Ringing "zweiter Peak" im Buck Converter

[Mampf F. (mampf)]

Guten Morgen,

ich versuche den Snubber eines Bucks anzupassen mittels Guide von TI:

https://www.ti.com/document-viewer/lit/html/SSZTBC7

Ich hab allerdings ein Problem und mir ist nicht klar, wo das herkommt.

Bild 1 zeigt den default Snubber, der sehr knapp innerhalb der absolute 
maximum ratings liegt.

Bild 2 ist ein überdämpfter Snubber, bei dem mir nicht klar ist, wieso 
plötzlich der zweite Peak höher als der erste ist. 🤔

Ich kann den Snubber so tunen, dass beide Peaks gleiche Amplitude haben, 
aber dann ist der Effekt des Snubbers verhältnismäßig klein und ich wäre 
gerne weiter von den abs-max-ratings weg gekommen.

Es handelt sich um einen 4-Phasen Buck Converter (TPS53647) und den 
Power-Stage Dingern CSD95742.

Vielleicht weiß jemand, wo dieser zweite Peak herkommen könnte? 🤔

Irgendwie sieht es ja fast so aus, als würde die Ringing-Energie nicht 
verbraten sondern verschoben werden mmhmm

Viele Grüße,
Mampf

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

> Vielleicht weiß jemand, wo dieser zweite Peak herkommen könnte? 🤔


Ich würd erst mal ausschliessen wollen, das das nicht an den Qualitäten 
des verwendeten Scopes liegt. Also Interpolation (ich vermute im Menü 
Darstellung/Mode) raus und Abtastrate entschärfen. Da steht was von 
5ns/Einheit also 200 MHz, das ist nicht ohne.

Vertikal scheint es zu passen, da scheinen zwar lediglich ca. 100 
Einheiten, wobei ich annehme, das es sich um ein 8 bit schope mit 256 
Einheiten handelt. Aber bis auf das rechte Drittel im Bild *29.MP.jpg 
sieht es brauchbar aus. Wobei es für ein Dig-scope schom anspruchsvoll 
sein kann 200mV zwischen 19,9V und 20,1V aufzulösen.

Beste Möglichkeit Messfehler auszuschliessen wäre ein passendes Analoges 
scope. Oder eine Vergleichsmessung an einem garantiert sauberen 
bekannten Signal ähnlicher Characteristic, bspw. an Snubber der bekannt 
OK ist. Ansosnten die üblichen Massnahmen, Kanal wechseln, Kabel/Probe 
wechseln.
Ziel muss sein, nachzuweisen das das scope in der Lage ist den 
tatsächlichen Signalverlauf darzustellen.


Falls es nicht am Scope liegt, hätte ich keine Erklärung parat.

[Mampf F. (mampf)]

Bradward B. schrieb:
> Beste Möglichkeit Messfehler auszuschliessen wäre ein passendes Analoges
> scope. Oder eine Vergleichsmessung an einem garantiert sauberen
> bekannten Signal ähnlicher Characteristic, bspw. an Snubber der bekannt
> OK ist. Ansosnten die üblichen Massnahmen, Kanal wechseln, Kabel/Probe
> wechseln.

Vielen Dank für deine Einschätzung!

Ja, ich war mir auch die ganze Zeit nicht sicher, ob mich mein Scope 
nicht anlügt.

Hab jetzt $180+tax investiert um das TPS53647 Eval Board zu besorgen, 
damit ich eine Referenz hab und ich mir sicher sein kann, dass ich keine 
Geister jage 🙈

Das kommt vlt sogar schon heute, ich poste dann hier, wenn ich neue 
Erkenntnisse hab.

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

> Vielen Dank für deine Einschätzung!

Hehe, hab mich ja selbst oft genug vom Dig-Scope anlügen lassen, das 
trainiert die (gesunde) Skepsis.

> Ja, ich war mir auch die ganze Zeit nicht sicher, ob mich mein Scope
> nicht anlügt.

In dem gezeigten Bereich (5ns) besteht gute Grund (bei nicht persönlich 
bekannten Scope) skeptisch zu sein, bei geringerer Zeitauflösung (bspw. 
100 ns) und bei geringer (Offset-) Spannung (bspw, von 0 bis 5V) wäre 
ich weniger skeptisch.

In der Zwischenzeit vielleicht mal die Leistungsparamter des benutzten 
Scopes nachschauen/nennen. Oder wenigstens die Typbezeichnung (die sieht 
man im dritten Bild nur angeschnitten).

Ach, falls Du im Münchner Bereich unterwegs bist, lokale Rohde und 
Schwarz FAE's haben schon höherwertige Scopes leihweise zur Verfügung 
gestellt (weil eine Chance besteht das da ein potentieller Kunde 
anfragt).

Aber sicher können weitere Foristen mit ihren Erfahrungen weiterhelfen.

[Nick (b620ys)]

Bradward B. schrieb:
> bei geringer (Offset-) Spannung (bspw, von 0 bis 5V) wäre
> ich weniger skeptisch.

Oder mit AC-Kopplung messen?

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

>> bei geringer (Offset-) Spannung (bspw, von 0 bis 5V) wäre
>> ich weniger skeptisch.
>
> Oder mit AC-Kopplung messen?

Guter Hinweis.

AC-Kopplung nehme ich persönlich um den Zeitpunkt für digitale (Low und 
High-Wechsel) Signale zu ermitteln und daher auch für Trigger-Eingang.

Bei der Bewertung von analogen Signalen und deren Amplititude eher 
nicht, weil ich nicht die Veränderung der Kurvenform durch die 
AC-Kopplung (Condensator im Signalpfad, Differential über t) im Kopf 
abschätze.

Aber das ist meine persönliche Vorgehensweise, ich weiss jetzt nicht was 
das Lehrbuch dazu sagt. Vielleicht mit AC-Kopplung simulieren und dann 
vergleichen ?

[Alex F. (alxii99)]

Ah, ich verstehe dein Dilemma mit der AC-Kopplung! 😄 Ich mache es 
persönlich je nach dem, was ich sehen will. Für schnelle digitale 
Signale ist AC super, um die Übergänge klar zu sehen, ohne sich um den 
DC-Pegel zu kümmern – so vermeidet man Übersteuerung am Oszilloskop. Für 
die exakte Amplitude eines analogen Signals verfälscht es allerdings ein 
wenig, weil der Kondensator die Gleichkomponente blockiert und der 
Nullpunkt wandert. Ein kleiner Trick, den ich getestet habe: zwei 
Messungen machen, einmal in DC für die echte Amplitude und einmal in AC, 
um die schnellen Details zu sehen – so bekommt man einen vollständigen 
Überblick. Manchmal zeigt die Beobachtung, wie sich das Signal nach 
einem Sprung “erholt”, Hinweise auf Impedanz und Last, die man in DC 
nicht sieht. Und ja, in AC simulieren und mit DC vergleichen ist 
wirklich nützlich, um zu verstehen, was jeder Modus zeigt.

[Nick (b620ys)]

Bradward B. schrieb:
> ber das ist meine persönliche Vorgehensweise, ich weiss jetzt nicht was
> das Lehrbuch dazu sagt.

Das sagt "ausprobieren". :-)
MMn ist entscheident, was der Mittelwert des Signals ist. Wenn das 
Signal nicht von 0..20 V geht (also Mittelwert 10 V) und die Änderung 
"vergleichsweise langsam" (was immer das wieder heißt) kann man es ja 
probieren. Das Argument mit den 8 Bit wäre mir genug.

[Omega G. (omega)]

Wie hast du das gemessen? Entspricht die Messung der Realität? Ich messe 
da gerne mal GND, also kurzgeschlossenen Tastkopf an GND meiner 
Schaltung. Siehst du da schon das Schalten?

Das sind ~2ns rise time, bei der Frequenz sieht man viele lustige 
parasitäre Effekte. Die Tastkopfleitung hat Induktivität und zusammen 
mit der Kapazität des gesamten Aufbaus wird das auch irgendwo schwingen.

Vielleicht hast du das aber berücksichtigt und richtig gemacht.

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

Hab mir mal das Datasheet vom Siglent SDS 1202X-E kommen lassen, sieht 
eigentlich brauchbar aus: (Auszug im Anhang)

* 
https://www.siglent.eu/product/1139233/siglent-sds1202x-e-200mhz-dual-channel-oscilloscope
* https://www.siglent.eu/_downloads/e5eb764e80fe22c31f9de28f627610fb


Horizontal hat es 1 GSa/s soilange nur ein Channal aktiviert ist (das 
scheint hier der Fall), also pro x- Raster 5 Punkte. Ja, da werden 
interpolierte Zwischenwqerte angezeigt, aber das ist IMHO akzeptebal.

In Y-Richtung ist da IMHO Potential für eine genauere Messung. 8bit 
Auflösung auf 20V macht für die kleinste Schrittweite ca 10 mV.

Für die AC -Kopplung steht was von Hochpass mit Cut-Off bei 8Hz sollte 
hier also kein Problem sein, interesanter sind die die anderen (Noise 
reduction-Filter, Bandwidth-Limit bei 20 MHz) also TP. Ob bei der 
AC-Kopplung Probleme mit der Anpassung (Reflexionen) entstehen kann ich 
nicht mit Sicherheit sagen.

Mglw. kann man am FFT-Spektrum erkennen ob der zweite Peak tatsächlich 
höher ist, da die FFT die Tatsächlichen Daten verwendet und keine für 
die Anzeige interpolierten.

[Anton (antang)]

Dies könnte ein Fall für eine Power Rail Probe sein, z.B. diese zum 
Selberbauen:
https://github.com/blinken/power-rail-probe

Die gibt es auch fertig aufgebaut zu kaufen.

[Mampf F. (mampf)]

So hab das Eval Board heute bekommen und meinen NerdQAxe++ mal an das 
Eval Board und das Eval Board an meine DIY Load gehängt, das Ringing 
sieht EXAKT so aus wie bei mir zuvor mit den Standard-Snubber-Werten, 
also bevor ich sie schon getuned hatte. Sehr nah an den abs-max-rating 
von 23V für max 10ns. (Btw der zweite Peak erscheint, wenn man den 
Snubber C zB von 1nF aus 2.2nF erhöht)

Einen Test mit Settings durch die Firmware des NQ++ und ein Test mit den 
Standard-Board Settings.

Kein Unterschied ...

Also daran kann es nicht liegen, dass manche von den Dingern sterben 😒

Vlt ist der Fix ja schon, den Snubber zu tunen.

Aber zumindest weiß ich jetzt, dass ich keinen Mist gebaut und gemessen 
habe, sehr beruhigend^^

[Omega G. (omega)]

Mach doch bitte mal ein Foto wie du das Ringing misst. Ich vermute einen 
Messfehler.

Ohne Massefeder am Tastkopf und vermutlich auch etwas Ferrit am 
Tastkopfkabel wird das nichts.

[Mampf F. (mampf)]

Omega G. schrieb:
> Ohne Massefeder am Tastkopf und vermutlich auch etwas Ferrit am
> Tastkopfkabel wird das nichts.

Ja die benutze ich. Direkt dieses Federchen und direkt am Snubber.

Ferrit? 🤔

Hmm naja aber Selbstbau und Eval Board sieht exakt gleich aus, also 
glaub das passt schon ... Um das ging es mir eigentlich, weil ich nicht 
wusste, ob das Scope Mist misst aber jetzt konnte ich es mir einer 
Referenz vergleichen.

Aber der zweite Peak, vlt ein Artefakt .. hmm Ferrit, vlt sollte ich das 
mal ausprobieren.

Könnte auch kucken ob der mit einem anderen Tastkopf anders aussieht 
oder ob der wandert, wenn ich leicht woanders messe.

[Dieter W. (dds5)]

Bradward B. schrieb:
> In Y-Richtung ist da IMHO Potential für eine genauere Messung. 8bit
> Auflösung auf 20V macht für die kleinste Schrittweite ca 10 mV.

Das ist mit 8 Bit nicht machbar - ich sehe da eher 80mV.

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

>> In Y-Richtung ist da IMHO Potential für eine genauere Messung. 8bit
>> Auflösung auf 20V macht für die kleinste Schrittweite ca 10 mV.
>
> Das ist mit 8 Bit nicht machbar - ich sehe da eher 80mV.

Korrekt, da is mir 'ne '0' verloren gegangen (20V/256), danke für den 
Hinweis.

[Mampf F. (mampf)]

So hab jetzt mal getuned, wird schon passen.

Bilder:
- ohne Snubber
- mit vorherigen 1nF + 1R
- mit 2nF + 1R

Habs jetzt so gemacht, wenn der zweite Peak genauso groß ist wie der 
erste, wird's schon passen 🤪

Aber auf dem ungesnubberten(^^) Bild sieht man, dass es eigentlich zwei 
Frequenzen sind. Keine Ahnung woher.

Aber Ergebnis sieht IMHO gut aus und auch besser als das Eval Board.

Jetzt gibt's immerhin noch Luft zu den Abs-Max-Ratings.

[Alex F. (alxii99)]

Ehrlich gesagt sieht das für einen ersten Versuch richtig solide aus 🤪. 
Dass der zweite Peak gut kontrolliert ist, zeigt, dass dein Feintuning 
Sinn macht. Die zwei sichtbaren Frequenzen können viele Ursachen haben – 
Aufbau, Umgebung oder sogar die Messsonde selbst. Solange du unter den 
Grenzwerten bleibst, passt das. Mich erinnert das an
[URL=https://cosy-family.com/collections/matching-pyjamas-couple] 
abgestimmte Outfits ohne sichtbares Branding[/URL] nichts Auffälliges, 
aber jedes Detail greift ineinander und am Ende ist das Ergebnis 
stimmiger als bei einer Standard-Lösung. Wenn es besser ist als die 
Eval-Karte, spricht das für sich.