Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Problem mit Step-Down und Stepper Driver


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von Felix F. (wiesel8)


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Hallo,

ich habe ein Problem, bei dem ich nicht weiter komme.

Ich habe einen Step-Down, der 12-24V auf 3,3V runter regelt. Das 
funktioniert soweit auch ganz OK.
Das Problem ist jetzt, wenn ich einen Stepper Driver (DM320, DM860, etc) 
zusätzlich an die Versorgung anschließe. Dann habe ich zyklische Wellen 
auf den 3,3V, die ich nicht in den Griff kriege. Ich habe schon diverse 
Kondensatoren oder Dioden probiert, um diese Schwingungen zu glätten. 
Nichts hat bisher funktioniert.
Auch einen weiteren Step-Down zwischenzuschalten hat nichts gebracht.

Weiß jemand, wieso diese Schwingungen auftreten und wie ich sie in den 
Griff bekomme?

: Verschoben durch Moderator
von Florian L. (muut) Benutzerseite


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Wie hast du gemessen?
Foto vom Aufbau?

von Steve van de Grens (roehrmond)


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R9-11 sind sehr hochohmig, muss das so sein? An solchen Stellen fängt 
man sich leicht unerwünschte Radiowellen ein.

von Gerald B. (gerald_b)


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Warum verwendest du für D2 eine schnarchlangsame 1N4148 und keine flinke 
Schottkydiode?
Zeige uns deinen Aufbau, wie schon angemerkt wurde. Auch die Bauform der 
Induktivität spielt eine Rolle. Ein geschlossener Topfkern wird sich 
anders verhalten, als eine stabförmige Spule, wie sie zur Entstörung 
verwendet wird. Die kann wie eine Ferritantenne Störungen "einfangen".
Die Leitungsführung, bzw. das Layout des Boards entscheidet auch über 
das Wohl und Wehe. Große Schleifen, das Vfb Signal unter der Drossel 
durchführen, keine sternförmige Masseführung, die sich am Elko trifft, 
keine low ESR Elkos... all das kann man nur vom Foto und nicht vom 
Schaltplan erkennen.

von Felix F. (wiesel8)


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Steve van de Grens schrieb:
> R9-11 sind sehr hochohmig, muss das so sein?
Aus dem Datenblatt entnommen

Gerald B. schrieb:
> Warum verwendest du für D2 eine schnarchlangsame 1N4148 und keine flinke
> Schottkydiode?
Aus dem Datenblatt entnommen

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


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Gehe mal davon aus, dass der Schrittmotorentreiber und der Motor an den 
12V vor dem DCDCWandler angeschlossen ist. Die 3,3V des DCDCWandlers 
versorgen einen µC, der dann die Schrittmotorsteuerung ansteuert.

Da sind vermutlich auch keine Optokoppler dazwischen. Somit könnte das 
ein klassisches Problem sein, weshalb diese "überflüssigen" Teile häufig 
auf den Breakoutboards zu finden sind. Nur wenn dann die Massen 
verbunden sind, dann auch wieder nicht wirklich wirksam.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Nach meinem Kenntnisstand ist die gute alte 1N4148 keineswegs langsam.

von Rainer W. (rawi)


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Felix F. schrieb:
> Dann habe ich zyklische Wellen auf den 3,3V

Was bedeutet "zyklisch" quantitativ?
Taucht die Frequenz noch an anderer Stelle in deinem System auf?

> Das Problem ist jetzt, wenn ich einen Stepper Driver (DM320, DM860, etc)
> zusätzlich an die Versorgung anschließe.

Tritt das Problem auf, sobald der Treiber angeschlossen ist oder erst, 
wenn du den Ausgang frei gibst?

Steve van de Grens schrieb:
> Nach meinem Kenntnisstand ist die gute alte 1N4148 keineswegs langsam.

Das hat Gerald wohl mit einer 1N400x verwechselt.

: Bearbeitet durch User
von Felix F. (wiesel8)


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Rainer W. schrieb:
> Was bedeutet "zyklisch" quantitativ?
> Taucht die Frequenz noch an anderer Stelle in deinem System auf?
s. Screenshot. Zwei große Schwingen haben ein Delta von 50 us.
Nein.

Rainer W. schrieb:
> Tritt das Problem auf, sobald der Treiber angeschlossen ist oder erst,
> wenn du den Ausgang frei gibst?
Sobald der Treiber aktiviert wird.

: Bearbeitet durch User
von Rainer W. (rawi)


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Felix F. schrieb:
> s. Screenshot.

Welche Chopper-Frequenz verwendet der Schrittmotortreiber?

Ändert sich das Bild, wenn du einen höheren/niedrigeren Motorstrom 
wählst?

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


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Felix F. schrieb:
> layout.png
Hast du die "PCB Layout Information" im Datenblatt Kapitel 5.11 nicht 
gesehen? Du hast in deinem Layout eine ganz schlechte Stromführung auf 
der Masse.

Im Schlatplan gehören die Eingagnskondensatoren übrigens nicht an den 
Enable Pin, sondern an den Vin Pin. Ja, mir ist klar, dass das im 
Schaltplan eigentlich "egal" ist, aber wenn das dort schon nicht 
beachtet wird, dann wird es im Laufe des weiteren Entwicklungsprozesses 
nicht besser.

Felix F. schrieb:
> s. Screenshot.
Miss mal "Masse gegen Masse", also Masseklemme irgendwo an Masse 
hinklemmen und Tastkopf irgendwo anders auf Masse. Oder sogar an der 
Stelle, wo die Masseklemme angeklemmt ist. Was siehst du?

: Bearbeitet durch Moderator
von Felix F. (wiesel8)


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Lothar M. schrieb:
> Miss mal "Masse gegen Masse", also Masseklemme irgendwo an Masse
> hinklemmen und Tastkopf irgendwo anders auf Masse. Oder sogar an der
> Stelle, wo die Masseklemme angeklemmt ist. Was siehst du?
Die gleiche Schwingung.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Ich hatte mal ein ähnliches Problem mit einem Schaltregler von Intersil, 
der letztendlich auf einen zu kleinen ESR des Bootstrapkondensators 
zurückzuführen war. Probiere doch einfach mal einen 10R-Widerstand in 
Serie zu C9.

von Felix F. (wiesel8)


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Andreas S. schrieb:
> Ich hatte mal ein ähnliches Problem mit einem Schaltregler von Intersil,
> der letztendlich auf einen zu kleinen ESR des Bootstrapkondensators
> zurückzuführen war. Probiere doch einfach mal einen 10R-Widerstand in
> Serie zu C9.
Kein Unterschied.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Felix F. schrieb:
> Die gleiche Schwingung.

Dann ist ja klar, woran es scheitert. GND ist nicht überall gleich GND. 
Also muss die Leitungsführung überarbeitet werden.

von Felix F. (wiesel8)


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Steve van de Grens schrieb:
> Felix F. schrieb:
>> Die gleiche Schwingung.
>
> Dann ist ja klar, woran es scheitert. GND ist nicht überall gleich GND.
> Also muss die Leitungsführung überarbeitet werden.
Wie genau soll ich das machen?

: Bearbeitet durch User
von Steve van de Grens (roehrmond)


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Felix F. schrieb:
> Wie genau soll ich das machen?

Dazu hat Lothar mal eine tolle Webseite erstellt:
http://www.lothar-miller.de/s9y/archives/46-EMV-Optimiertes-Schaltreglerlayout.html

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Felix F. schrieb:
> zyklische Wellen
> auf den 3,3V, die ich nicht in den Griff kriege.

Ich frag mal ganz ketzerisch: Stören die überhaupt?

Felix F. schrieb:
> Steve van de Grens schrieb:
>> R9-11 sind sehr hochohmig, muss das so sein?
> Aus dem Datenblatt entnommen
Damit bekommt der Hersteller schönere Effizienzwerte und Du mehr 
Probleme.

Das Layout ist nicht so prall, aber um zu verstehen warum eigentlich 
musst Du schon tief in die Materie eintauchen.
Wenn  es also kein echtes Problem gibt sondern nur ein kosmetisches, 
lass das so.
Ich kenne keine Schaltung bei der nicht irgendwas suboptimal wäre wenn 
man mal ganz genau hinschaut.

von Rainer W. (rawi)


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Felix F. schrieb:
> Die gleiche Schwingung.

Misst du diese gleiche Schwingung, egal ob du mit dem Tastkopf irgendwo 
an Masse gehst oder direkt an die Massklemmen?

: Bearbeitet durch User
von Jens G. (jensig)


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Steve van de Grens schrieb:
> Felix F. schrieb:
>> Die gleiche Schwingung.
>
> Dann ist ja klar, woran es scheitert. GND ist nicht überall gleich GND.
> Also muss die Leitungsführung überarbeitet werden.

Also wenn er tatsächlich die Tastkopfspitze dort dran hat, wo auch 
dessen Masseklemme dran ist, dann hat das nicht viel mit schlechter 
Masseführung zu tun, sondern schlicht mit Einstreuungen in den Tastkopf 
bzw. dessen "Meßkreis".

von Felix F. (wiesel8)


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Michael schrieb:
> Ich frag mal ganz ketzerisch: Stören die überhaupt?
Im Betrieb aktuell nicht. Ich habe aber die Befürchtung, dass der µC 
deshalb vorzeitig ableben könnte.
Programmieren oder Debuggen ist nicht möglich, da die Störung zu groß 
ist.

Jens G. schrieb:
> Also wenn er tatsächlich die Tastkopfspitze dort dran hat, wo auch
> dessen Masseklemme dran ist, dann hat das nicht viel mit schlechter
> Masseführung zu tun, sondern schlicht mit Einstreuungen in den Tastkopf
> bzw. dessen "Meßkreis".
Wenn ich Tastkopf + Massefeder an die selbe Stelle halte, ist die 
Störung immer noch da.

Nochmal zur Erinnerung. Ohne Stepper Driver funktioniert der StepDown 
einwandfrei. Mit Stepper Driver treten die Probleme.

von Gerald B. (gerald_b)


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Sooo schlimm finde ich das Layout nun auch wieder nicht. Masse ist ja 
fast die ganze Unterseite.
+12V C10, C18 U2 hätte ich über die gesamte Padbreite gezogen, als 
kleine Fläche.
Von welchem Ausgangsstrom der 3,3V reden wir eigentlich? Wenn das im 
zweistelligen mA Bereich ist, geht das, ansonsten, etwas breiter kann 
nicht schaden.
Wie sieht L1 aus? (Link oder Foto) Wenn das kein geschirmter Topfkern 
ist, könnten Verkopplungen in die 3,3V stattfinden. Das ist ja quasi 
schon ne 3/4 Windung v.l bis oben.
Die 12V, sind arg schmal. Ist das nur der Anzweig zum Schaltregler, oder 
geht der Leistungsteil nach oben, zum Motortreiber weiter? Das wäre dann 
schlecht. Ließe sich aber durch Auflöten von einem dicken Draht 
(Richtwert 1mm Durchmesser) noch retten. Die Durchkontaktierungen machen 
es nicht besser. Wenn irgendwo Leistung drüber geht, dürfen es je nach 
Stromstärke auch 2x2 oder noch mehr DuKos parallel sein.
Du hast dich auch noch nicht geäußert, ob das ein rein kosmetisches 
Problem ist, oder ob der µC dadurch "spinnt"

von Felix F. (wiesel8)


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Gerald B. schrieb:
> Sooo schlimm finde ich das Layout nun auch wieder nicht. Masse ist ja
> fast die ganze Unterseite.
> +12V C10, C18 U2 hätte ich über die gesamte Padbreite gezogen, als
> kleine Fläche.
> Von welchem Ausgangsstrom der 3,3V reden wir eigentlich? Wenn das im
> zweistelligen mA Bereich ist, geht das, ansonsten, etwas breiter kann
> nicht schaden.
> Wie sieht L1 aus? (Link oder Foto) Wenn das kein geschirmter Topfkern
> ist, könnten Verkopplungen in die 3,3V stattfinden. Das ist ja quasi
> schon ne 3/4 Windung v.l bis oben.
> Die 12V, sind arg schmal. Ist das nur der Anzweig zum Schaltregler, oder
> geht der Leistungsteil nach oben, zum Motortreiber weiter? Das wäre dann
> schlecht. Ließe sich aber durch Auflöten von einem dicken Draht
> (Richtwert 1mm Durchmesser) noch retten. Die Durchkontaktierungen machen
> es nicht besser. Wenn irgendwo Leistung drüber geht, dürfen es je nach
> Stromstärke auch 2x2 oder noch mehr DuKos parallel sein.
> Du hast dich auch noch nicht geäußert, ob das ein rein kosmetisches
> Problem ist, oder ob der µC dadurch "spinnt"
 Wenig Ausgangsstrom. Vmtl. <100mA.

Wie ein paar Posts vorher gezeigt, ist der Stepper gar nicht an der 
Platine angeschlossen, sondern zweigt vorher schon ab. Auf der Platine 
ist nichts mit Power, nur etwas digitale Elektronik zur Steuerung.

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


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Gerald B. schrieb:
> Sooo schlimm finde ich das Layout nun auch wieder nicht.
Es ist nicht gut. Aber es ist nicht die Ursache für die Störungen hier. 
Die kommen von einer schlechten Abblockung der Schrittmotorendstufe. 
Oder auch von einem ungünstigen Design der Endstufe oder einer 
ungünstigen Verdrahtung des Motors (keine verdrillte Leitung).

> Masse ist ja fast die ganze Unterseite.
Das ist bei einem Schaltregler mit einem halben MHz eine ungünstige 
Konstellation, wenn es sich nur so ergibt und die Ströme unnötige Umwege 
nehmen müssen.

Hier wäre es ganz einfach: den C28 unter den C10 drehen und dann den GND 
der Eingangs- und Ausgangskondensatoren C10, C11, C12 und C28 und die 
Freilaufdiode D3 auf dem Top-Layer miteinander verbinden statt diese 
Ströme über zig Vias erst noch auf die Massefläche einzukoppeln. Und 
dann von dieser Top-Layer-Masseinsel ein einziges Via auf die 
Massefläche. Da drüber fließt dann im Grunde kein Strom.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Felix F. schrieb:
> Wenn ich Tastkopf + Massefeder an die selbe Stelle halte, ist die
> Störung immer noch da.

Mache mal ein Foto, wo man sehen kann wie du Tastkopf und Massefeder an 
die Stelle hältst.

von Flip B. (frickelfreak)


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Wenn ich es richtig deute, sind die Schwingungen auf der 3,3V versorgung 
nur ein messfehler, und auch falls es sie gibt nur <10%. Probleme gibt 
es nur beim Flashen.

Daher zeig uns mal, wie Spannungsversorgung, Masseverbindung und 
Sinalleitungen beim Flashvorgang. Ist der programmierende PC 
Schutzgeerdet? Ich tippe auf zu hohe leitungsimpedanz auf den 24V, 
dadurch bekommst du Masseverschiebungen und Ströme über den 
Programmieradapter. Zudem musst du durch den Motortreiber mit mehr 
einstreuungen in allen Eingängen und ausgängen des µC rechnen und 
Störungen durch diese verhindern. Wie sind die Prozessoreingänge und 
ausgänge beschaltet?

Zeig uns mehr von der schaltung, gibt es ggf noch eine Signalmasse 
zwischen dem Prozessor und dem Schrittmotortreiber? Wie sind die 
Leitungsquerschnitte gewählt?

 Optimalerweise wird das Prozessorboard (GND und Versorgung) nur direkt 
am Schrittmotortreiber angeschlossen, damit ist die signalmasse 
definiert und es sind ströme über eine zusätzliche signalmasse 
ausgeschlossen.

: Bearbeitet durch User
von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Felix F. schrieb:
> Ich habe aber die Befürchtung, dass der µC
> deshalb vorzeitig ableben könnte.

Und aufgrund welcher vermuteter Probleme sollte er das tun?

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