Hallo, ich verwende in meiner Schaltung einen TPS54360 um von 48V Eingangsspannung auf 5V runterzukommen. Da ich mit DCDC Convertern unerfahren bin halte ich mich bzgl. Bauteilwerte an die Rechenbeispiele aus dem Datenblatt, ebenso das Layout. Dimensioniert ist es auf max. 3A. Das ganze funktioniert wunderbar, allerdings bin ich beim Messen mit dem Tastkopf abgerutscht und habe mir dadurch die Bauteile im 5V Pfad gegrillt. Beim Abrutschen habe ich kurzzeitig einen Kurzschluss zwischen 5V und Masse verursacht - wobei Massepotenzial nicht schädlich für die 5V Bauteile sein dürfte. Daher wundere ich mich was die Bauteile zerstört hat. Es kann eigentlich nur beim "Beenden" des Kurzschluss passiert sein, vermute ich. In der Schule gab's ja mal den Versuch mit der Spule und der Glimmlampe wo ziemlich hohe Spannungen entstehen. Wenn der Kurzschluss verschwindet, ergibt sich dann eine hohe Spannung an der Spule? Während des Kurzschluss ist die Sekundärseite der Spule mit Masse verbunden, kann sie dann überhaupt Energie speichern? In den Datenblättern ist durchaus auch das Verhalten bei Stromtransienten beschrieben, aber immer mit einer Stromänderung im Bereich von Mikrosekunden. Das führt nur zu geringen Regelabweichungen. Ein Kurzschluss, bzw. das Prellen des Tastkopfes, passiert in vergleichsweise extrem kurzer Zeit. Habt ihr eine Idee weshalb es zu der Überspannung kam? Kann das von der Spule kommen, oder ist das Quatsch? Könnte ich mich z.B. mit einer TVS Diode am Ausgang des Schaltreglers davor schützen? In den Referenzdesigns wird das nicht gemacht, obwohl mit Kurzschlussfestigkeit geworben wird. Daher zweifle ich an meiner Erklärung. Danke, Ignaz
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Ignaz schrieb: > Habt ihr eine Idee weshalb es zu der Überspannung kam? Kann das von der > Spule kommen, oder ist das Quatsch? Deine Teile an der 5V Schiene vertragen wohl keinen Kurzschluss auf der Versorgungsspannung. So ungewöhnlich ist das nicht.
Danke für die Ideen. Ich habe ein falsche Angabe gemacht: Die zerstörten Bauteile sind nicht direkt im 5V Zweig, sondern aus den 5V werden per LDO 3.3V gemacht, und die Teile in diesem 3.3V Pfad wurden zerstört. Der LDO akzeptiert Eingangsspannungen bis 15V, also muss schon ein ziemlicher Overshoot stattgefunden haben. Auch der LDO wurde zerstört. @hhinz: das verstehe ich nicht, eine kurzgeschlossene Versorgungsspannung bedeutet doch einfach nur dass das Potenzial an der Vesorgungspins 0 ist, das ist doch unkritisch solange an anderen Pins der ICs keine zu hohen Spannungen anliegen. Aber wie gesagt, sogar der bis 15V spezifizierte LDO wurde zerstört, also muss da ein Spannungsimpuls vom 5V DCDC gekommen sein - so versuche ich es mir zumindest zu erklären. Aber mir fehlt die theoretische Bestätigung dass ein DCDC bei einem Transienten von Kurzschluss nach Leerlauf eine signifikante Überspannung (min. 15V statt gewünschter 5V) ausgeben kann.
Ignaz schrieb: > @hhinz: das verstehe ich nicht, eine kurzgeschlossene > Versorgungsspannung bedeutet doch einfach nur dass das Potenzial an der > Vesorgungspins 0 ist, das ist doch unkritisch solange an anderen Pins > der ICs keine zu hohen Spannungen anliegen. Und welche Spannung war zu dem Zeitpunkt am Ausgang des LDO?
Ignaz schrieb: > Aber mir fehlt die theoretische Bestätigung dass ein DCDC bei einem > Transienten von Kurzschluss nach Leerlauf eine signifikante Überspannung > (min. 15V statt gewünschter 5V) ausgeben kann. Theorie hin oder her - erstmal solltest du mit einem Oszilloskop klären, ob es eine Grundlage für deinen Erklärungsversuch gibt. Sonst läufst du in eine Sackgasse.
Kommen denn jetzt noch 5V am Ausgang des 48V->5V DC/DC-Wandlers raus oder hat der sich durch den Kurzschluss in eine Drahtbrücke verwandelt und liefert nun 48V am Ausgang? Dann ist's kein Wunder, wenn daran angeschlossenen 5..15V Bauteilen der Arsch platzt.
Mein Vote: Der LDO hat zuerst rückwärts was auf die Nase bekommen -> bumm Daraufhin hat er die 5V durchgereicht -> noch ein bumm Wenn da auf der 5V-Schiene 15V+ gekommen wären und den LDO gesprengt hätten, wären sicherlich auch 5V-Teile explodiert.
Ignaz schrieb: > eine kurzgeschlossene Versorgungsspannung bedeutet doch einfach > nur dass das Potenzial an der Vesorgungspins 0 ist, das ist doch > unkritisch solange an anderen Pins der ICs keine zu hohen > Spannungen anliegen. Aber genau das passiert hier. Die Kondensatoren am Ausgang des LDO sind auf 3.3V geladen, der Eingang liegt auf 0. Der LDO sieht also -3.3V, erlaubt sind z.B. -0.3V. Deshalb findet man in Schaltungen mit dem 7805 oft eine Diode, die in dem Fall leitet. Ja, es gibt auch Regler, die am Ausgang eine höhere Spannung vertragen als am Eingang. Das wird dann fett im Werbetext erwähnt. Bei einem uC kann das gleiche passieren, z.B. darf VDDA kleiner sein als VDD, aber nicht größer. Mit geladenen Kondensatoren an VDDA und VDD = 0 geht das schief. Oder: ein 74HC14 mit einem RC-Glied am Eingang entlädt den Kondensator über die Eingangsschutzdiode. Die ist zwar viel robuster als die in einem uC, aber bei einem harten Kurzschluss fließt viel Strom... Ein leichter Überschwinger am Ausgang des Step-Down ist in dem Fall auch normal. Im TPS54360-Datenblatt wird das ganz gut erklärt, man rechnet mit typisch 9%. Mit einem (zu) kleinen Elko mit relativ hohem ESR wird es sicher mehr. Für normale 5V-Bauteile könnte es im Extremfall vielleicht knapp werden, aber der LDO muss das vertragen. Ignaz schrieb: > Wenn der Kurzschluss verschwindet, ergibt sich dann eine hohe Spannung > an der Spule? Während des Kurzschluss ist die Sekundärseite der Spule > mit Masse verbunden, kann sie dann überhaupt Energie speichern? Ja, der Strom aus dem TPS fließt ja genau wie im normalen Betrieb in die Spule. Im ersten Moment wirklich ganz genauso. Irgendwann merkt die Regelung, dass die Ausgangsspannung zu niedrig ist und erhöht den Strom sogar noch, jedenfalls bei einem primitiven Step-Down. In der Hinsicht scheint mir der TPS deutlich ausgeklügelter zu sein.
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Hallo Ignatz. Ignaz schrieb: > Der LDO akzeptiert Eingangsspannungen bis 15V, also muss schon ein > ziemlicher Overshoot stattgefunden haben. Auch der LDO wurde zerstört. Du kommst von irgendwas bei 48V runter auf 5V mit einem Step-Down Regler. Wenn der Step Down Regler mal kurz verstolpert, kann er seine Eingangsspannung über den Transistor direkt zum Ausgang durchreichen. Das Verstolpern kommt schon, wenn Du den "FB" Eingang versehentlich nach Masse kurzschließt. Dann meint der Regler, nachregeln zu müssen, und weil immer noch nichts kommt, geht das bis zur vollen Eingangsspannung. Wenn die Regelschleife mit dem Schaltregler etwas träge ist, gegen Schwingen und für Genauigkeit, dann macht er halt gerne mal kurz etwas zu weit auf, wenn er am Ausgang kurzgeschlossen wird, und der Kurzschluss dann wieder entfernt wird. Dann sieht der Eingang Deines LDOs kurzfristig die 48V...... Weiter: LDOs haben gelegentlich ein Problem damit, wenn sie im Eingang kurzgeschlossen werden. Du hast im Ausgang aufgeladene Kondensatoren, die jetzt Rückwärs in den LDO zum eingangsseitigen Kurzschluss speisen. Das kann, abhängig von LDO, Spannungsdifferenz und Kondensatorgröße zur Zerstörung des LDOs führen. Abhilfe könnte eine passend dimensionierte Diode über dem LDO sein, die den Ausgang des LDOs gegen seinen Eingang schaltet und einen Stromfluss erlaubt, sobald die Spannung am Ausgang höher als der Eingang ist. D.h. auch ein Crowbar alleine am Ausgang des Step-Downs könnte Dir u.U. das Problem nicht komplett lösen. Details dazu müsste Dir das LDO Datenblatt und ältere Applikationshinweise zum 7805 nennen. Als Längstregler auch für höhere Spannungen und Leistungen noch üblich waren, war das ein wesentlich größeres Problem. Die Spannung am Ausgang eines 7805 durfte, wenn ich mich jetzt richtig erinnere, nur 8V größer sein als der Eingang. Der 7805 ist zwar kein LDO, aber das Problem ist eben ein Längstregler spezifisches. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
Bauform B. schrieb: > Aber genau das passiert hier. Die Kondensatoren am Ausgang des LDO sind > auf 3.3V geladen, der Eingang liegt auf 0. Der LDO sieht also -3.3V, > erlaubt sind z.B. -0.3V. Deshalb findet man in Schaltungen mit dem 7805 > oft eine Diode, die in dem Fall leitet. Doppelt oder gar dreifach falsch. Ein 7805 ist kein LDO. Und ein 7805 braucht auch diese Schutzdiode nicht, weil bei 5V noch keine BE-Strecke durchbruchgefährdet ist. Der Unterschied zwischen einem herkömmlichen Linearregler wie dem 7805 und einem LDO ist das Regelelement. Herkömmlich sitzt da ein npn-Transistor als Emitterfolger. Damit ist klar, daß so ein Regler mindestens 2V Reserve aka Dropoutspannung braucht, um regeln zu können. 0.7V U_be und noch etwas für die eigentliche Regelschaltung. Bei einem LDO hingegen ist das Regelelement ein pnp-Transistor in Emitterschaltung (die Last hängt also am Kollektor). Bzw. heutzutage eher ein p-Kanal-MOSFET. Die Dropoutspannung kann damit so niedrig werden, wie U_ce_sat (beim MOSFET praktisch 0). Die eigentliche Regelschaltung wird aus GND und Ausgangsspannung versorgt. Im Fall eines MOSFET hat der LDO die Schutzdiode bereits an Bord - in Form der parasitären Bodydiode. Und auch beim bipolaren LDO passiert nichts, weil die BE-Strecke bei Eingang=0V keine Sperrspannung zu sehen kriegt. Deswegen droht LDO (und wirklich nur LDO) keine Gefahr vom Fall, daß der Eingang kurzgeschlossen wird, während am Ausgang noch Spannung anliegt.
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Hallo Axel. Axel S. schrieb: > Im Fall eines MOSFET hat der LDO die Schutzdiode bereits an Bord - in > Form der parasitären Bodydiode. Und auch beim bipolaren LDO passiert > nichts, weil die BE-Strecke bei Eingang=0V keine Sperrspannung zu sehen > kriegt. Deswegen droht LDO (und wirklich nur LDO) keine Gefahr vom Fall, > daß der Eingang kurzgeschlossen wird, während am Ausgang noch Spannung > anliegt. Je nach Ausgangsbeschaltung wird es aber trozdem eng, weil auch die Bodydiode nur einen maximalen Strom aushalten kann und eine maximale Wärme loswerden kann. Hast Du seeehr große Kondensatoren im Ausgang, z.B. irgend eine langwirkende Stützschaltung mit Superkondensatoren, dann können diese vorwärts langsam geladen werden, und es entsteht kein Schaden, aber ein Eingangsseitiger Kurzschluss kann einen Kurzschlussstrom verursachen, der jetzt auch nicht begrenzt wird (kein Transistor, weil Bodydiode), der das Bauteil gefährdet. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
Bernd W. schrieb: > Axel S. schrieb: > >> Im Fall eines MOSFET hat der LDO die Schutzdiode bereits an Bord - in >> Form der parasitären Bodydiode. > > Je nach Ausgangsbeschaltung wird es aber trozdem eng, weil auch die > Bodydiode nur einen maximalen Strom aushalten kann und eine maximale > Wärme loswerden kann. Praktischerweise teilt sich die Bodydiode denselben Bereich mit dem Regel-MOSFET. Deswegen kann sie die gleiche Leistung verheizen wie im normalen Vorwärtsbetrieb. (abgesehen davon: der TE sprach nicht von einem defekten LDO) > Hast Du seeehr große Kondensatoren im Ausgang, z.B. irgend eine > langwirkende Stützschaltung mit Superkondensatoren Hast du mal in das Datenblatt eines LDO geschaut? Die Ausgangskapazität ist da schon aus Stabilitätsgründen recht limitiert.
Bauform B. schrieb: > Deshalb findet man in Schaltungen mit dem 7805 > oft eine Diode, die in dem Fall leitet. Bei den 78xx ist im Datenblatt sogar explizit angegeben, wann diese Diode zum Schutz bei Kurzschluss am Eingang erforderlich ist. STM fordert die Diode bspw. bei großer Kapazität am Ausgang ab einer Ausgangsspannung von 6V, um die BE-Diode des Ausgangstransistors zu schützen.
Hallo Axel. Axel S. schrieb: > Praktischerweise teilt sich die Bodydiode denselben Bereich mit dem > Regel-MOSFET. Deswegen kann sie die gleiche Leistung verheizen wie im > normalen Vorwärtsbetrieb. Sie kann die gleiche Leistung umsetzten, aber egal, weil die "interne" Strom- und Temperaturbegrenzung" (falls vorhanden) nicht greift, kann die Leistung rückwärts zu hoch werden. >> Hast Du seeehr große Kondensatoren im Ausgang, z.B. irgend eine >> langwirkende Stützschaltung mit Superkondensatoren > > Hast du mal in das Datenblatt eines LDO geschaut? Die Ausgangskapazität > ist da schon aus Stabilitätsgründen recht limitiert. Du hast ja recht, aber wer in Datenblätter schaut und diese versteht, läuft auch seltener in dieses Problem. Dann hätte die Frage eher gelautet, wie er das trozdem hinkriegt, wenn er zu große Ausgangskapazitäten verwenden möchte. Ausserdem sieht man oft Schaltungen die statt des Superkondensators einen Akku enthalten....hier könnte es passieren, das der Entwickelnde nicht bedenkt, dass der Akku sich ähnlich einem sehr großen Kondensators verhalten könnte. Einfach wegen der unterschiedlichen Begrifflichkeit Kondensator und Akkumulator/Batterie. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
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Bernd W. schrieb: > Wenn die Regelschleife mit dem Schaltregler etwas träge ist, gegen > Schwingen und für Genauigkeit, dann macht er halt gerne mal kurz etwas > zu weit auf, wenn er am Ausgang kurzgeschlossen wird, und der > Kurzschluss dann wieder entfernt wird. > Dann sieht der Eingang Deines LDOs kurzfristig die 48V...... Dazu kommt noch, dass wenn man mit Prüfspitzen rumhantiert, man nicht den "eine Kurzschluss" verursacht, sondern zigmal einen Kurzschluss fabriziert und wieder freigibt usw.. Wie bei einem stark prellenden Taster. Da darf ein Regler schonmal völlig aus dem Tritt geraten und für eine gewisse Zeit zu hohe Spannungen am Ausgang verursachen. Wenn man da richtig schön "rumzittert" bekommt man selbst Spannungsregler mit offizieller Kurzschlusserkennung usw. dazu Rauchwolken zu senden:-)
Das ist ja eine angeregte Diskussion. Danke für die Meinungen. Am liebsten wäre mir die Erklärung mit der fehlenden Diode parallel zum LDO gewesen, aber dies scheint wohl nicht zuzutreffen. Im Datenblatt meines LDO finde ich keinen Hinweis dass ich eine solche benötige. Viele Eurer Fragen kann ich leider nicht beantworten, denn während des Missgeschicks habe ich nicht mitgemessen, und danach habe ich möglichst schnell versucht die Schaltung instandzusetzen anstatt weiter den Fehler zu analysieren. Leider fällt mir erst jetzt ein dass es gut wäre den Fehler zu verstehen, aber eine sichere Erklärung werden wir nicht mehr finden. Das Kontaktprellen mit dem Tastkopf war wohl ein Härtefall für den DCDC. Es wurden ja bereits Vorschläge gemacht wie ich die Schaltung dagegen robuster machen kann, das werde ich mir für das Redesign vornehmen.
Hi >Am liebsten wäre mir die Erklärung mit der fehlenden Diode parallel zum >LDO gewesen, aber dies scheint wohl nicht zuzutreffen. Datenblatt L78xx von ST: "1. Application with high capacitance loads and an output voltage greater than 6 volts need an external diode (see Figure 32 on page 36) to protect the device against input short circuit. In this case the input voltage falls rapidly while the output voltage decrease slowly. The capacitance discharges by means of the Base- Emitter junction of the series pass transistor in the regulator. If the energy is sufficiently high, the transistor may be destroyed. The external diode by-passes the current from the IC to ground." MfG Spess
Ignaz schrieb: > Das ganze funktioniert wunderbar, allerdings bin ich beim Messen mit dem > Tastkopf abgerutscht und habe mir dadurch die Bauteile im 5V Pfad > gegrillt. Oft läßt sich im Nachgang nur schwer rekonstruieren, was man wirklich kurzgeschlossen hat. Es kann z.B. der FB Eingang gewesen sein und dann rauscht die Spannung nach oben ab. 5V kann man recht gut mit einer TVS-Diode schützen, die begrenzt auf 7-8V. Notfalls opfert sich die TVS-Diode und man lötet eine neue ein.
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