Auswahl Koppel-C bei SEPIC Wandler

[Gerald B. (gerald_b)]

Hallo,

ich habe vor, auf Basis des XL6019, ein Board für einen SEPIC Wandler zu 
entwerfen, basierend auf dem Datenblatt zum XL6019 
http://www.xlsemi.net/datasheet/XL6019-EN.pdf Seite 11, oben.
Mit dem pinkompartiblen XL6005 (LED KSQ StepUp habe ich schon Erfahrung 
sammeln können (insbesondere Wärmeabfuhr)
Kopfzerbrechen bereitet mir der Koppelkondensator zwischen den beiden 
Induktivitäten C DC 22µ/63V.
Über dessen Dimensionierung und Auswahl schweigen sich sowohl das 
verlinkte Datenblatt, als auch Quellen im Netz aus, während auf die 
Berechnung und Auswahl der Induktivitäten im Detail eingegangen wird.
So wie ich das verstehe, wird durch dessen Blindstrom die Kopplung 
zwischen StepUp und StepDown erreicht. Der Vorteil am Sepic im Gegensatz 
zum reinen StepUp ist ja zum einen, das wenn der Wandler schlafen 
geschickt wird, die Eingangsspannung nicht über Drossel und 
Schottkydiode durchgereicht wird, sondern durch den Koppel-C kein 
Stromfluss stattfindet.
Wann habe ich die größte Belastung vom Koppel-C? Vermutlich, wenn Vin 
gleich V out ist.
Ich habe einen Testaufbau auf Lochraster mit 2 getrennten Drosseln, der 
auch prima funktioniert. Als Koppel-C habe ich dort einen guten 
Panasonic low ESR Elko. Es bereitet mir nur Bauchschmerzen, das selbst 
gute Gel-Elkos mit rund 1,5A Ripplestrom lt. Datenblatt angegeben werden 
- das Datenblatt vom IC verspricht aber ganz andere Ströme. 2-3 Ampere 
brauche ich schon.
Wie also das C auswählen?
- Mehrere kleine Elkos parallel? (bei Siebelkos gängige Praxis)
- Folienkondensator? (DC-Link aus PP)
- Kerko(batterie)? Ich habe hier eine fast volle Rolle Murata 1µ 50V 
1206 GRM42-6 X7R.
Selbst wenn ich davon, um das Derating auszugleichen, 50 Stück auf das 
Board kloppe, bräuchte ich weniger Platz, als für den FoKo.
Oder hätte ich einen Vorteil, wenn ich statt der 2 getrennten 
Induktivitäten einen 1:1 Übertrager wähle, weil wegen der magnetischen 
Kopplung dann der C entlastet wird?
Ich will ja kein C aus Unoptanium verbauen.
Ich hab ja noch die kleine Hoffnung, das Lothar, als Schaltwandler-Guru, 
mich erleuchten kann :-)

[Hartmut . (rio71)]

wie hoch sind denn deine Spannungen Vin und Vout..??
edit: der Koppel-C sieht nur die maximale Eingangsspannung, aber sehr 
hohe Rippelströme..
sollte also nen richtig guter LOW-ESR sein..

[Gerald B. (gerald_b)]

Perspektivisch für einen 24V Lithiumeisenphosphat Akku für 24V 
LED-Stripes als Innenbeleuchtung. Da der Ausbau so nach und nach 
erfolgt, bis dahin erst mal aus der 12V Fahrzeugbatterie.
Elkos scheinen mir eher eine Sackgasse zu sein, auch Gel. 22µ finde ich 
nichts über 1500 mA Ripple. 10er rund 1000 mA. Ich komme also auch mit 
kleineren zusammengschalteten Kapazitäten nicht wesentlich höher.
Ich habe gestern einen Entwurf zum Fertigen nach China geschickt, wo ich 
10x Kerkos 1210 bestücken kann.
Ich habe für LED KSQs ohnehin 10µ 50V X7R vorrätig. Derating 3-5, da 
sollte ich mit 10 Stck hinkommen.
Auch 19V Ausgang für einen Mini-PC werde ich mit so einem Board 
erzeugen. Ist ja nur der Spannungsteiler anzupassen :-)

[Michael B. (laberkopp)]

Gerald B. schrieb:
> Wann habe ich die größte Belastung vom Koppel-C?

Immer wenn die Last hoch ist, der ganze Laststrom geht durch den 
Kondensator und das hält er nicht lange aus

SEPIC ist eine rein akademische Schaltung, man nimmt heute Buck-Boost.

[Gerald B. (gerald_b)]

Michael B. schrieb:
> Immer wenn die Last hoch ist, der ganze Laststrom geht durch den
> Kondensator und das hält er nicht lange aus

Darum setze ich bewußt auf KerKos. Wenn die nicht gerade zwitschern, 
sollte das passen

Michael B. schrieb:
> SEPIC ist eine rein akademische Schaltung, man nimmt heute Buck-Boost.

Wie ich nach SEPIC gegoogelt habe, wurde der im Automotive Bereich 
massiv beworben. Mag sein, das seine Stärken nicht gerade der 
Hochstrombereich sind.
Kannst du ein Buck-Boost IC empfehlen?
SMD ist für mich kein Hinderungsgrund, aber bitte kein BGA, WSON und so 
Kram, wo man hinterher nichts mehr mit dem Lötkolben nacharbeiten und 
korrigieren kann.
Ich mag es simpel, ohne viel Firlefanz. Ein IC, das zwar prinzipiell 
viel kann, ist aber u.U. auch tricky bei der Fehlersuche. Ein externer 
Leistungsschalter hat zwar den Vorteil der besseren Skalierbarkeit, wenn 
ich da aber bei der Auswahl aufs falsche Pferd setze, dann macht er 
zusätzliche Probleme.

[Michael B. (laberkopp)]

Gerald B. schrieb:
> Kannst du ein Buck-Boost IC empfehlen?

TI weiss normalerweise, was sie tun.

Du scheinst 24V/3A als Ziel zu haben.

Die haben in der Leistungsklasse nur Controller, wie LM(2)5118.

[Gerald B. (gerald_b)]

So, die Boards sind heute aus China angekommen. Hab eine Platine mal 
bestückt. Erster Test, Eingangsspannung von 21 bis 27V angelegt, am 
Ausgang bleiben es ohne zu zucken, 24V.
Die Tage werde ich das Board dann mal mit Last foltern und schauen, wie 
es sich dabei so schlägt :-)

[Georg S. (randy)]

> - Kerko(batterie)? Ich habe hier eine fast volle Rolle Murata 1µ 50V
> 1206 GRM42-6 X7R.

DAs wäre auch mein Favorit gewesen. Mehrere parallel um den Ripplestrom 
pro Kerko zu vermindern. Am besten mit Wärmebildkamera prüfen ob die zu 
heiß werden.

[Gerald B. (gerald_b)]

Georg S. schrieb:
>> - Kerko(batterie)? Ich habe hier eine fast volle Rolle Murata 1µ 50V
>> 1206 GRM42-6 X7R.
>
> DAs wäre auch mein Favorit gewesen. Mehrere parallel um den Ripplestrom
> pro Kerko zu vermindern. Am besten mit Wärmebildkamera prüfen ob die zu
> heiß werden.

Wärmebildcam hab ich nicht, wäre aber nice to have.
Der Zeigefinger sollte es auch tun :-)
50x KerKos brauchen doch etwas Platz.
10µ 50V in 1210 habe ich für getaktete LED KSQs. Davon habe ich jetzt 10 
Stck. L-förmig um den XL6019 gepackt, da die auf Potential der Kühlfahne 
liegen.
Den 220µ Ausgangselko mußte ich auf 1000µ erhöhen, da mir bei knapp 2A 
Last die Ausgangsspannung sonst auf 20V einbrach.
Erstmal muß ich einen BGA KK passend bearbeiten, um die Unterseite zu 
kühlen, die durch zig Thermal Vias angebunden ist. Blödereise stören da 
die Lötaugen der Elkos und der Schraubklemmen.
3A sollten sicher zu schaffen sein.

[Gerald B. (gerald_b)]

Irgendwie komme ich nicht mehr weiter.
Ich schaffe es nicht, über 1,75A Ampere bei 24V Ausgangsspannung zu 
kommen. Darüber bricht mir die Ausgangsspannung ein.
Mit der ursprünglichen Dimensionierung trat dieser Fall schon bei 1,5A 
ein, mit vergrößertem Ausgangselko kam ich dann auf meine 1,75A.
Die Induktivitäten sind für einen Sättigungsstrom 7A und 6A nominell 
angegeben.
Der Koppel-C fällt als Fehlerursache ebenfalls aus. Laut Onlinerechner 
haben 22µF bei 180 KHz 40 Milliohm Blindwiderstand.
Auch ein vergrößern des Koppel-Cs brachte keine Verbesserung.
Mit 12V Eingansspannung kann ich 1,75A Last ganz vergessen, da bricht er 
mir auf 3,6V ein.
Auch andere Drosseln (Ringkern 100µH 7A)bringen nichts.
Ein termisches Problem ist es auch nicht, ich habe die Unterseite der 
Platine mit einem BGA KK versehen, die Lotaugen für die Elkos und 
Klemmen sind ausgespart, oben auf dem Chip ist auch noch ein kleiner KK.
Eigentlich ist der XL6019 im Datenblatt mit maximal 5A angegeben.
Was mich irritiert, ist der SOA Bereich auf Seite 6 des DB
http://www.xlsemi.net/datasheet/XL6019-EN.pdf
Bei 22V Eingangsspannung komme ich demnach nur auf maximal 2A 
Ausgangsstrom bei 24V. Das kommt meiner Messung recht nahe.
Nur WTF, warum wird das IC dann mit 5A beworben?
Meine Leiterplatte hat zwar vielleicht noch Luft nach oben, aber grobe 
Schnitzer, die dieses Verhalten erklären würden, habe ich wohl eher 
nicht gemacht.
Ein vergleichbares Konzept der Entwärmung habe ich mit dem XL3005 (KSQ 
5A step down) und XL6006 (KSQ 5A Step Up) erfolgreich am Laufen. Die 
kann ich wirklich bis an die Kotzgrenze prügeln, mit den erwähnten 100mH 
Ringkerndrosseln.
Bin irgendwie mit meinem Latain gerade am Ende.

[Gerald B. (gerald_b)]

Nachtrag: hab gerade nochmal gegoogelt, ob mir da eventuell die Curie 
Temperatur bei den X7R KerKos in die Suppe spucken kann.
Auch das kann es nicht sein, denn die Curietemperatur liegt bei 150°.
Im Betrieb liegt die Oberflächentemperatur eher bei max. 50°C.
Selbst und/oder 220µ Gel-Elko brachten nichts.

[Gerald B. (gerald_b)]

Juhu, ich habe den verdammten Fehler gefunden! Das glaubt ihr nicht.
Es sind die verdammten XL6019, die keine 5 Ampere können.
Ich werde den XL6019 nochmal auf Lochraster als reinen StepUp aufbauen, 
und mal sehen, ob er sich dann auch noch so dämlich anstellt.
Der XL6006 ist pinkompartibel und hat das angesprochene SOA Diagramm 
nicht im DB. Der XL6006 hat keine 1,25V Referenzspannung, sondern nur 
0,22V Referenz, als Stromquelle. Aber mit etwas Umdimensionieren des 
Spannungsteilers für die Ausgangsspannung und 100n KerKo über R2 ist die 
auch stabil. Nachdem ich 1,75 A bei 24V reingeschickt habe, habe ich 
dann mal ein potentes 12V Netzteil angeklemmt, wo fast 4A geflossen 
sind. Die Ausgangsspannung steht, wie eine 1 :-)
Jetzt werde ich das Ganze nur noch "in Schön" machen, da ich die 
Kondensatoren langbeinig  als Drahtigel zum Testen drangepappt hatte.

[Gerald B. (gerald_b)]

Des Wahnsinns nächster Teil:

Durch Zufall ist mir aufgefallen, das die Chinesen sogar ihre eigenen 
ICs kopieren. Ich hatte mir für erste Tests in einem Alishop 5x XL6019 
bestellt. Die habe ich als erstes verbaut.
Dann habe ich die eigentliche Materialbestellung bei LCSC ausgelöst und 
mir dort die Chips von XLSEMI bestellt. Nach dem oben geschilderten 
Debakel habe ich dann mal noch ein Board mit dem Original bestückt.
Und siehe da, auch der tut, was er soll.
Daraufhin habe ich mal zielgerichtet bei LCSC gesucht und noch 2 oder 3 
Nachbauten gefunden. Die haben aber nur die 6019 gemeinsam und beginnen 
mit anderen Buchstabenkombinationen. ich mußte mal wieder das "Glück" 
haben, die Dinger zu erwischen, mit der höchsten Verwechselungsgefahr.