Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Überschwinger beim Verbinden der Stromversorgung


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von Sean G. (atmega318)



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Für ein LED-Projekt habe ich eine ziemlich simple Platine entworfen, 
welche an 12-24V betrieben werden soll. Am Eingang ist erstmal ein 
Schaltregler (TPS62933DRLR) welcher aus der Eingangsspannung 5V 
(eigentlich 5.3V) macht.
Funktioniert soweit auch super, nur wenn ich die Versorgungsspannung auf 
24V einstelle und das Kabel ein paar mal ein und ausstecke ist der 
Regler hinüber.

Die Ursache habe ich gefunden: Überschwinger von ~2*VCC verursacht durch 
die Zuleitung und C19/C21.

C21 entfernen führt zu einer Erhöhung der Frequenz, ein längeres Kabel 
(ursprünglich waren's nur 50cm) gibt eine tiefere Frequenz.

Nur: wie bekomme ich das weg? TVS war mein erster Gedanke, aber ich habe 
da nix gefunden mit >= 24V Arbeitsspannung und <= 30V clamp. Geht das 
trotzdem? Damit das ganze zuverlässig ist muss ich ja sicherstellen dass 
keine Überschwinger >30V am TPS ankommen.

Ferritperlen vermute ich werden auch nicht genug Impedanz haben bei den 
Frequenzen die ich hier sehe.

Ich hätte erwartet dass das ein bekanntes Problem mit Lehrbuchlösung 
ist, habe aber trotz stundenlanger Recherche nicht wirklich viel 
gefunden. Hat jemand gute Literatur zu dem Thema, oder Erfahrungswerte?

Eckdaten:
VCC = 24V
TPS max Spannung = 30V
Strom am Eingang <= 1.5A

Stromlos einstecken ist leider keine Option. Muss DAU-Sicher sein.
Selbstverständlich soll das ganze auch noch kompakt und günstig sein, 
wie immer ;)


Danke schonmal im Voraus!

: Bearbeitet durch User
von Thomas (kosmos)


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Probier mal den Spannungsteiler fürs Feedback niederohmiger zu machen 
z.B. 5,6 kOhm und 1 kOhm.

Ansonsten könntest du diesen einmaligen Peak auch mit einer 5,6V Z-Diode 
abführen.

von H. H. (hhinz)


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Thomas schrieb:
> Ansonsten könntest du diesen einmaligen Peak auch mit einer 5,6V Z-Diode
> abführen.

Es geht um die Eingangsspannung seines Reglers.


Die stammt wohl von einem lausigen Netzteil, und seinen Regler hat er zu 
knapp ausgewählt, verträgt nur 30V.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sean G. schrieb:
> wenn ich die Versorgungsspannung auf 24V einstelle
Woher kommt die? Und was passiert, wenn du an diese Versorgung einfach 
mal eine ohmsche Last anschließt, regelt die dann auch so über?

von Sean G. (atmega318)


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H. H. schrieb:
> Die stammt wohl von einem lausigen Netzteil, und seinen Regler hat er zu
> knapp ausgewählt, verträgt nur 30V.

Also muss ich wirklich den Regler > 2x überdimensionieren? Scheint mir 
irgendwie extrem. 30V sind immerhin 25% mehr.

Bzgl. Netzteil - wollte ich eigentlich noch erwähnen. Das Problem tritt 
effektiv auch mit einem Akku auf - habe ich getestet denn ich dachte 
zuerst auch es sei das Netzteil.


Lothar M. schrieb:
> Woher kommt die? Und was passiert, wenn du an diese Versorgung einfach
> mal eine ohmsche Last anschließt, regelt die dann auch so über?

Chinaböller, liegt aber garantiert nicht daran. Akku war ein 6S LiIon 
(ohne BMS oder sonstwas, direkt an die Zellen)

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Wenn Du mit der Simulation etwas spielst, dann zeigt sich, dass eine 
Vergrößerung des Widerstandes die Dämpfung erhöht wird. Du muss dann 
noch ausrechnen, inwieweit sich ein Spannungsabfall im Betrieb mit dem 
Nenn- und Spitenstrom ergibt und ob das stört.

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgjCAMB0l3BWcMBMcUHYMGZIA4UA2ATmIxAUgpABZsKBTAWjDACgAnEFBQ7mqtjw1+VKuwDOIISJQDaNPKKjgQAMwCGAGwkM2Ad3Aol2BCmnDpZqGwDGRpXPHGr5sbHhgkMfCjJeMFB5iPFxCCBZINi1uXmUwFycVCJ94PGJjDGJCGkDIMDgEmwA3WjxBa0UqJLFaKm8VGAQDBUd5KuUorhllHtM3ZDgWjv6LEVGogHtaEByVAVIoaEIeJfzV6pnsNmn6OaoF4mQ1hKQIc3pt6ap9usXUskJeDdhT7nfBNiFpEAAxCHc8EKa0K+RALBAAGENAAHDS2ACWABcNAA7Wx6b4if6NV7gPEQgCSqIAJgBXWwo9GYpRUHHiZARCAAJQYEgREipGLYAAtVOM2EA

Fast das Dreifache hatte ich erreicht mit zwei weiteren Spulen um eine 
Verschaltung von LED-Lampen nachzuvollziehen. Das führt hier aber zu 
weit vom Thema weg.

Wenn es so schlimm sein sollte und so nicht mit einem Widerstand in den 
Griff zu bekommen ist, müßte eine Einschaltverzögerung in Betracht 
gezogen werden.

Oft reicht aber auch eine Zehnerdiode aus um den Peak ausreichend 
abzuschneiden. Aus dem Grund mit der Überspannung in 24V Bordnetzen gibt 
es dort oft Bauteile mit Spannungsfestigkeiten von 40 bis 60V.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dieter D. schrieb:
> Zehnerdiode
Nicht eher eine Siebenundzwanzigerdiode?

Sean G. schrieb:
> eine ziemlich simple Platine entworfen, welche an 12-24V betrieben
> werden soll.
Ich lege meine Schaltregler an solchen Quellen auf mindestens 50V aus.

> Muss DAU-Sicher sein.
Machs wie ich und nimm den LT3430.

: Bearbeitet durch Moderator
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Lothar M. schrieb:
> Nicht eher eine Siebenundzwanzigerdiode?

Die kommt auch durch die Rechtschreibhilfe durch und wird nicht 
angefasst.

von H. H. (hhinz)


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Sean G. schrieb:
> Das Problem tritt
> effektiv auch mit einem Akku auf

Dann hast du Mist gemessen. Zeig deinen Messaufbau.

von Rainer W. (rawi)


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Dieter D. schrieb:
> Oft reicht aber auch eine Zehnerdiode aus um den Peak ausreichend
> abzuschneiden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Clarence_Melvin_Zener

Die nach ihm benannten Zener-Dioden schneiden bei maximal 5V ab.

von Thorsten S. (thosch)


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Das Problem ist ein Klassiker:
Der Schwingkreis aus Zuleitungsinduktivität und keramischen 
Eingangskondensatoren erreicht eine zu hohe Güte wg. des kleinen ESR der 
KerKos.
Das verursacht die für den Schaltregler tödlichen Überschwinger.
Ich wollte es bei der ersten Konfrontation mit diesem Phänomen auch erst 
nicht wahrhaben. Aber der Effekt ist sehr real und kein Meßfehler.

Abhilfe geht entweder über Verringerung der Güte des unerwünschten 
Schwingkreises oder Spannungsbegrenzung mittels schneller TVS-Diode am 
Eingang.

Ein oder mehrere Standard-Elkos parallel zu den keramischen 
Eingangskondensatoren reichen manchmal schon aus, um den Überschwinger 
genügend zu dämpfen.

Ich kenne genau dieses Problem aus der beruflichen Praxis als 
Entwicckler und verbaue aus diesem Grund stets eine passend 
dimensionierte TVS-Diode am Eingang, falls ich dort nur MLCC-Kerkos 
verbaut habe. Die maximale Klemmspannung der TVS-Diode muß sicher under 
der maximal zulässigen Eingangsspannung des Schaltregler-ICs liegen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Thorsten S. schrieb:
> keramischen Eingangskondensatoren erreicht eine zu hohe Güte wg. des
> kleinen ESR der KerKos.
> Das verursacht die für den Schaltregler tödlichen Überschwinger.

Der nichtlineare Verlauf der KerKos verursacht eine Erhoehung der 
Überspannung. Das laesst sich auch mit falstad simulieren. Zwei 
Kondensatoren parallel, wovon einer bei Erreichen des 
Scheitelstromwertes weggeschaltet wird um die Kapazitaetsabnahme 
abzubilden.

von Sean G. (atmega318)


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H. H. schrieb:
> Dann hast du Mist gemessen. Zeig deinen Messaufbau.

Dachte ich auch. Kann ich aber halt echt ausschliessen weil 1. konnte 
ich mit längeren/kürzeren Kabeln und grösseren/kleineren Kerkos genau 
das bewirken was man erwarten würde, und 2. stirbt der Regler 
zuverlässig - wenn ich aber 220uF Elko parallelschalte zuverlässig 
nicht.

So ein grosser Elko ist aber eine eher unangenehme Lösung in dem Fall 
(wegen der Grösse)

Thorsten S. schrieb:
> Aber der Effekt ist sehr real und kein Meßfehler.

Danke!

Thorsten S. schrieb:
> Verringerung der Güte des unerwünschten
> Schwingkreises

Also ein Widerstand. Aber das ist bei dem Anwendungsfall Schaltregler 
mit >1A eher nicht so toll denke ich.
Oder gibt's da noch nen Trick? Diode in Serie vielleicht?

Thorsten S. schrieb:
> Ein oder mehrere Standard-Elkos parallel zu den keramischen
> Eingangskondensatoren reichen manchmal schon aus, um den Überschwinger
> genügend zu dämpfen.

Das kann ich bestätigen. Braucht aber nen ziemlich grossen Elko.

Thorsten S. schrieb:
> Ich kenne genau dieses Problem aus der beruflichen Praxis als
> Entwicckler und verbaue aus diesem Grund stets eine passend
> dimensionierte TVS-Diode am Eingang, falls ich dort nur MLCC-Kerkos
> verbaut habe. Die maximale Klemmspannung der TVS-Diode muß sicher under
> der maximal zulässigen Eingangsspannung des Schaltregler-ICs liegen.

Wie dimensioniert man die richtig? Ich nehme an die effektive 
Klemmspannung ist ja tiefer als die im Datenblatt, weil die Ströme nicht 
so hoch sind (oder sind sie das?)
Weil wenn ich TVS Dioden mit max. Klemmspannung <=30V anschaue komme ich 
nie auf 24V Arbeitsspannung. Das würde dann heissen dass ich um den Tip 
von Lothar nicht verzichten darf. Wäre aber halt Platz und 
kostentechnisch besser wenn ich das vermeiden könnte.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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: Bearbeitet durch User
von Arno M. (morri65)



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Dazu gibt es auch eine AppNote von Linear Technology. Da ist das gut 
erklärt und es werden auch Abhilfemaßnahmen gezeigt.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite



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Dieter D. schrieb:
> Nach dieser Methode
Echt jetzt? 100µH? Frei nach dem englischen "Each mm has its nH" wären 
das etwa 2x 100 Meter Kabel. Und auch der Rechner hier kommt in etwa auf 
diese Länge:
- https://www.electronicdeveloper.de/InduktivitaetLeitungen.aspx

Ich habe das mal auf LTSpice mit realistischeren Werten simuliert (pro 
Kurvenschar wurde mit 100nH...500nH simuliert) und komme mit den 
angehängten Ergebnisse zum Fazit:
- Leitungswiderstand und Eingangskapazität erhöhen bringt was
- Augen auf bei der Auswahl einer Z- bzw TVS-Diode


> drei Zehnerdioden
Man muss der Rechtschreibkorrektur dann und wann sagen, dass sie Müll 
macht, sonst hört das nie auf.

: Bearbeitet durch Moderator
von Lothar (Firma: HZB) (analog_art)


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Hallo Sean,
lass Dir hier nicht erzählen, dass Du keine Ahnung hast, phantasierst 
oder "dumm" bist.

Dieses Problem haben wir auch mal in einer Firma erkannt, in der ich 
gearbeitet habe.
Da sind am Geräteeingang öfter mal 25V Tantal-Elkos hochgegangen. Bei 
Speisespannung 15 Volt. Ursache war eindeutig Hot Plugging.
Also Stecker ziehen und stecken, während Spannung an war. Man konnte 
dann mit Single Trigger und einem Yokogawa Oszi schön die Transienten 
sehen, die sich dabei bilden. Die gingen bis 27 V in der Spitze.
Da existiert ein Schwingkreis mit der Kabelkapazität und 
Kabelinduktivität. Irgenwo im Internet gab es dazu auch mal einen 
Artikel, der das besser erklärt hat, als ich es jetzt hier kann. (Mal 
nach Hot Plugging googeln?)

Möglich, das der Dämpfungsansatz der hier vorgeschlagen wurde, hilft.
Aber das muss dann für alle Leitungslängen und Typen reichen, wenn das 
industriell verwertet wird.
Wir haben damals dann von 25V Elkos auf 35V umgestellt, seitdem war Ruhe 
mit Rückläufern. Also doppelte Spannungsfestigkeit - als Sicherheit 
einzuplanen - erscheint mir ein guter Ansatz :-)
Man hat früher auch hohe Sicherheitsfaktoren bei Strom und Spannung 
eingeplant und das waren ja auch keine Dummen und vieles hielt fast 
ewig.

von Thorsten S. (thosch)


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Sean G. schrieb:
> Thorsten S. schrieb:
>> Verringerung der Güte des unerwünschten Schwingkreises
>
> Also ein Widerstand. Aber das ist bei dem Anwendungsfall Schaltregler
> mit >1A eher nicht so toll denke ich.
Der Widerstand muß nicht im Nutzstrompfad liegen, sondern kann auch in 
Reihe mit einem hinreichend großen Kondensator gegen Eingangsmasse 
liegen.
Deshalb funktionierts mit dem parallelen Elko. Dessen höherer ESR dient 
dann als Dämpfungswiderstand.

> Oder gibt's da noch nen Trick? Diode in Serie vielleicht?

Die verhindert zwar die das Zurückfließen aus dem Kondensator in die 
Zuleitungsinduktivität und damit die  periodische Schwingung, aber nicht 
den ersten Überschwinger.
Außerdem will man deren Verlustleistung nicht haben.

Man könnte noch versuchen den Einschaltstromstoß mit einer 
verlustbehefteten Drossel (mit parallelem Widerstand) im Eingangspfad zu 
begrenzen. Die wird aber auch nicht winzig ausfallen und man muß 
aufpassen sich damit nicht weitere Probleme einzufangen.

Ganz sicher wäre, man setzt eine Strombegrenzungsschaltung davor, z.B. 
in Form eines Hotswap-Controllers oder eFuse-Chips mit MOSFET, der 
inrush current limiting bietet. Dann ist der ganze Spuk vorbei, weil die 
Eingangskondensatoren bei jedem Einstecken der Versorgung mit einer 
definierten Rampe geladen werden.



Sean G. schrieb:
> Thorsten S. schrieb:
>> Ein oder mehrere Standard-Elkos parallel zu den keramischen
>> Eingangskondensatoren reichen manchmal schon aus, um den Überschwinger
>> genügend zu dämpfen.
>
> Das kann ich bestätigen. Braucht aber nen ziemlich grossen Elko.

Ja, ungefähr das Zehnfache an Kapazität der MLCC-Kondensatoren im 
Eingang wird gebraucht je nach ESR-Verhältnis.
Man kann den ESR des Elkos aber auch noch mit einem Serienwiderstand 
erhöhen.


Sean G. schrieb:
> Thorsten S. schrieb:
>> Ich kenne genau dieses Problem aus der beruflichen Praxis als
>> Entwicckler und verbaue aus diesem Grund stets eine passend
>> dimensionierte TVS-Diode am Eingang
>
> Wie dimensioniert man die richtig? Ich nehme an die effektive
> Klemmspannung ist ja tiefer als die im Datenblatt, weil die Ströme nicht
> so hoch sind (oder sind sie das?)
Der Maximalstrom entspricht dem Einschaltstromstoß der 
Eingangsschaltung.
Also etwa: Versorgungsspannung ÷ (Kabelwiderstand + ESR der parallelen 
Kondensatoren)
Den muß die TVS-Diode maximal ableiten, so daß man diesen Wert zur 
Abschätzung deren Klemmspannung verwenden kann.
Dabei immer die Bauteiltoleranzen berücksichtigen.


> Weil wenn ich TVS Dioden mit max. Klemmspannung <=30V anschaue komme ich
> nie auf 24V Arbeitsspannung. Das würde dann heissen dass ich um den Tip
> von Lothar nicht verzichten darf. Wäre aber halt Platz und
> kostentechnisch besser wenn ich das vermeiden könnte.

Da hast du bei 24V Betriebsspannung und einem Schaltregler mit maximal 
30V Eingangsspannung zu wenig Margin für TVS-Dioden.
Für 12V Betriebsspannung würde das gehen.
Beim TPS62933 liegen die maximale empfohlene Eingangsspannung (30V)
und das absolute maximum Rating (32V) auch noch extrem nah 
beieinander...

Um eine TVS-Diode für den Eingangsschutz dimensionieren zu können, 
müßtest du entweder mit der zulässigen Betriebsspannung runtergehen, 
oder einen Schaltregler mit mehr Margin verwenden, also einen der 
eingangsseitig z.B. 50V verträgt.

32V abs. max. wäre mir am Board-Eingang mit 24V Nennspannung (+ 
Toleranz!) zu knapp. Innerhalb eines Boards aus einer geregelten 24V 
Zwischenkreisspannung wäre das für mich O.K.

Wenn du an dem TPS62933 festhältst, bleibt also wohl nur eine der 
anderen Maßnahmen.  Also entweder zur Dämpfung (Elkos mit hohem ESR) 
oder zur inrush Begrenzung.

Ich würde die Maßnahmen auf jeden Fall an einem Testaufbau 
(Eingangsschaltung ohne den Schaltregler) meßtechnisch auf Wirksamkeit 
und hinreichend Margin überprüfen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Lothar M. schrieb:
> Echt jetzt? 100µH?

Denke mal, die 24V kommen von einem Schaltnetzteil mit Drossel am 
Ausgang um weniger Funk-Stoerungen zu verbreiten.

Lothar M. schrieb:
> Rechtschreibkorrektur

Hier war das Absicht. Hinweis auf fehlende Werte durch Serienschaltung 
zu kommen.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dieter D. schrieb:
> Denke mal, die 24V kommen von einem Schaltnetzteil mit Drossel am
> Ausgang um weniger Funk-Stoerungen zu verbreiten.
Weil ich nicht unnötig viel denken will, habe ich im Thread gelesen, 
dass der Effekt auch an Akkus auftritt, denn

Sean G. schrieb:
>>>> Das Problem tritt effektiv auch mit einem Akku auf - habe ich getestet

: Bearbeitet durch Moderator
von Klaus R. (klara)


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Sean G. schrieb:
> Nur: wie bekomme ich das weg? TVS war mein erster Gedanke, aber ich habe
> da nix gefunden mit >= 24V Arbeitsspannung und <= 30V clamp. Geht das
> trotzdem? Damit das ganze zuverlässig ist muss ich ja sicherstellen dass
> keine Überschwinger >30V am TPS ankommen.

Wie Du das weg bekommst? Am einfachsten wäre ein Snubber.

Also, ein Widerstand und ein Kerko im Reihe. Du hast ja wenigstens ein 
Oszi und siehst ja den Überschwinger. Wenn Du jetzt LTspice hast, dann 
kannst Du Dich an das Optimum herantasten.

Fang mal mit 10 µF und 16 Ohm an. Allerdings gibt es eine kleine 
Unsicherheit. Ist der erste Überschwinger entschärft, so ist der KerKo 
voll geladen. Sollte dann ein weiterer Überschwinger folgen, so wird er 
zwar bedämpft, aber nicht mehr so viel wie nötig. Nur ein spannungsloser 
KerKo dämpft den Überschwinger.

Aber es könnte ja sein das der Überschwinger nur einmalig beim Ein- oder 
Ausschalten auftritt. Dann sollte man nur noch zusätzlich parallel zum 
Kerko einen Entladewiderstand schalten.
mfg Klaus

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus R. schrieb:
> Wie Du das weg bekommst? Am einfachsten wäre ein Snubber.
> Also, ein Widerstand und ein Kerko im Reihe.
Wohin sollte man den dann setzen?

So wie man das naheliegenderweise machen würde, ändert sich im Grunde 
mit dem Snubber gar nichts. Ich hab da mal den Widerstand von 5..20 Ohm 
variiert.

Beim zweiten Gedanken ist das irgendwie auch klar, denn der 10µF Kerko 
C2 (der zur brauchbaren und störfreien Funktion des Schaltreglers 
zwingend gebraucht wird) ist ja trotzdem da und bewirkt Übles.

: Bearbeitet durch Moderator
von Thomas (kosmos)


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ja sorry dachte mir schon beim Oszibild mit den 40V. Das es etwas 
komsich ist.

Wie wäre es vor den ganzen Kondensatoren mit einem NTC oder einer Spule, 
damit der Strom etwas langsamer ansteigt und das Netzteil davor etwas 
mehr zeit hat.

von Sean G. (atmega318)


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Arno M. schrieb:
> Dazu gibt es auch eine AppNote von Linear Technology. Da ist das gut
> erklärt und es werden auch Abhilfemaßnahmen gezeigt.

Danke, das ist sehr nützlich. Ich mach jetzt mal ein paar Experimente 
mit den Teilen die ich da habe, und bestelle noch TVS-Dioden & 
sinnvoller gewählte Elkos (eben nicht Low-ESR).

Lothar M. schrieb:
> So wie man das naheliegenderweise machen würde, ändert sich im Grunde
> mit dem Snubber gar nichts. Ich hab da mal den Widerstand von 5..20 Ohm
> variiert.

5 Ohm ist vielleicht schon zu viel? In dieser AppNote ist von 0.5 Ohm 
die Rede... muss ich mal genauer anschauen.

Was mir auch interessant scheint wäre eine Stromlimitierung mit einem 
P-MOSFET. Hier 
https://electronics.stackexchange.com/questions/294061/p-channel-mosfet-inrush-current-limiting 
hatte jemand den initialen Strompuls mit einer super simplen Schaltung 
immerhin auf 1.5A limitieren können.

Wenn das alles nicht zufriedenstellend klappt dann halt ein 
Hotswap-Controller.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Lothar M. schrieb:
> Weil ich nicht unnötig viel denken will, habe ich im Thread gelesen,
> dass der Effekt auch an Akkus auftritt, denn

Weil ich vorher auch getestet hatte, war der Effekt bei 1H, 100mH, 100µH 
und 100nH der gleiche. Bei 100µH war mit das Tempo der Simulation 
angenehmer.

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgjCAMB0l3BWcMBMcUHYMGZIA4UA2ATmIxAUgpABZsKBTAWjDACgAnEFBQ7mqtjw1+VMdARsAziCEiUA2jTyioagGYBDADZSGbAO7gUKmmD5za5qGwDGxldjQOrfcfBRhS3n75UpiaF8MQjoMGgQaYiRINm1uXlUwE1UqMGZyFGgFSgw8PMhCQkgolBQMmwA3WjwqMz5lKgUxNUVcNXFJIxplVUbUzllhVUt6tTB4Qxq661HrWPtZ52sx93hIMu5A32I8fIwEBAIbLmTHZZTm8dijJbS+K5uXK+tHqZXrM9cbAHtaEFCrUgpG4EgS0Dc3H+2DYf3ogLqwOItCohGgIggKFkslhagRKJBE3BDyhglxyPxAhBih4EOxWORMKE2IAYhA1vB2bA4BMICwQABhTQAB00tgAlgAXTQAO1s+mZIjZHVgEDAqpA-IAkjKACYAV1s0rlCpUVGVaWQfIgACUGFJxVJjfK2AALcDQthAA

Sean G. schrieb:
> TVS-Dioden & sinnvoller gewählte Elkos (eben nicht Low-ESR).

Aus der Simulation kannst Du entnehmen, dass Du den Low-ESR in 
Verbindung mit einem Vorwiderstand nehmen kannst. Es wird allerdings 
nicht ganz so gut, wie die Simulation zeigt. 32V zu 30V, aber besser als 
gar nichts.

Der TO kann das ja mal mit 100µF oder 47µF testen, dito mit 5 und 20Ω, 
ab wann es merklich schlechter wird.

von Klaus R. (klara)



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Sean G. schrieb:
> Was mir auch interessant scheint wäre eine Stromlimitierung mit einem
> P-MOSFET. Hier
> 
https://electronics.stackexchange.com/questions/294061/p-channel-mosfet-inrush-current-limiting
> hatte jemand den initialen Strompuls mit einer super simplen Schaltung
> immerhin auf 1.5A limitieren können.

Ein Snubber ist hier in der Tat nicht so optimal.

Viel besser ist hier natürlich eine Anlaufstrombegrenzung. Ich habe hier 
mal als P-MOSFET den IRF7343 gewählt. Der verträgt 55 V und Reichelt hat 
ihn für 60 Cent. Dies ist allerdings ein Doppel-MOSFET N+P-CH. Er stand 
als 55 V Typ in LTspice zur Verfügung und passt ganz gut.

Ich bitte um Vorschläge für noch bessere P-MOSFET die auch gut zu 
beschaffen sind.

Die für Zeitkonstante ist C3 mit 10 nF und 47 K//1 M zuständig. Da die 
Stromversorgung anscheinend sehr wackelig sein kann, sollte diese 
Zeitkonstante klein sein. Denn solange C3 geladen ist, ist der MOSFET 
durchgeschaltet. Deshalb habe ich in Simulation 
Inrush_Strombegrenzung_6.asc noch einen Ableitwiderstand R7 mit 47 K 
vorgesehen. Gleichzeitig öffne ich den Schalter S2 nach 10,15 ms wieder 
weil Uc2 voll dann ist und wir jetzt das Entladen sehen wollen.

Die Zeitkonstante beträgt
t = 10 nF x ((1 M // 47 K) + 47 K) = 940 µs

Auf Bild Inrush_Strombegrenzung_6b.png sieht man das für das Abklingen 
von Uc2 nur noch C2 und R4 zuständig sind.
mfg klaus

von Klaus R. (klara)


Angehängte Dateien:

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Hallo,
ich muß noch Bild Inrush_Strombegrenzung_3.png nachreichen.
Dafür ist Inrush_Strombegrenzung_3.asc zweimal hochgeladen worden.
mfg klaus

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dieter D. schrieb:
> Aus der Simulation

Es wäre im Bereich von 30µs wäre der Peak bei rund 3A. Aber im Bereich 
des Überschwingers liegt dieser deutlich darunter. Nur der Simulator 
versagt mit einer ZD und macht wildes Stromschwingen mit über 5A ohne 
Ende.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Klaus R. schrieb:
> ich muß noch Bild Inrush_Strombegrenzung_3.png nachreichen.

Würde zwar funktionieren, aber nach dem Vorgang ist der Mosfet leider 
kaputt.
Es muss noch der Spannungsteiler R5 und R6 angepaßt werden. Der ist noch 
für maximal 10V Versorgungsspannung ausgelegt.

Klaus R. schrieb:
> Ein Snubber ist hier in der Tat nicht so optimal.

Das kann auch aus den Simulationen mit falstad.com abgelesen werden, 
dass das nicht so der Hit wird. Vorteil von falstad.com ist, dass hier 
viele, die kein LTSpice haben damit auch etwas experimentieren können.

: Bearbeitet durch User
von Klaus R. (klara)


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Dieter D. schrieb:
> Es muss noch der Spannungsteiler R5 und R6 angepaßt werden. Der ist noch
> für maximal 10V Versorgungsspannung ausgelegt.

Die Schaltung war ursprünglich für einen Si7143DP bei 20 V ausgelegt. 
Woran sollte der MOSFET denn sterben?
mfg klaus

von Sean G. (atmega318)


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Erstmal danke für die tollen Simulationen, das sieht echt gut aus.

Klaus R. schrieb:
> Woran sollte der MOSFET denn sterben?

An der zu hohen Spannung am Gate. Das lässt sich ja aber gut mit einem 
anderen Spannungsteiler lösen, wie Dieter gesagt hat.

In meinem Fall vielleicht eher eine Z-Diode, damit er auch bei 12V schön 
durchschaltet.

von Klaus R. (klara)


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Sean G. schrieb:
> An der zu hohen Spannung am Gate. Das lässt sich ja aber gut mit einem
> anderen Spannungsteiler lösen, wie Dieter gesagt hat.

OK, Danke für den Hinweis.
mfg Klaus

von Marci W. (marci_w)


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Hallo Leute,

ich habe jetzt den Thread ehrlich gesagt nicht gelesen, aber vllt. ist 
folgende App Note (AN88) von Linear interessant:

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an88f.pdf


ciao

Marci

von Marci W. (marci_w)


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Sorry, habe gerade gesehen, dass die App Note bereits von Arno M. 
gepostet wurde.

ciao

Marci

: Bearbeitet durch User
von Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)


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Sean G. schrieb:
> Funktioniert soweit auch super, nur wenn ich die Versorgungsspannung auf
> 24V einstelle und das Kabel ein paar mal ein und ausstecke ist der
> Regler hinüber.

Ohne besondere Schutzmaßnahmen schwebt und droht so ein Szenario immer – 
und bei den Step-Down-Synchron-Schaltreglern mit einem N-MOSFET im 
High-Side, die eigentlich immer an dem Bootstrap-Kondensator gut 
erkennbar sind, ist das nur eine Frage der Zeit, bis etwas passiert und 
sich der Regler dann selbstkillt. Es gibt selbstverständlich noch andere 
Parameter, die wichtig sind, außer der Ausgangsspannung, die jemand sehr 
häufig einfach nur auf der Anzeige eines Standardmessgeräts als 
Mittelwert sieht und seine Freudesprüge macht, weil die Zahl stimmt, und 
somit auch meint, alles funktioniere bestens. Das zu erwähnen ist aber 
angesichts der Problematik hier nur eine Nebensache, auch der schöne 
Wirkungsgrad ist dann quasi bedeutungslos.

von Anselm 6. (anselm68)


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Was spricht gegen eine TVS Diode:
SMBJ26A zb. hat revers 26V stand off, Breakdown: 28,9Vmin/30.9Vmax
und 1ps Reaktionszeit

Gruß
Anselm

von Sean G. (atmega318)


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Anselm 6. schrieb:
> Was spricht gegen eine TVS Diode:
> SMBJ26A zb. hat revers 26V stand off, Breakdown: 28,9Vmin/30.9Vmax
> und 1ps Reaktionszeit
>
> Gruß
> Anselm

Das dachte ich mir eben auch - aber die TVS hat 42.1 max clamp Spannung.

Thorsten S. schrieb:
> Der Maximalstrom entspricht dem Einschaltstromstoß der
> Eingangsschaltung.
> Also etwa: Versorgungsspannung ÷ (Kabelwiderstand + ESR der parallelen
> Kondensatoren)
> Den muß die TVS-Diode maximal ableiten, so daß man diesen Wert zur
> Abschätzung deren Klemmspannung verwenden kann.

Daher wird das die Spannung leider nicht zuverlässig auf unter 30V 
begrenzen können.

von Sean G. (atmega318)


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Ich habe gestern die MOSFETs bekommen (PJA3463_R1_00001), und damit 
erste Tests gemacht.

Den Kondensator & den Widerstand gegen masse habe ich vergrössert um 
einen langsameren Anstieg zu bekommen - mit z.B. 30nF war die Flanke 
noch immer zu steil.

Den Entladewiderstand habe ich massiv verkleinert weil es sonst viel zu 
lange dauert bis der Kondensator leer ist - wiederholtes Ein- und 
Ausstecken führt dann trotzdem zu Überspannung, weil der MOSFET noch 
leitet.

Mit dem kurzen Kabel (50cm) geht es jetzt - mit ~10m (aufgerollt) nicht.

Optimal wäre eine sehr lange Ladezeit - und eine kurze Entladezeit. Ich 
konnte mir aber gerade keine einfache Schaltung dafür überlegen.


Irgendwie habe ich das Gefühl das wird nie 100% zufriedenstellend 
funktionieren - zumindest nicht wenn die Verbindung prellt.

Nach all dem ist mir dann aber plötzlich eine einfache Idee gekommen, 
die eigentlich in allen Fällen perfekt funktionieren müsste 
(begrenzer_neu.png).

Der Mikrocontroller (ist sowieso vorhanden) würde dann einige 
Millisekunden nach dem Anschliessen der Versorgungsspannung (und vor dem 
einschalten der LEDs) den Serienwiderstand mittels der 2 FETs 
überbrücken. Somit ist die Effizienz gut - und selbst ein stark 
prellender Stecker kann dem ganzen nichts anhaben. Probiere ich morgen 
mal aus!

von Klaus R. (klara)


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Sean G. schrieb:
> Der Mikrocontroller (ist sowieso vorhanden) würde dann einige
> Millisekunden nach dem Anschliessen der Versorgungsspannung (und vor dem
> einschalten der LEDs) den Serienwiderstand mittels der 2 FETs
> überbrücken. Somit ist die Effizienz gut - und selbst ein stark
> prellender Stecker kann dem ganzen nichts anhaben. Probiere ich morgen
> mal aus!

Du hast den 2. Fet nicht parallel sondern seriel in der Schaltung 
eingefügt. Die ist bestimmt ein Versehen. Beim Überbrücken des 
Widerstandes hättest Du das Gate des 1.Fet auf Masse. Das ist auch nicht 
gut.
mfg Klaus

: Bearbeitet durch User
von Sean G. (atmega318)


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Klaus R. schrieb:
> Du hast den 2. Fet nicht parallel sondern seriel in der Schaltung
> eingefügt. Die ist bestimmt ein Versehen. Beim Überbrücken des
> Widerstandes hättest Du das Gate des 1.Fet auf Masse. Das ist auch nicht
> gut.
> mfg Klaus

Ich sehe keinen Fehler. Der N-MOS hat Bezug auf Masse & kann daher vom 
uC eingeschaltet werden. Das wiederum zieht das gate vom P-MOS gegen GND 
(aber maximal bis auf VCC - 10V runter), und schaltet den somit durch. 
So ist der 2 Ohm Widerstand überbrückt!

von Udo K. (udok)


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Eine einfache Methode ist eine Sicherung in der Zuleitung, oder ein 
kleiner Widerstand.  USB Kabeln haben (auch) aus diesem Grund einiges an 
Widerstand.

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


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Sean G. schrieb:
> und selbst ein stark prellender Stecker kann dem ganzen nichts anhaben
Mein Tipp: verliere die eigentliche Ursache des Problems nicht aus den 
Augen.

Sean G. schrieb:
> Daher wird das die Spannung leider nicht zuverlässig auf unter 30V
> begrenzen können.
Nimm einen Regler mit einer anständigen Reserve statt nur ein paar 
mickrige Volt. Dann passiert dem auch in Ausnahmefällen nichts.

Wenn der Regler dann mal wenigstens 40V aushält, findet sich ganz 
einfach ein Bauteil, das ihn schützen kann.

: Bearbeitet durch Moderator
von Sean G. (atmega318)


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Lothar M. schrieb:
> Wenn der Regler dann mal wenigstens 40V aushält, findet sich ganz
> einfach ein Bauteil, das ihn schützen kann.

Macht Sinn. Nur kostet das sofort das doppelte (hab jetzt nur bei TI 
geschaut, weil Power Designer ist komfortabel). Da wäre ein bisschen 
Hühnerfutter klar günstiger.

von Klaus R. (klara)


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Sean G. schrieb:
> Klaus R. schrieb:
>> Du hast den 2. Fet nicht parallel sondern seriel in der Schaltung
>> eingefügt. Die ist bestimmt ein Versehen. Beim Überbrücken des
>> Widerstandes hättest Du das Gate des 1.Fet auf Masse. Das ist auch nicht
>> gut.
>> mfg Klaus
>
> Ich sehe keinen Fehler. Der N-MOS hat Bezug auf Masse & kann daher vom
> uC eingeschaltet werden. Das wiederum zieht das gate vom P-MOS gegen GND
> (aber maximal bis auf VCC - 10V runter), und schaltet den somit durch.
> So ist der 2 Ohm Widerstand überbrückt!

Aha, ich hatte den 2 Ohm Widerstand übersehen!
Reicht denn der 2 Ohm Widerstand aus um die ersten 40 V zu dämpfen. Ich 
glaube nicht. Das Hochfahren des Mikrocontroller dauert viel zu lange.
mfg Klaus

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus R. schrieb:
> Reicht denn der 2 Ohm Widerstand aus um die ersten 40 V zu dämpfen.
Locker. Schon ein paar hundert mOhm reichen aus. Siehe meine Simulation 
weiter oben.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Sean G. schrieb:
> Macht Sinn. Nur kostet das sofort das doppelte

Hast Du schon mal ausgerechnet wieviele tausend Stück Du davon kaufen 
könntest von den Kosten was es Deine Arbeitszeit kostet, das nur 
halbwegs gelöst zu bekommen.

von Klaus R. (klara)


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Lothar M. schrieb:
> Klaus R. schrieb:
>> Reicht denn der 2 Ohm Widerstand aus um die ersten 40 V zu dämpfen.
> Locker. Schon ein paar hundert mOhm reichen aus. Siehe meine Simulation
> weiter oben.

Du hast ja recht. Man sollte in der Tat zuerst simulieren und dann erst 
kommentieren.😉
mfg Klaus

von Sean G. (atmega318)


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Dieter D. schrieb:
> Hast Du schon mal ausgerechnet wieviele tausend Stück Du davon kaufen
> könntest von den Kosten was es Deine Arbeitszeit kostet, das nur
> halbwegs gelöst zu bekommen.

Ich denke so 1-2k Stück. Falls das Produkt je auf den Markt kommen 
sollte wären es aber durchaus Stückzahlen wo das Sinn macht.

Falls die MOSFET+grosser Widerstand Lösung nicht wie erhofft 
funktioniert werde ich wohl wirklich auf >=40V Regler + TVS ausweichen 
müssen, ich sehe aber bis jetzt keinen Grund warum das nicht gehen 
sollte (oder was daran unsauber wäre).

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sean G. schrieb:
> oder was daran unsauber wäre
Es ist
1. eine Notlösung,
2. ein Workaround,
3. wegen einer Designschwäche hinterher dazugebastelt

Denn du hättest diese "Lösung" nie in Betracht gezogen, wenn deine 
Prototypen nicht abrauchen würden

: Bearbeitet durch Moderator
von Roland D. (roland_d284)


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Moin,

Sean G. schrieb:
> ....
> Nach all dem ist mir dann aber plötzlich eine einfache Idee gekommen,
> die eigentlich in allen Fällen perfekt funktionieren müsste
> (begrenzer_neu.png).
>
> Der Mikrocontroller (ist sowieso vorhanden) würde dann einige
> Millisekunden nach dem Anschliessen der Versorgungsspannung (und vor dem
> einschalten der LEDs) den Serienwiderstand mittels der 2 FETs
> überbrücken. Somit ist die Effizienz gut - und selbst ein stark
> prellender Stecker kann dem ganzen nichts anhaben. Probiere ich morgen
> mal aus!

Oder eine Kombination.

Wenn die Versorgungsspannung wegfällt, entlädt sich das Gate vom PMOS 
über die Z-Diode sowieso recht schnell. Ich sehe nicht, wo es da zu 
einem zu langsamen entladen kommen sollte. Das Problem ist, das der PMOS 
dennoch in sehr kurzer Zeit zwischen sperren und leiten umschaltet. Also 
nimm die erste Schaltung und den Überbrückungswiderstand von der zweiten 
Schaltung. Zeitkonstante so wählen, dass der PMOS erst dann einschaltet, 
wenn der Ausgangselko über den Widerstand voll geladen ist.

Wenn der Verbraucher natürlich sofort voll saugt, geht das nicht. Aber 
dann geht die µC-Lösung auch nicht.

Gruß, Roland

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