Entwurf Versorgungsschaltung für Raspberry Pi 5

[Michael S. (michaelsaan)]

Hallo zusammen,

ich habe eine Platine entwickelt, auf der ein  Raspberry PI 5 befestigt 
ist. Der PI ist zudem über ein Flachbandkabel mit der Platine verbunden. 
Die Platine wird über 24V versorgt und es wäre großartig, wenn man auf 
der Platine aus den 24V die 5.1V für den PI für dessen Versorgung 
generieren könnte. Leider scheitert mein erster Versuch mit dem 
LMR51430(siehe Bild) daran, dass die Spannung im laufenden Betrieb des 
PI's zu sehr unter 5,1V(ca. 4,9V) absinkt und der PI sporadisch ausgeht. 
Das 24V-Netzteil kann 10A liefern. Der PI zieht vorm ausgehen ungefähr 
0,4A. Hat jemand so etwas schon mal hinbekommen oder einen Tipp für 
mich? Vielleicht mit einem anderen Chip, einer anderen Schaltung?

[Monk (Gast)]

Denkst du, dass das Layout der Platine und die Wahl der konkreten 
Bauteile (insb. IC, Spulen und Kondensatoren) keine Rolle spielen? Falls 
ja, dann liegt dort der Fehler.

[Helmut -. (dc3yc)]

Vielleicht solltest du fertige DC/DC-Wandler einsetzen. Gibt da viele 
Hersteller. Z.B. Lambda ist einer, der fertige Module hat, die aus 24V 
5V machen. Setze sowas für meinen RasPi auch ein: ein 
19V-Laptop-Netzteil versorgt zwei Module, die jeweils 5.1V produzieren. 
Damit wird der RasPi und die Peripherie per USB-Hub versorgt.

[Monk (Gast)]

Michael S. schrieb:
> Hat jemand so etwas ... einen Tipp für mich?

Lothars Aufsatz zum Thema 
http://www.lothar-miller.de/s9y/archives/46-EMV-Optimiertes-Schaltreglerlayout.html

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Welchen Chip hast Du denn verwendet, den mit 0,5 oder 1,1MHZ, PFM oder 
FPWM?
Daten der Drossel?

Bei den Bauteilwerten scheint Seite 16 im Datenblatt durchmischt worden 
zu sein. Das Layout dürfte dann ähnlich ausgefallen sein.

Output overshoot and undershoot 0.5 A to 2 A wird dynamisch auf 5% 
ausgeregelt.

[Michael S. (michaelsaan)]

Ich habe den Chip LMR51430YFDDCR verwendet.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Michael S. schrieb:
> Ich habe den Chip LMR51430YFDDCR verwendet.

Also 1.1 MHz, FPWM;
Bei 1,1 MHz ist sehr wahrscheinlich das Layout beteiligt.

Daten der Drossel oder Link?

[Michael S. (michaelsaan)]

Dieter D. schrieb:
> Welchen Chip hast Du denn verwendet, den mit 0,5 oder 1,1MHZ, PFM oder
> FPWM?
> Daten der Drossel?
>
> Bei den Bauteilwerten scheint Seite 16 im Datenblatt durchmischt worden
> zu sein. Das Layout dürfte dann ähnlich ausgefallen sein.
>
> Output overshoot and undershoot 0.5 A to 2 A wird dynamisch auf 5%
> ausgeregelt.

Vielen Dank Dieter, da hast du mich direkt auf einen Fehler hingewiesen. 
Die Spule müsste nach Datenblatt Seite 16 dann eine 3,3uH-Spule sein. 
Das probiere ich dann mal aus. Vielleicht liegt es ja daran.

[Michael S. (michaelsaan)]

Dieter D. schrieb:
> Michael S. schrieb:
>> Ich habe den Chip LMR51430YFDDCR verwendet.
>
> Also 1.1 MHz, FPWM;
> Bei 1,1 MHz ist sehr wahrscheinlich das Layout beteiligt.
>
> Daten der Drossel oder Link?

Das ist meine verwendete Drossel:

https://jlcpcb.com/parts/componentSearch?searchTxt=C3011530

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Michael S. schrieb:
> Die Spule müsste nach Datenblatt Seite 16

Nimm mal die Formel Seite 18.
Wähle k so, dass der größere Wert für L herauskommt.

Bei der Drossel geht der Link nicht, aber gefunden habe ich diese doch.

Der Ferrit der Drossel ist nicht für höhere Frequenzen geeignet.
Bei der Messfrequenz hat hat diese zwar 8mOhm, aber bei 1,1MHz rund 
250mOhm.

[Monk (Gast)]

Michael S. schrieb:
> Das ist meine verwendete Drossel: C3011530

Schaltwandler konstruiert man mit ganz anderen Bauformen von Spulen.

[Harald A. (embedded)]

Monk schrieb:
> Michael S. schrieb:
>> Das ist meine verwendete Drossel: C3011530
>
> Schaltwandler konstruiert man mit ganz anderen Bauformen von Spulen.

So etwas in der Art wird funktionieren:
C475530

BTW: Was machen die Kondensatoren in Reihe?

[Sarah D. (sarahcherie)]

Harald A. schrieb:
> So etwas in der Art wird funktionieren:
> C475530

Die Induktivität wird im DB bei 100kHz angegeben.
Seine Schaltung fährt 1,1MHz.

[Mikro 7. (mikro77)]

Michael S. schrieb:
> Leider scheitert mein erster Versuch mit dem
> LMR51430(siehe Bild) daran, dass die Spannung im laufenden Betrieb des
> PI's zu sehr unter 5,1V(ca. 4,9V) absinkt und der PI sporadisch ausgeht.

Wo/wie hast du gemessen? Problem in der Zuleitung? Bei 4.9V sollte der 
eigentlich nicht ausgehen. (Laufen bei mir auch noch mit 4,5V.)

[Michael S. (michaelsaan)]

Mikro 7. schrieb:
> Wo/wie hast du gemessen? Problem in der Zuleitung? Bei 4.9V sollte der
> eigentlich nicht ausgehen. (Laufen bei mir auch noch mit 4,5V.)

Ehrlich, hast du auch den Raspberry Pi 5 verwendet?

[Harald A. (embedded)]

Sarah D. schrieb:
> Harald A. schrieb:
>> So etwas in der Art wird funktionieren:
>> C475530
>
> Die Induktivität wird im DB bei 100kHz angegeben.
> Seine Schaltung fährt 1,1MHz.

Bis kurz vor der Resonanzfrequenz unproblematisch, die liegt bei diesen 
Typen meist >10MHz. Ja, hier nicht angegeben, in kritischer 
Infrastruktur würde ich das auch glatt noch einmal hinterfragen. Leider 
ist es hier normal geworden, irgendwelche „geht nicht“ Botschaften zu 
positionieren ohne konkrete Gegenvorschläge zu machen. Schade.

100kHz Angabe im Datenblatt ist Standard, es wird Dir niemand deine 
Wunschfrequenz reindrucken.

Auf jeden Fall geht die Spule, dessen bin ich mir 98% sicher.