AC/DC-Spannungswandler - hochfrequentes Noise, richtig so?

[Sebastian S. (dsebastian)]

Hallo zusammen,

ich habe mir eine Testplatine erstellt, um im Wesentlichen eine 
Erzeugung von Hilfsspannungen für kleine Ströme mit Hilfe von Switched 
Capacitor Voltage Convertern (keine Ahnung wie die Dinger auf deutsch 
heissen). Soweit so gut, das funktioniert.

Außerdem möchte ich einen BAC3S12DC AC/DC-Converter von Murata einsetzen 
und habe ihn ebenfalls auf der Platine platziert. Schaltplan, PCB und 
Datenblatt sind angehängt.

Beim Test des BAC2S12DC fiel ein Noise-Signal auf, das ein wenig 
außerhalb der Spezifikation zu sein scheint (100mVp-p), und etwas 
seltsam(?) aussieht. Dieses Signal bleibt auch erhalten, wenn alle 
nachgeschalteten Spannungsregler deaktiviert sind, d.h. alle Jumper bis 
auf J3 sind nicht gesteckt. Damit ist der Großteil der Schaltung inaktiv 
- bis eben auf den AC/DC-Wandler.

Zwei Messungen, einmal mit 20us/div (SDS00238), einmal mit 20ms/div 
(SDS00239). Was auffällt:
- ohne die Spikes (gedacht) sieht der Noise-Pegel bei einer Ablenkung 
mit 20ms/div unspektakulär aus
- die Schwingspakete in SDS00239 scheinen nicht mit der Schaltfrequenz 
des BAC3S12DC korreliert (25kHz vs 64kHz).

Die Last habe ich mit Widerständen auf dem Breadboard auf gut 60mA 
erhöht (damit deutlich über der Mindestlast des BAC3S12DC von 25mA 
(=10%)).

Foto vom Testaufbau ebenfalls anbei. GND fürs Oszi über den Widerstand; 
ich habe blöderweise einen GND-Pin auf der Platine vergessen.

Hat einer von euch eine Erklärung für die hochfrequenten Schwingungen? 
Muss das so? Darf das so? Und wenn ja, warum liegt das außerhalb der 
Schaltfrequenz?

Note: R4, R5 und R7 sind nicht bestückt.

[H. H. (Gast)]

Sebastian S. schrieb:
> Foto vom Testaufbau ebenfalls anbei. GND fürs Oszi über den Widerstand;
> ich habe blöderweise einen GND-Pin auf der Platine vergessen.

Das Schweineschwänzchen ist eine prima Antenne, fängt sich viel Dreck 
ein.

[Joe L. (joelisa)]

Altmeister Jim Williams (RIP) gibt in den Application Notes AN-118 aber 
auch AN-29 (beide Linear Technology) eine Menge zum richtigen Aufbau von 
Schaltreglern, aber auch zur Messtechnik an denselben.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an118fb.pdf

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an29f.pdf

[Sebastian S. (dsebastian)]

Joe L. schrieb:
> eine Menge zum richtigen Aufbau von
> Schaltreglern, aber auch zur Messtechnik an denselben

Vielen Dank für die Notes - ich brauche noch ein bisschen, um die 
Kapitel mit der Messtechnik mir genauer anzuschauen. Ein erstes, 
zugegebenermaßen schnelles, Überfliegen lässt mich allerdings ahnen, 
dass ich über das teilweise spezielle Messequipment (leider) nicht 
verfüge :-(

Möglicherweise wurde allerdings auch nicht ganz klar, auf welchen 
kleinen Teil des Aufbaus sich meine Frage bezieht. Daher im Anhang ein 
Bild, in dem die inaktiven Teile maskiert sind. Eine Deaktivierung 
erfolgte durch das erwähnte nicht-Stecken der Jumper.

Es geht also nur um das fertige AC/DC-Wandler-Modul, an dessen Aufbau 
ich gar nichts ändern kann.

Ich habe noch eine Idee, die ggf. beim weiter Eingrenzen meines Problem 
weiterhilft. Muss ich allerdings noch testen - ich berichte dann.

[Michael B. (laberkopp)]

Sebastian S. schrieb:
> Möglicherweise wurde allerdings auch nicht ganz klar, auf welchen
> kleinen Teil des Aufbaus sich meine Frage bezieht.

Hinz wollte dich darauf hinweisen, dass vielleicht nicht deine 12V so 
gestort sind, sondern deine Messung fehlerhaft ist weil sie sich nicht 
auf Masse bezieht, sondern Masse plus das was der 'Ringelschwanz' des 
Massekabelclips sich einfängt, und so schnelle Flanken wie sie in einem 
SNT auftreten, die senden EMV technisch halt gerne in 
Kabelschleifen=Trafowindungen.

Nimm eine direktere Masseverbindung, von der Spitze der Messpitze, dem 
Ring dort.
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an47fa.pdf 
Figure 37 Variante E

[Klaus H. (hildek)]

Sebastian S. schrieb:
> Ein erstes,
> zugegebenermaßen schnelles, Überfliegen lässt mich allerdings ahnen,
> dass ich über das teilweise spezielle Messequipment (leider) nicht
> verfüge :-(

Naja, das im Bild kann man sich mit einem Stück Draht durchaus 
behelfsmäßig selber biegen.
Beim Messen an Schaltnetzteilen wäre auch einen Anordnung wie hier in 
Bild 3 gut geeignet:
http://www.sigcon.com/Pubs/straight/probes.htm

[Sebastian S. (dsebastian)]

Danke für die Erläuterung

Michael B. schrieb:
> Figure 37 Variante E

... das wird schwierig, da mir das Zubehöhrteil zu meinem Tastkopf 
fehlt. Mal sehen, ob ich den einzeln irgendwo bekomme.

Edit:

Klaus H. schrieb:
> im Bild kann man sich mit einem Stück Draht durchaus
> behelfsmäßig selber biegen.

... oder basteln kann

[Sebastian S. (dsebastian)]

Moin,
nun, ganz so spärlich wie gedacht bin ich dann doch nicht ausgerüstet: 
ich konnte noch eine Tastkopffeder finden, die ich schlicht vergessen 
hatte.

Michael B. schrieb:
> sondern deine Messung fehlerhaft ist weil sie sich nicht
> auf Masse bezieht

Ich habe versucht, dass ein wenig auszureizen.
Dazu der Testaufbau anbei, wo ich mit einer bewußt großen Leiterschleife 
ein weiteres, kleines Breadboard verbunden habe.
Dort ein 10uF-Keramikkondensator und 2x 820R alle parallel von +12V nach 
GND. Messung dazu ebenfalls angehängt - gemessen wurde dort, wo der 
Tastkopf im Bild zu sehen ist.

Also:
1) Ja, die Masse-Schleife vom Tastkopf verfälscht die Messung. Mit der 
Tastkopffeder wird es deutlich weniger - vielen Dank für den Hinweis!
2) Der 10uF-Kondensator ist bei der großen Schleife wichtig. Es sind 
sonst eher 200mVp-p (ohne Bild).

Was ich mich nun frage (daher der Versuch mit der Leiterschleife): was 
ist im PCB-Design zu berücksichtigen, dass mir der AC/DC-Wandler nicht 
fröhlich in die Schaltung einkoppelt?
Reicht das angewandte Prinzip einen GND-Layer auf der Rückseite zu haben 
und alle Signale auf dem Oberseite (PCB zweilagig)? Außerdem, wenn es 
nicht zu vermeiden ist, etwaige Signalleitungen auf der Rückseite so 
kurz wie möglich zu halten, um so weiterhin die Massefläche wenn schon 
nicht unter der Signalleitung wenigsten daneben zu haben. Um auf diese 
Weise keine Leiterschleifen entstehen zu lassen - wenn auch eher, um 
elektromagnetische Felder, die ihren Ursprung in den Strömen und 
Spannungen der Schaltung haben, klein zu halten. Aber das sollte ja auch 
andersherum funktionieren, also keine bzw. nur geringe Einkopplung von 
außen.
Richtig so?
Oder wäre ggf. an dem PCB-Design etwas zu verbessern? (Layout und 
Schaltplan habe ich nochmal hier angehängt).

Blöd wird es nur, wenn was an die Platine angeschlossen werden soll 
(daher das zweite kleine Board). Verdrillte Leitung half nur wenig 
(obwohl die eine Schleife beim Anschluss auf dem Breadboard vielleicht 
schon alles zunichte gemacht hat), der 10uF-Kondensator am meisten.
Gibt es ggf. einfache Standard-Maßnahmen? Es geht hier weder um GHz noch 
um nV; eher um 2us Pulse und mV auf dem Board (abzufangen im Layout), 9V 
und 100kHz-CAN-Bus über ein Ethernet-Kabel für ein externes Bediengerät. 
Letzteren kann ich kaum mit 10uF abblocken ... (aber die induzierte 
Spannung wäre eh' common mode).

Sorry für arg unspezifische Beschreibung; ich möchte einen Eindruck 
davon bekommen, ob mir der AC/DC-Wandler am Ende zu sehr in die Suppe 
spucken kann. Dann trete ich den Wandler in die Tonne und nehme wieder 
einen langweiligen, aber EMI-mäßig unverdächtigen kleinen 
old-school-Trafo... Ich hatte diese Störspannungen ehrlich gesagt nicht 
erwartet.


Klaus H. schrieb:
> http://www.sigcon.com/Pubs/straight/probes.htm

Lesezeichen im Broswer ist gesetzt, danke.