Abgrenzung von Spannungsteilen / Komponenten: Schaltplan

[Yannik (inoob610)]

Hallo zusammen,

ich habe wenig mit Elektrotechnik am Hut, versuche aber gerade eine Art 
Schaltplan für eine CNC Fräse zu bauen.
4 Schrittmotoren werden über Treiber angesteuert. Ich hatte bereits eine 
Platine dazu Bestücken lassen, hatte allerdings Probleme, weil mir die 
Schrittmotor Treiber die SPI Signale der Logiksteuerung zerschossen 
haben.

Der Plan ist, die Spannung an den Schrittmotoren (brauchen VCC und 3.3V) 
möglichst von der Logiksteuerung (Microcontroller + Peripherals) zu 
trennen.

Deshalb zwei 3.3V Spannungswandler. Die beide von einem 5V Buck 
converter gefüttert werden.

Die Massen AGND ("dreckige Masse") und GND ("saubere Masse") werden an 
einem Punkt über einen Ferritkern nah an der Eingangsspannung gekoppelt.
Zusätzlich soll am PCB die "Dreckige" Treiberseite und "saubere" 
Logikseite separiert werden und mit den jeweiligen Ground Planes 
versehen.

Signale zur "Dreckigen" Treiberseite laufen über Signalisolatoren.

Ich habe wenig Erfahrung und wollte euch Experten mal fragen, ob das so 
umsetzbar sein könnte, oder ob man Vorsorglich (bspw. in der 
Spannungsversorgung) etwas ändern kann?

Danke für eure Hilfe!
(und sorry falls ich jegliche Regeln im Schaltplan zeichnen verletzt 
habe... Gerne auch hier Tipps!)

Viele Grüße
Yannik

[Michael B. (laberkopp)]

Yannik schrieb:
> ich habe wenig mit Elektrotechnik am Hut,

Ja.

Und gehst zielgenau auf die modernsten aber auch am schwierigsten zu 
beherrschenden Komponenten ein, für deren Beherrschung andere jahrelang 
Elektronikentwicklung lernen.

Eklatante Fehler sind die KBP210 Brückengleichrichter, viel zu langsame 
Dioden drin

und die Spule über du die die GND trennen willst, man nutzt eher 
Kondensatoren um die Störungen der ADUM abzublocken.

Ansonsten hoffe ich mal, dass du für jedes IC eine fertige Platine 
nutzt, denn eigene Platinen für 10uH Schaltregler sind zum scheitern 
verurteilt.

0.1pF Kondensatoren sind hoffentlich Nachlässigkeit.

Kurz gesagt: du bist noch Jahre entfernt 'mal eben' so eine Schaltung 
aufzubauen. Nutze was fertiges.

[Yannik (inoob610)]

Ich bin hier weil ich etwas von kompetenten Leuten lernen will und auf 
diese Komponenten bin ich eben gestoßen. Mit meinen Recherchen bin ich 
an mein Limit gekommen, deswegen hier die Frage. Darf man sich nicht an 
anspruchsvolle Projekte trauen, nur weil man etwas nicht studiert hat?

Ich habs ohne diese ICs versucht, und es hat nur mittelmäßig weil in das 
SPI Signal lauter Störungen gestreut wurden.

Meinst du die 10uH Schaltregler gehen auch schief wenn man sich an das 
PCB Layout im Datenblatt hält / siehe Anhang? Okey ansonsten hier einen 
fertigen Spannungwandler, danke :)
Die 0.1pF waren tatsächlich Nachlässigkeit - 0.1uF sollten es sein (laut 
Datenblatt) - danke!

Die KBP210 sollen nur den Strom umleiten, der erzeugt wird wenn man die 
Motoren von Hand bewegt, hat in der ersten Version eigentlich sehr gut 
funktioniert und meine Schrittmotor Treiber geschützt. Aber auf die 
könnte man theoretisch auch verzichten.

Was gäbe es denn fertiges auf Arduino Basis? Habe dazu nämlich nichts 
gefunden, dass meine alle meine Peripherals verarbeiten kann.

[Michael B. (laberkopp)]

Yannik schrieb:
> Meinst du die 10uH Schaltregler gehen auch schief wenn man sich an das
> PCB Layout im Datenblatt hält

Ja.

Auch die Bauteilauswahl ist entscheidend, von welchem Hersteller z.B. 
die 10uH Spule stammt mit welchen Nebenwerten, vor allem 
Resonanzfrequenz, sie da steht.

Yannik schrieb:
> Ich habs ohne diese ICs versucht, und es hat nur mittelmäßig weil in das
> SPI Signal lauter Störungen gestreut wurden.

Nicht verwunderlich, eben weil dir Erfahrung fehlt. Aber mit 
hochgezüchteteren IC werden die Probleme nicht kleiner. Es führt kein 
Weg drumrum: du musst erst lernen, was die Störungen erzeugt, und wie 
man sie vermeidet.

[Yannik (inoob610)]

Michael B. schrieb:
> Es führt kein
> Weg drumrum: du musst erst lernen, was die Störungen erzeugt, und wie
> man sie vermeidet.

Genau und das habe ich schon herausgefunden. Die TMC5160T Pro 
Schrittmotortreiber erzeugen ein Rauschen auf den 3.3V (das je nach Back 
EMF der Stepper unterschiedlich stark ist). Entweder durch den VIO oder 
durch die Steuersignale des SPI. Deshalb versuche ich das zu isolieren. 
Denn an den Platinen der TMC Treiber kann ich natürlich nix ändern. Es 
variiert auch je nach Hersteller (Fly sind deutlich sauberer, als die 
von BigTreeTech).
(https://meltbro.de/mellow-fly-tmc5160-pro-24v-48v-hv-schrittmotortreiber-spi-driver-zb-voron-2-4-trident-v01-xy-achse.html)

Das ganze konnte man am Osci sehen (mit SPI Datenanalyse). Waren die 
Treiber deaktiviert - Sobald die Stepper Strom ziehen / sich bewegen 
fängt es an.

Filtern geht mMn auch nicht. Spektrumanalyse auf dem 3.3V Signal hat 
keine klar identifizierbare Frequenz hergegeben. Quasi WhiteNoise 
zunehmend bei den tiefen Frequenzen.

Falls du eine Idee hast, außer sie Spannungstechnisch (und über ADUM / 
ISO) zu isolieren, gerne her damit! - Dafür bin ich hier! :)
Ich kann mir auch neue Dinge beibringen, falls jemanden richtigen Input 
hat. Natürlich ersetzt das kein Studium - aber ganz auf den Kopf 
gefallen bin ich nicht

[Michael B. (laberkopp)]

Yannik schrieb:
> Fly sind deutlich sauberer

Leider verlinkt die Seite kein Manual.

Dass die 3.3V verrauscht sind, stammt wohl daher, dass sie die 3.3V 
selbst erzeugen und dabei keine eigene Masse nutzen. Das Rauschen ist 
die Folge der stealth-Technik von Trinamic.

Es spielt für die Ansteuerung mit Digitalsignalen aber keine Rolle, die 
Störungen werden geringer sein als die Steuersignalpegel.

[Thomas S. (Firma: Chipwerkstatt) (tom_63)]

@ Yannic
Der Feedbak (Pin 5) vom LMR36... gehört nach dem L. Sonst wirds nix mit 
dem Feedbak.

[Yannik (inoob610)]

Thomas S. schrieb:
> @ Yannic
> Der Feedbak (Pin 5) vom LMR36... gehört nach dem L. Sonst wirds nix mit
> dem Feedbak.

Stimmt, Danke! Habe auch genau die gleiche Spule gefunden wie im 
Datenblatt. und das PCB Layout mal danach gemacht

Michael B. schrieb:
> Leider verlinkt die Seite kein Manual.

So ein richtiges Manuel habe ich auch schon gesucht. Es gibt noch ein 
Datenblatt noch ein "Schaltplan" 
https://github.com/Mellow-3D/Fly-Drivers/blob/master/5160/Fly-5160-Schematic%20(stepstick).pdf
Die Treiber operieren (bei mir) ohne Stealth, dafür mit Spreadcycle weil 
ich die Stallguard/CoolStep Funktion brauche. Ist aber natürlich auch 
ein Chopper.

Am SPI sieht man's halt. Treiber Deaktiviert, Display (auch über SPI) 
läuft Problemlos - Treiber Enable - Display hat Störungen. Auch Sind bei 
den Daten von den Treibern (Stallguard und Diagnose) auffällig viele 0en 
mit dabei. Sieht nach aussetzern aus.

Weiß jemand ob man den ADUM3151 so gebrauchen kann?

[Thomas S. (Firma: Chipwerkstatt) (tom_63)]

@Yannik

Deine beiden ByPass - Kondensatoren C3/C4 am ADU... sind laut Datasheet 
falsch.
Dort steht zwischen 0,01 - 0,1 uF. Du hast hier pF .

[Yannik (inoob610)]

Thomas S. schrieb:
> Deine beiden ByPass - Kondensatoren C3/C4 am ADU... sind laut Datasheet
> falsch.
> Dort steht zwischen 0,01 - 0,1 uF. Du hast hier pF .

Stimmt danke! Das habe ich bereits geändert. Wie siehts mit dem 3.3V LDO 
aus?