Hallo,
ich habe folgendes Problem. Ich habe einen Baustein der mit I2C-Bus
angesteuert wird und ein PWM Signal erzeugt. Dieses geht über einen
MOSET-Treiber an einen MOSFET und schaltet darüber einen 24V Motor.
Mein Problem dabei ist, sobald ich die 24V einschalte, bricht der
I2C-Bus zusammen. Das liegt wohl daran dass unter anderem die
Referenzspannung des I2C-Busses gestört wird. Mit dem Oszi erkenne ich,
dass ich auf der 5V Leitung (Referenzspannung des I2C-Busses und
Versorgungsspannung des PWM Bausteins) im Ausschaltmoment des MOSFETs
Spannungsspitzen drauf habe. Sie sind ca. 0,5V groß.
Ich denke dass ist das Problem. Hat jemand eine Idee wie ich das lösen
kann. Hänge schon einige daran und habe schon viel probiert. Die Massen
der 24V und 5V sind verbunden. Hatte auch schon eine Spule darin, aber
es bringt nichts. Genauso hatte ich schon eine Spule in der Versorgung
der 5V und Kondensatoren.
Die Peaks sind genauso wie an der erzeugten PWM. Ich habe schon versucht
die zu glätten. Habe dazu ein LC-Glied verwendet. Benötige dabei
unbedingt eine 1000uH Spule, damit die PWM nicht in den lückenden
Betrieb geht und als Kondensator habe ich einen 1000uF Elko und einen
kleinen 1uF für die hochfrequenten Störungen. Habe auch mit diesen
Kondensatoren schon rumprobiert, aber keine Änderung. Weiß jemand wie
ich die PWM richtig glätte, ohne diese Peaks? Oder wie koppell ich den
MOSFET von der Ansteuerung ab? Optokoppler? Das Problem dabei könnte
werden dass meine PWM mit 97kHz läuft und nicht verändert werden kann.
Hat jemand eine Idee?
Eigentlich hatte ich das ganze meiner Meinung gut geplant. Steuerteil
und Lastteil getrennt und eine große Massefläche darunter. Allerdings
bin ich momentan wieder auf Lochraster am rumprobieren, da ich auf der
geäzten Platine nicht viel probieren kann.
Das mit der durchgehenden Masse ist so eine Sache. Wo fliesst der
gehackte 24V Strom entlang, ond wo fliesst er zurueck ? Wenn er auf der
GND Plane unterhalb des Steuerteils vorbeikommt ist es schon geschehen.
> Wo fliesst der gehackte 24V Strom entlang, ond wo fliesst er zurueck ?
Das ist sehr oft das Problem, vermutlich auch hier.
Abhilfe: Überlegen, wo der Strom langfliesst und evtl. ein einfacher
Schnitt in der Massefläche an der richtigen Stelle.
Klemme mal 10R Widerstände direkt zwischen den I2C Bus und die I2C Pinne
des störenden Bauteils. Zur Not kannst Du bis 47R erhöhen. ggf. ein ain
paar wenig nF jeweils zwischen SDA und Masse bzw. SCL und Masse.
Du bremst damit ggf. den Bus etwas aus, aber das ist kein Problem, denn
100kHz oder 400kHz sind ja maximal-Grenzen. Nach unten ist da alles
offen.
Gruß, Ulrich
Danke für die Tipps. Das mit der Masse klingt einleuchtend. Hatte ja
auch schon probiert eine Spule die die Störungen der Masse aus der
Steuerung raushält. Ganz trennen klingt mir unlogisch, weil die Massen
ja verbunden sein müssen. Des Weiteren arbeite ich zur Zeit testweise
auf Lochraster, also ohne Massefläche. Wo sollte ich die Masse denn wenn
dann trennen, denn der Strom muß ja über den MOSFET zur Masse fließen,
aber genauso auch der Steuerstrom am Gate.
Danke Ulrich, das mit den Widerständen werde ich mal probieren. Ich
betreibe den Bus übrigens mit 100kHz.
> Ganz trennen klingt mir unlogisch, weil die Massen
ja verbunden sein müssen.
Nein, nicht ganz trennen. Wichtig ist, dass ein Spannungsabfall durch
den Laststrom und Schaltspitzen nicht die Masse des Logikteil
beeinflussen. Da kann man kein Standardrezept geben, das musst du selbst
anhand der Gegebenheiten rausfinden. Wie schon gesagt, oft hilft ein
EINschnitt in der Massefläche.
Bensch wrote:
> Da kann man kein Standardrezept geben, das musst du selbst> anhand der Gegebenheiten rausfinden. Wie schon gesagt, oft hilft ein> EINschnitt in der Massefläche.
Das geht bei Lochraster nur schwer... Helfen könnte es die Massen
Sternförmig ab der Zuleitung vom Netzteil zu führen und den Logik-Teil
über eine kleine Spule 1..10mH gesondert zu filtern. Hinter der Spule
einen 4µ7 Elko und einen 100nF Kondensator. Jedes Logikteil mit 100nF
Blockkondensator versehen.
Gruß, Ulrich
Das mit der sternförmigen Masse habe ich schon gemacht. Habe allerdings
einen Sternpunkt gewählt, da ich 3 Netzteile habe. Eins liefert die 24V
für die Last, die 5V kommen vom Mikrocontroller zusammen mit dem I2C-Bus
über Flachbandkabel und ich habe noch eine extra Spannungsquelle
eingebaut die die 5V für den MOSFET-Treiber über einen 7805 liefert.
Ich habe mal 20R Widerstände in Reihe zu SDA und SCL gelötet, aber
erfolglos. Werde es mal mit den kleinen Kondensatoren an SDA und SCL
versuchen.
@Ulrich: Wie genau meinst Du das dem Filtern? Meinst Du die
Versorungsspannung des Logikteils filtern? Habe ich gemacht, genauso wie
es in der Anleitung zum MOSFET-Treiber beschrieben steht, aber kaum
Wirkung.
Hab jetzt nicht alle Antworten gelesen, aber:
Masseführung wurde schon gesagt,
=> Leitungsführung der stromtragenden Leitungen (PWM) beachten
=> ABBLOCKkondensatoren (jeder zweite "spart" die ein)
... mit den bekannten Folgen
=> kleine Flächen aufspannen bei der Leiterbahnführung (Stromschleifen)
Ulrich P. wrote:
> paar wenig nF jeweils zwischen SDA und Masse bzw. SCL und Masse.
Was willst du damit erreichen?
Das die kapazitive Last auf dem Bus noch größer wird,
und die Flanken noch verwaschener werden???
nitraM
Das mit der Leiterführung habe ich eigentlich beachtet. Habe halt Steuer
und Lastteil getrennt, auch auf der Lochrasterplatine. Wieso sind
Stromschleifen gut? Oder meintest Du damit man soll sie vermeiden?
Abblockkondensatoren habe ich sehr viel drin. Habe an jedem Baustein,
außer MOSFET je ein 1uF oder 0,1uF und 100uF oder 1000uF parallel.
Was kann man da eigentlich so empfehlen? Ich habe mal gelesen dass Elkos
zur Entstörung wohl nicht so gut geeignet sein sollen. Ich habe
gewickelte Kondensatoren und Elkos verwendet. Nur beim MOSFET Keramik
und Tantal weil es da in der Anleitung explizit stand.
@Martin:
Das mit den kleinen Kondensatoren hat Ulrich vorgeschlagen. Klar, damit
werden Flanken flacher, aber ich habe gehofft die Störungen würden
beseitigt.
Martin L. wrote:
> Ulrich P. wrote:>> paar wenig nF jeweils zwischen SDA und Masse bzw. SCL und Masse.>> Was willst du damit erreichen?> Das die kapazitive Last auf dem Bus noch größer wird,> und die Flanken noch verwaschener werden???
Damit will ich erreichen, dass die Spikes aus dem Bus verschwinden. Mit
waschen hat das nichts zu tun und der I2C Bus verträgt das durchaus,
natürlich zu lasten der Geschwindigkeit.
Außerdem rede ich ja von nF und nicht von µF. Schraub mal dein Autoradio
auf und Du wirst dort einen I2C finden, der jeweils mit 47R und 10nF
direkt am Chip 'gefiltert' wird. Und es funktioniert wunderbar. Wie
schon mehrfach gesagt, die kHz Angabe ist lediglich eine maximal-Angabe,
keine exakt einzuhaltende Geschwindigkeit.
Gruß, Ulrich
>Damit will ich erreichen, dass die Spikes aus dem Bus verschwinden.
Man sollte trotzdem, entgegen üblicher Vorgehensweisen (besonders in der
Politik), die Ursache und nicht die Wirkung bekämpfen.
Ja, das ist es ja, ich würde gerne die PWM glätten. Habe dazu auch schon
einige Forenbeiträge gelesen, aber hinbekommen habe ich es nicht. Weiß
da jemand einen guten Rat?
nicht glätten, das macht die PWM ja kaputt.
Lieber entkoppeln, abschirmen, entstören..
Wie größ ist der Zwischenkreiselko?
(Der der Zwischen Kathode D1 und Source IC2, so nahe wie geht,
angeschlossen ist?)
Wenn du 97kHz PWM hast, und dort mit der Leiterbahnführung, -
entkopplung nicht aufpasst, hast du schnell ne schöne Antenne...
poste mal:
- Größe des besagten Elkos, oder ist der Schaltplan oben etwa komplett
??
- Layout des Aufbaus
Dann sehe ich/wir weiter
Matthias Lipinsky schrieb:
> => kleine Flächen aufspannen bei der Leiterbahnführung (Stromschleifen)
Das soll wohl heißen "_keine_ Flächen aufspannen", oder?
>as soll wohl heißen "_keine_ Flächen aufspannen", oder?
Naja, keine Fläche ist natürlich ideal, aber da jede Stromschleife eine
(interne) Fläche hat (schon aus Isolationsgründen) hab ich das Wort
klein
verwendet.
Aus dem Orginalbeitrag:
>Ich habe einen Baustein der mit I2C-Bus>angesteuert wird und ein PWM Signal erzeugt. Dieses geht über einen>MOSET-Treiber an einen MOSFET und schaltet darüber einen 24V Motor.
...
>Habe dazu ein LC-Glied verwendet. Benötige dabei>unbedingt eine 1000uH Spule, damit die PWM nicht in den lückenden>Betrieb geht und als Kondensator habe ich einen 1000uF Elko und einen>kleinen 1uF für die hochfrequenten Störungen
Was denn nun? PWM auf den Motor? Wenn ja, wofür brauchst du eine 1mH
Spule? Was hat ein LC-Glied mit lückendem Betrieb zu tun?
Ansonsten: Pufferkondensator über den mosfet mit Last, Freilaufdiode?
Ich benötige ein LC-Glied, weil immer ein Stromfluß vorhanden sein muß,
entweder über den Transistor oder die Freilaufdiode, wenn dieser
abbricht, dann beginnt das System unkontrolliert zu schwingen. Habe ich
schon gehabt, deswegen diese Spule, habe ich mir so ausgerechnet, damit
der mindesthaltestrom nicht unterschritten um nicht in den lückenden
Betrieb zu kommen. Formel steht im Tietze-Schenk Seite 564.
Im Anhang ist der komplette Schaltplan wie ich die Platine habe fertigen
lassen. Es sind 8 Ausgänge, ist aber 8 mal das gleiche.
Ich habe im Zwischenkreis 1000uF. Wieso nicht glätten? Wenn ich es doch
hinbekomme die PWM glatt zu bekommen, dann stört sie auch nicht mehr.
Höherfrequentze Störungen filterst Du aber nicht mit 1µF sondern eher
mit 100n oder weniger.
Weiß ja nicht, was für Equipment Du zur Verfügung hast, sonst wären
vielleicht mal ein paar Oszillogramme von der Stromversorgung auf Deiner
Treiberplatine und der Prozessorplatine, einem PWM Zweig und dem I2C
interessant.
Das Layout sieht im Gruunde ganz nett aus, allerdings hätte ich die
Massefläche nicht über die ganze Platine gezogen, sondern nur über/unter
den Schwachstromteil. Zur Schirmung des Hochstromteiles eine eigene
Fläche machen und diese nur an einem Massesternpunkt über einen 0R SMD
0805 verbinden. Das gibt einem die Möglichkeit hier auch ggf mal 10R
oder ein paar m/µH einzusetzen.
Eine andere Lösung wäre es gewesen anstelle der MICs einen HCPL
einzusetzen. In der Serie gibt es Optocoupler-MOSFET-Driver. Da bist Du
dann auf der sicheren Seite. Habe die Typen nicht im Kopf, habe sie mal
für einen Lichtmessplatz verbaut, kann ich ggf. also nachsehen. Wenn ich
jetzt Deine Probleme sehen, weiß ich wenigstens, warum ich damals gleich
die teurere aber sicherere Lösung angegangen bin.
Gruß, Ulrich
Ich habe mit der Glättung der PWM rumprobiert, und diese 1000uF und 1uF
Lösung brachte die beste Lösung, habe auch 100nF und 10nF probiert, aber
1uF war besser.
Werde die Spannung mal Oszilloskopieren und hier reinstellen, dauert
aber etwas bis ich das vom Oszi auf den PC übertragen haben.
Ich habe den MIC verwendet, weil ich noch keine Ahnung von
MOSFET-Ansteuerung hatte und ich diesen gerade zur Hand hatte.
Ausserordentlich irritierend finde ich die Power Beschaltung, den Fet
mit einer diode in Serie an der Speisung und an der source eine 470uH
Spule. Das Source potential sollte doch fest sein, allenfalls ein Shunt
dort. Und dicke Elkos ueber dem Ausgang. Die MosfetTreiber an 5V.
Sollten die nicht besser 15V haben ?
@ 6640 (Gast):
Das ist ein Step-Down, nur halt nicht Plus, sondern Minus geschaltet.
@ Lutz:
1) Abblockkondensator IC1 fehlt
2) Abblockkondesatoren MIC4417 zu weit weg & mit STICHleitung
angeschlossen!
=> zB C2 direkt neben IC2, C1 ist dann nicht zwingend nötig
3) alle Pullups (R9..R18) würd ich kleiner wählen (zB 2k2)
4) wieso hat Oberseite keine Massefläche?
=> Masse als Bahn routen ergibt hohe Impedanzen!
5) 100µF Stützelko sollten hinter die Sicherung und NICHT mit
STICHleitung
angeschlossen werden (zB C27, C31, C39, ....)
6) Stromschleife zB D1-C21/C22-L1-D1 und
C23/C24-F1-C21/C22-L1-IC10-C23/C24
sollten in der umfließenden Fläche so klein wie möglich sein
=> Bauteil näher zusammen!
=> zB IC10&D1&C22&C24 (SMD) UNTER C23/C21/L1
Ich halte 1) für absolut tödlich (PCA9634 ist schnellschaltend)
und 2) für sehr schlecht. Hier würde ich zuerst ansetzen.
Lies dir mal das durch:
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1619.pdf
achte dabei besonders auf figure 4.1 und 4.2
Das hast du gründlich vermurkst.
Gruß
Also die Beschaltung habe ich aus einem anderen Projekt in der sie so
funktioniert. Ich habe nur die Induktivität erhöht, aus schon genannten
Gründen und mit der Kapazität rumgespielt.
Ich werde jetzt mal das PWM Signal und die Versorgungsspannung
oszilloskopieren und dann mal reinstellen.
Außerdem werde ich mal einen Baustein suchen, der mir vielleicht ein PWM
mit einer niedrigeren Frequenz liefert, ich denke dann hätte ich einige
Probleme weniger.
>Also die Beschaltung habe ich aus..
Ich habe nicht die Schaltung, sondern das Layout bemängelt, mal
abgesehen von:
>>1) Abblockkondensator IC1 fehlt
Ok. Aber lass die Fehler ruhig drin und lerne nichts daraus.
> niedrigeren Frequenz liefert> immer ein Stromfluß
Dann mache mal die Drosseln viel viel größer...
Du solltest dir den Link mal ansehen!
@Matthias:
Ja, das mit dem Abblockkondensator an IC1 habe ich verstanden, aber was
meinst Du mit Stichleitung?
Der Plan ist nicht der neuste. Das Board vor ca. 4 Monaten geäzt. Ich
bin momentan wie schon gesagt mit der Lochrasterplatine dran, weil ich
erstmal das Ding wieder zum Laufen bekommen möchte und erst dann wieder
eine hoffentlich endgültige Version fertigen lassen möchte.
Es war mein erstes Projekt dieser Art und hatte mit Platinendesign
vorher kaum Erfahrung. Ich dachte zum Beispiel die Abblockkondensatoren
wären dicht genug dran.
Danke für den Link, ist sehr gut.
Ich möchte ja lernen.
Was meinst Du mit: Niedrige Frequenz liefert immer Strom? Ich habe
nunmal meine feste 97kHz.
>Niedrige Frequenz liefert immer Strom?
Nein. ich kenne die PCA9634 (PS: wo hast die gekauft?)
Das waren zwei deiner Zitate.
Wenn du die PWM Frequenz verkleinerst, musst du die Drossel(bauform)
vergrößern, damit dein Strom nicht lückend wird!
>was meinst Du mit Stichleitung?
siehe Anhang, Ausschnitt deines Layout:
gelb : (Stromfuss eines Kanals)
hellrot: Stichleitung, wenn gelb pulsiert, dann bildet hellrot eine
große
induktivitat, die den C relativ wirkungslos macht. Der C40
dagegen
ist OK. Da wird der Strom "gezwungen" "über" den C zu fließen.
Dieselbe Überlegung ist allerdings für den Rückfluss (GND) zu
machen
>Lochrasterplatine dran
eher schlecht, weil der Aufbau große Induktivitäten hat
>Platinendesign vorher kaum Erfahrung.
Die muss jeder erst sammeln.
Ich habe den PCA9634 im letzten Herbst bei Digikey gekauft.
Das mit den Stichleitungen habe ich immernoch nicht ganz verstanden, wie
macht man es denn besser?
Ich weiß das Lochraster schlecht ist, aber ich kann nicht dauernd neue
Platine fertigen lassen in der Hoffnung es klappt jetzt.
Das mit den größeren Drosseln bei niedrigerer Frequenz gibt auch Sinn.
Aber ich denke eine PWM mit zum Beispiel nur 20kHz würde direkt mal
weniger stören.
>0kHz würde direkt mal weniger stören.
Das ist sicherlich richtig, allerdings wählt man PWM Frequenzen nicht
wahllos aus, sondern nachdem, was damit betrieben wird. bsp:
LED : so damit man es nicht flackern sieht
Motor: so damit kein lückender Betrieb entsteht, also von Rmotor &
Lmotor.
Was willst du damit betreieben? Motor? siehe oben.
>Stichleitungen habe ich
Male doch mal auf deinem Layout die Bahnen nach, wo der Strom
a) bei eingeschaltetem FET langfließt,
b) bei ausgeschaltetem FET langfließt.
Immer von der Quelle X3 über die Bauelemete BIS ZURÜCK zur Quelle X3.
Diese beiden Stromschleifen sollten eine möglichst kleine Fläche
besitzen!
Jetzt gucke, wo der zugehörige Abblockelko (bezogen auf diese Schleife)
liegt?
Er ist mit nem langen "Draht" (Leiterbahn=>Stichleitung) an diese
Schleife angeschlossen. Wird dieser Elko richtig plaziert, dann
verkleiner er die Schleife.
Ich möchte einen Motor antreiben. Allerdings ist nicht klar welcher
Motor und an die verschiedenen Ausgänge kommen auch verschiedene Pumpen
und Lüfter. Ich habe es mal durchgerechnet. Also bei 20kHz käme ich mit
meinen 1000uF Drosseln noch hin, ohne in den lückenden Betrieb zu
kommen.
Ich habe jetzt mal die Ausgangsspanngungs der PWM oszilloskopiert und
endlich in den PC bekommen. Die Peaks sind Spitz-Spitze ca. 1V groß. Die
5V Versorgungsspannung sie genauso aus, auch die Peaks sind genauso
groß.
Die Stromschleifen werde ich mir jetzt mal ansehen.
Generell hat das Layout so seine Probleme. Das ist jetzt kein Gemecker,
sondern wir haben alle so angefangen.
Dinge die mit hohen Strömen arbeiten, sollten immer großzügige Flächen
als Verbindung haben.
Bei großen Kondensatoren hart man das Problem des großen
Innenwiderstandes. Also ggf. lieber mehrere kleine parallel schalten.
Unterm Strich verhalten sich 10 gute SMD Kondensatoren a 100µ, die auf
einer großzügigen Leiterbahn oder Fläche sitzen schneller und
platzsparender als ein großer 1000µF Kondensator.
Abblock Kondensatoren, hatten wir schon, direkt an die Vcc Pinne, nicht
über Stichkeitungen, nicht auf der der Zuführung entgegen gesetzten
Seite und nicht über Durchkontaktierungen.
1µF und 100µF parallel als Elko brint nicht wirklich was, wenn man
steilflankige Transienten bekämpfen will. Da sind 100µF für die
Pufferung der Spizenlast und 100nF zur Filterung der Transienten
sinnvoller.
Wenn man neben einer Treiberstufe auch noch sensible Elektronik
betreiben möchte, die eventuell sogar noch über ADC wieder was wichtiges
messen soll, dann ist es wichtig die Versorgungen zu trennen, bzw. alles
was Störungen verursacht auszuschließen. Stichwort waren Optokoppler (
auch zu haben mit integriertem MOS-FET Treiber)
Dei FETs erzeugen, bedingt durch die hohen Ladungsverschiebungen beim
Umschalten fette Spikes, also überlegen, ob eine Umschaltung wirklich
steilflankig sein muss oder mit hoher Frequenz erfolgen muss. Ggf. also
entweder die Frequenz reduzieren oder die Flankensteilheit über eine
kleine RC Kombi verringern, oder auch FETs mit geringen Gate-C nutzen.
Ich vermisse schon einen 2..10R Widerstand in der Gatezuleitung...
Genrell kann man Dein Layout mit obigen Tricks auf die Hälfte der Grüße
reduzieren bei besserer EMV.
Gruß, Ulrich
Danke für die Tipps.
Ich dachte eigentlich ich hätte schon großzügige Leiterbahnbreiten
gewählt (1mm bzw. 2mm für GND). Das Elkos träge sind weiß.
Das mit der Größe ist gut, denn ich wollte sowieso die Platine noch
verkleinern, denn zum Beispiel die Entstörung der 24V Leitung muß ich ja
nicht 8 mal machen, einmal dürfte da auch reichen, außerdem ist sie ja
nur für die Last. Die Sicherungen sollen bei der nächsten Version auch
in SMD verwendet werden. Eigentlich wollte ich dann den Steuerteil auf
die Unterseite legen, aber ich denke dass fällt wohl weg, denn dann habe
ich ja keine räumliche Trennung mehr zwischen Steuer- und Lastteil. Und
ich werde mal über andere MOSFET-Treiber mit Optokoppler nachdenken.
Mit der Versorgungsspannung muß ich noch überlegen, denn später soll
Last- und Steuerteil für das gesamte System inklusive Mikrocontroller
über einen Akku gespeist werden.
Gibt es denn überhaupt 100uF als SMD?
