getestet um genau das
> auszuschließen! Auch wurden diese Tests wiederholt, nachdem eine größere
> Charge/Batch des entsprechenden Bauteils gekauft wurde. Diese ist jetzt
> bei einem externen Dienstleister in Stickstoff/sauerstoffarm eingelagert
> und deckt mehrfach den anvisierten Bedarf und kann bei Bedarf abgerufen
> werden.

Versuch einer Zusammenfassung nach den bisherigen Informationen:

1. Es wurden Versuche mit Strahlenbelastung an ausdrücklich NICHT als 
radiation hardened qualifizierten Bauteilen durchgeführt.

2. Dabei wurde EIN Bauteiltyp identifiziert, der als am wenigsten 
ungeeignet gilt. Auch bei diesem Bauteil wurden Funktionsausfälle 
(Single Event Transients) zwischen 10ns und 10ms beobachtet.

3. Der zugrundeliegende Ausfallmechanismus ist unbekannt und wurde 
offenbar weder untersucht noch mit dem Hersteller erörtert. Angesichts 
des enormen Faktors von 1:1000000 kann es sich dabei schwerlich um 
denselben Mechanismus handeln. Naheliegende Frage wäre, wie die 
Verteilung dieser Ausfälle war, hier erfahren wir dazu allerdings 
nichts. Naheliegende Vermutung wäre außerdem, dass bei den langdauernden 
Ausfällen ein interner Timeout- oder Reset-Mechanismus getriggert wurde 
(sofern hier nicht die Testschaltung zeitbestimmend war).

4. Die Versuche wurden nicht bis zum Totalausfall der Bauteile 
durchgeführt, sodass unbekannt ist, wie das Verhalten sich bei 
Langzeitbelastung bis zum völligen Ausfall darstellt.

Ich hätte ja extreme Bedenken, ein Bauteil in einer kritischen 
Applikation einzusetzen, das dafür nicht vom Hersteller qualifiziert 
wurde und dessen Ausfallmechanismen unverstanden sind. Erst wenn man 
versteht, welcher Art die Ausfallmechanismen sind, kann man darüber 
nachdenken, welche Aufbau- bzw. Schaltungskonzepte dafür geeignet sind.

Einfache Frage: wurden denn parallel dazu im selben Versuch auch als 
radiation hardened qualifizierte Bauteile getestet, und wie haben diese 
sich verhalten?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Wie passt der ganze Aufwand (insbesondere die Versuchsreihen) eigentlich 
zu
> Für einen fiktiven Satelliten

Habt ihr zu viel Geld?

: Bearbeitet durch User
von F. M. (foxmulder)


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Frank schrieb:
> and the Winner is ein
> reiner Bipolar Typ mit PNP Transistor)

Welcher Typ ist das genau?

von Frank (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Habt ihr zu viel Geld?

Nein, wir haben Mittel für die Forschung und Ausbildung in einem 
bestimmten Bereich bekommen und uns "selber" ein Ziel gesetzt. Der 
fiktive Satellit dient als Definitionsplattform/Missionsbeschreibung um 
anhand seiner Parameter Komponente zu entwickeln, die ggf. irgend wann 
einmal in Kleinserie oder auf einem Erprobungsträger wie einer TET 
Mission 
(https://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2274/3396_read-5085/) 
fliegen können. Es gibt öfters "Mitflugmöglichkeiten" mit einem sehr 
kurzen Zeitfenster. Das reicht meist nicht aus um eine Komponente zu 
entwickeln und zu qualifizieren. Normalerweise kann erst entwickelt 
werden, wenn die genauen Missionsparamater fest gelegt sind. - wir haben 
einfach ein Diff über verschiedene Satelliten und Missionen gemacht und 
uns eine fiktive Referenzmission auf einem fiktiven Referenzsatelliten 
daraus definiert um ein Gro an Möglichkeiten abzudecken.
Ganz nebenbei - "der" LDO ist wirklich nur ein kleiner Happen für ein 
wissenschaftliches Messgerät, das ins "Nichts" geschossen wird ;)


F. M. schrieb:
> Welcher Typ ist das genau?

Frank schrieb:
> Eberhard H. schrieb:
>> Um welche LDOs handelt es sich?
>
> Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das
> nicht sagen - Sorry

von Dieter R. (drei)


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Frank schrieb:

> F. M. schrieb:
>> Welcher Typ ist das genau?
>
> Frank schrieb:
>> Eberhard H. schrieb:
>>> Um welche LDOs handelt es sich?
>>
>> Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das
>> nicht sagen - Sorry

Und zu dieser Frage kannst du auch nichts sagen?

Einfache Frage: wurden denn parallel dazu im selben Versuch auch als
radiation hardened qualifizierte Bauteile getestet, und wie haben diese
sich verhalten?

von Frank (Gast)


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Dieter R. schrieb:
> Einfache Frage: wurden denn parallel dazu im selben Versuch auch als
> radiation hardened qualifizierte Bauteile getestet, und wie haben diese
> sich verhalten?

Parallel dazu nicht, es konnten aber auf Daten voran gegangener Tests 
aus einem anderen Projekt zugegriffen werden. Hier wurde der RHFL4913 in 
der vom Hersteller angegeben Minimalbeschaltung getestet. Und auch 
dieser hatte deutliche SETs erzeugt die nahezu 1:1 vergleichbar sind. 
Dieser kann allerdings auch ein TID von bis zu 300kRad - wir brauchten 
"nur" bis 50 und da ist schon eine ordentlicher Sicherheitsaufschlag 
dabei, den wir trotzdem noch wiederholt überfahren konnten.

Dieter R. schrieb:
> 2. Dabei wurde EIN Bauteiltyp identifiziert, der als am wenigsten
> ungeeignet gilt. Auch bei diesem Bauteil wurden Funktionsausfälle
> (Single Event Transients) zwischen 10ns und 10ms beobachtet.

Nein, wir haben drei identifiziert die prinzipiell passen würden. Eines 
ist gestrichen worden, da es mit Kupfer gebondet ist statt Gold (was mit 
atomaren Sauerstoff reagieren könnte), eines, weil es aus Amerika kommt 
(und ggf. unter ITAR fällt) und das über gebliebene ist das technisch 
und politisch "Beste Stück".

Dieter R. schrieb:
> Der zugrundeliegende Ausfallmechanismus ist unbekannt und wurde
> offenbar weder untersucht noch mit dem Hersteller erörtert.

Untersucht haben wir ihn und wir wissen auch, wo er entsteht. Der 
Hersteller will, weil das Teil außerhalb seiner Spezifikation und 
Einsatzort betrieben wird, keinen Support dazu in diesem speziellen Fall 
geben bzw. will sich das erst ansehen, wenn wir min. 2500Stück/Jahr in 
einer höheren Qualitätsgüte (die er extra für uns auflegen würde) 
abnehmen, was definitiv zu teuer für uns ist.

Dieter R. schrieb:
> 4. Die Versuche wurden nicht bis zum Totalausfall der Bauteile
> durchgeführt, sodass unbekannt ist, wie das Verhalten sich bei
> Langzeitbelastung bis zum völligen Ausfall darstellt.

Das ließt du wo raus? ;)
Wir haben das Bauteil über drei Semester gequält - bis weit über unseren 
Einsatz hinaus, untersucht, analysiert und zig Tests unterzogen. 
Widerholt mit Partikeln, Ionen und Laser beschossen, im Vakuum extremer 
Hitze und Kälte ausgesetzt, bei hohen Temperaturen gebacken (altern 
lassen) und mit Flusssäure nackig gemacht. - Du interpretierst da Sachen 
rein, die so nicht stimmen! Wir wissen jetzt, was das Bauteil kann - und 
was nicht!

von Dieter (Gast)


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Allerdings kann es sein, das es sich als Milchmädchenrechnung entpuppt. 
Wenn das Spezialbauteil 500 Euro kostet, aber der redundante 
Doppelaufbau zusätzliches Gewicht und Volumen benötigt, was 1000 Euro 
Mehrkosten benötigt, dann war das netter überflüssiger Lösungsversuch.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Frank schrieb:
> Nein, wir haben Mittel für die Forschung und Ausbildung

Cool das freut mich für dich. Dann probiere mal alles durch was geht, 
denn später im Beruf hat man diese Freiheit selten.

von Dieter R. (drei)


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Frank schrieb:

> Dieter R. schrieb:
>> Der zugrundeliegende Ausfallmechanismus ist unbekannt und wurde
>> offenbar weder untersucht noch mit dem Hersteller erörtert.
>
> Untersucht haben wir ihn und wir wissen auch, wo er entsteht.

Aha, ihr wisst was, aber wir gewöhnlichen Sterblichen dürfen es nicht 
erfahren. Du beglückst uns hier mit lauter Halbinformationen, willst 
aber, dass wir dir abnehmen, dass es EINEN GEMEINSAMEN 
Ausfallmechanismus gibt, der Effekte im Zeitbereich von 1 zu einer 
Million hervorruft? Und die gleiche Art von Ausfällen (Zitat: "nahezu 
1:1 vergleichbar") gibt es bei einem Radiation Hardened Device, das für 
6-fache Strahlenbelastung qualifiziert ist. Nicht sehr glaubwürdig und 
jedenfalls mangels Informationen in keiner Weise nachzuvollziehen.

> Dieter R. schrieb:
>> 4. Die Versuche wurden nicht bis zum Totalausfall der Bauteile
>> durchgeführt, sodass unbekannt ist, wie das Verhalten sich bei
>> Langzeitbelastung bis zum völligen Ausfall darstellt.
>
> Das ließt du wo raus? ;)

Aus deinen halbgaren Informationen. Du hast nur von Kurzzeitausfällen 
geschrieben. Unter welchen Fehlererscheinungen sich die Bauteile 
letztendlich verabschieden, hast du uns vorenthalten. Ich bin davon 
ausgegangen, dass du uns solche wichtigen Informationen mitgeteilt 
hättest, wenn du über selbige verfügen würdest. Das war wohl eine 
Fehlannahme.

Bei den von dir genannten Projektinformationen ist allerdings davon 
auszugehen, dass sowieso nichts draus wird. In dem erwähnten Programm 
scheint es ja außer TET-1 vor 10 Jahren nichts mehr gegeben zu haben, 
und Starts von Baikonur wird es vermutlich in den nächsten 10 Jahren 
auch nicht mehr geben.

: Bearbeitet durch User
von ZF (Gast)


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Welcher Regler es genau das ist, ist für den wohlwollenden Helfer 
eigentlich egal, sofern er nicht Internas zu genau diesem Bauteil hat 
und bereit bereit ist diese Preis zu geben. Schon eigene Testdaten wären 
für den TO nur von mäßigem Nutzen, weil bei COTS sowieso das jeweilige 
Los getestet werden muss.

Was Du (Frank) allerdings doch noch mal erläutern kannst: Wie hast Du 10 
ns SET gemessen? Der Regler hat doch sicher einen Ausgangskondensator?

Frank schrieb:
> Dieser kann allerdings auch ein TID von bis zu 300kRad - wir brauchten
> "nur" bis 50 und da ist schon eine ordentlicher Sicherheitsaufschlag
> dabei, den wir trotzdem noch wiederholt überfahren konnten.
50 krad für COTS Bauteile ist schon sehr viel. Die genannten 250 mV mehr 
Dropout waren nach dieser Dosis? Biased und unbiased bestrahlt? Wie hoch 
ist die Missions EOL Dosis?

Frank schrieb:
> Nein, denn die Bauteile wurden bereits bis zum erbrechen unter
> Strahlung, Thermal-Vakuum, Laser, ...
Noch problematischer als TID sind bei COTS meist geladene Teilchen. Habt 
ihr einen Schwerionentest gemacht? Welche Ionen, mit welchem Ergebnis? 
Falls mit "Laser" ein SEE Pulslaser gemeint ist: Der ist praktisch, um 
die empfindlichen Stellen des Dies zu identifizieren, als Ersatz für den 
Schwerionentest reicht er nicht.

von Frank (Gast)


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ZF schrieb:
> Schon eigene Testdaten wären
> für den TO nur von mäßigem Nutzen, weil bei COTS sowieso das jeweilige
> Los getestet werden muss.

Und das haben wir gemacht. Erst mit einer kleinen Menge "Vortests" 
gemacht und nachdem wir einen Kandidaten Identifiziert hatten, haben wir 
ein größeres Batch mit selben Daycode (,...) davon direkt bei Hersteller 
gekauft (um Batch Vermischung, falsche Lagerung,... auszuschließen) und 
jedes 100ste Bauteil daraus erneut getestet.


ZF schrieb:
> Noch problematischer als TID sind bei COTS meist geladene Teilchen. Habt
> ihr einen Schwerionentest gemacht? Welche Ionen, mit welchem Ergebnis?
> Falls mit "Laser" ein SEE Pulslaser gemeint ist: Der ist praktisch, um
> die empfindlichen Stellen des Dies zu identifizieren, als Ersatz für den
> Schwerionentest reicht er nicht.

Ja, es wurde mehrfach mit Neutronen und mit einer Co-60 Gamma Quelle und 
punktuell mit Laser beschossen. Die Tests wurden in Deutschland, Holland 
und der Schweiz durchgeführt. Die Schwerionen als auch der Laser 
verursachten die SETs und die TID den anstieg der Dropout Spannung und 
leichte Veränderungen seiner Stromaufnahme des Eigenverbrauchs und 
leichte Veränderung der der Ausgangsgenauigkeit - aber es blieb alles im 
Rahmen der Datenblattangaben, war aber nachweislich gegenüber den Tests 
ohne Strahlung messbar abgewichen.

Den Nachweis der SETs, wie auch die anderen Bestrahlungstest, habe ich 
selber nicht erbracht, sondern der Trupp mit den werdenden 
Halbleiterphysikern. Ich habe nur die Ergebnisse daraus bekommen und 
salopp gesagt die Aufgabe bekommen das zu umschiffen.
Die Analyse zeigt, das die SETs in der Treiberstufe (aus NPN 
Transistoren) des PNP Leistungstransistors oberhalb von 40MeV bei Vin = 
8V Vout = 3,3V/0,3A ausgelöst werden und nicht etwa in der Referenz oder 
dem Fehlerverstärker. Gott sei dank, lösen sie sich von selbst und 
brennen nicht durch.

Einer der getesteten Kandidaten war ein TPS7A4501 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps7a45.pdf den es sogar als Space 
Bauteil gibt: TPS7A4501-SP 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps7a4501-sp.pdf Es wäre sicherlich 
ein Trugschluss darauf zu bauen, das in beiden Chips das identische Die 
verbaut ist. - Wir haben "nur" den TPS7A4501KTTR getestet und er 
verhielt sich gut und war eines der drei Finalisten. Erfreulicher weise 
ist er, obwohl weder Automotive noch EP geratet sogar mit Gold gebonded.
Ich hatte mal das Vergnügen, mit einem von CERN zu plauschen, der 
benutzte diesen LDO auch für Experimente unter noch deutlich höherer 
Strahlung (meinte er sagte was von Tests bis 100kRad (1kGy)). - 
Wenngleich bei denen keine Schwerionen vorkommen.

von Dieter R. (drei)


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Frank schrieb:

u. a.

> Ich habe nur die Ergebnisse daraus bekommen und
> salopp gesagt die Aufgabe bekommen das zu umschiffen.

Du hast lapidar geschrieben, dass es in der Simulation funktioniert. 
Hast du auch den Hinweis von Mawin und die Anregung von Franzi dazu 
berücksichtigt, über den gesamten Temperatur-, Last- und 
Lebensdauerbereich? Oder weißt du (woher?), dass Schwingneigung keine 
Rolle spielt? Weißt du, wie valide die Simulation ist oder welche 
kritischen Betriebsparameter im Testaufbau verifiziert werden müssen? 
Leider gehst du in diesem (wie üblich) ausufernden Thread auf 
(berechtigte und die Schaltungsauslegung beeinflussende) Fragen zu 
Hintergrundinformationen nur bruchstückhaft ein und auf Anmerkungen zur 
schaltungstechnischen Umsetzung eher gar nicht.

von F. M. (foxmulder)


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Frank schrieb:
> F. M. schrieb:
>> Welcher Typ ist das genau?
>
> Frank schrieb:
>> Eberhard H. schrieb:
>>> Um welche LDOs handelt es sich?
>>
>> Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das
>> nicht sagen - Sorry

Das finde ich schade und ehrlichgesagt unverständlich.
Keiner verlangt komplette Messreihen oder Gb große Datensätze, aber 
wenigstens die grundsätzliche Info welcher Regler es nun ist, sollte 
schon verfügbar sein.
Weil du den "politischen" Aspekt erwähnt hast wohl ein Teil von 
Infineon/NXP?

Aber dieses herumeiern ist nervig, erstens wird das ganze wohl aus 
Steuergeld finanziert und zweitens ist das hier ein Forum, wenn es ach 
so geheim ist, muss man halt Consultants zahlen und NDAs unterschreiben 
lassen.
Ein Forum ist halt auf Gegenseitigkeit aufgebaut, die Informationen von 
hier (und hier gibt es durchaus Leute aus der Branche) sind ja dann doch 
wieder gut genug....

von Frank (Gast)


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F. M. schrieb:
> Das finde ich schade und ehrlichgesagt unverständlich.

Ich finde es auch schade, das einfach alles in Frage gestellt werden 
muss. Der Typ ist hierbei für die Technik hinter der Mitigation 
eigentlich egal, denn scheinbar haben alle Regler (der Space-Liga) 
vergleichbare Probleme ...

F. M. schrieb:
> Keiner verlangt komplette Messreihen oder Gb große Datensätze, aber
> wenigstens die grundsätzliche Info welcher Regler es nun ist, sollte
> schon verfügbar sein.

Wozu, wenn es doch ein nicht Regler spezifisches Problem ist? Allerdings 
hätte ich, um das Problem zu beschreiben auch einen LM317, LM1117 oder 
sonst was nennen können.


F. M. schrieb:
> Weil du den "politischen" Aspekt erwähnt hast wohl ein Teil von
> Infineon/NXP?

Politisch dahin gehend, das vor einer "öffentlichen" Veröffentlichung 
eigentlich keine Details vom Forschungsbereich schriftlich ausgegeben 
werden sollen...
Aber nun gut: es ist ein Infineon TLF1963 im Automotive Rating und dem 
internen Aufbau (Vergleiche zwischen den Dies) dem TPS7A4501 sehr 
ähnlich - sieht man auch gut, wenn man die Datenblätter miteinander 
vergleicht ohne die echten Internas anzusehen.

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