Ich bin gerade dabei einen simplen Step-Down Schaltregler auszumessen.
Beim Spannungsverlauf über der Spule ist mir das Schwingen aufgefallen,
dass abhängig des Ausgangsstromes ist:
U_Drossel, I_OUT = 0mA
http://img187.imageshack.us/my.php?image=print22va8.png
U_Drossel, I_OUT = 70mA
http://img187.imageshack.us/my.php?image=print21qw9.png
Dies ist wohl auf den Discontinuous Current Mode rückzuführen. Der
Wikipedia-Artikel geht aber bei diesem Fall leider nicht auf die genaue
Ursache ein:
http://de.wikipedia.org/wiki/Discontinuous_Current_Mode
Nun wollte ich fragen, ob ihr mir diesen Vorgang erklären könntet?
Ursache der Schwingung dürfte wohl der entstandene Schwingkreis aus der
Speicherdrossel und dem Ausgangskondensator sein, liege ich da richtig?
Doch was sind die Kriterien, dass diese Schwingung eintritt?
Danke für eure Hilfe
Also der Verlauf vor der Schwingung ist korrekt.
Das Schwingen dahinter ensteht aus der Drosselinduktivität und der
parasitären Sperrschichtkapazität der Freilaufdiode vor der Drossel.
Sowas kann mit einem SNubbernetzwerk über der DIode begrenzt werden:
Reihenschaltung aus R-C parallel zur DIode. Formeln hab ich keine parat
für die Werte, ich teste das immer. Größenordnung sollte einige nF und
einige Ohm sein.
Kann es sein, das der Aufbau nicht gerade optimal ist? (Lochraster oder
so?)
Kann es sein, das der Wandler auf >250mA Ausgangsstrom ausgelegt ist?
Es ist nicht der Ausgangskondensator, dieser ist mit einigen 100µF bei
diesen Frequenzen eher leitend und die Diode verhindert das Schwingen.
Hauptursächlich ist die Sperrschichtkapazität.
MEsse doch mal die Schwingfrequenz und rechne aus der
Drosselinduktivität die notwendige Kapazität dazu aus. Und das
vergleichst du mal mit der Größenordnung des Ausgangselkos.
Der Ausgangselko ist in der Tat viel grösser als der errechnete Wert für
den Schwingkreis.
Aufbau ist in der Tat nicht optimal, ich verwende Lochrasterplatinen.
Die Leitungen sind aber so kurz wie nur möglich.
Laut Datenblatt ist der Wandler bei meiner gewählten Induktivität und
Eingangsspannung auf einen Ausgangsstrom von 450mA-650mA ausgelegt. Dass
ich da darunter bin, ist mir auch klar. Ich war mir einfach unklar WIE
GENAU diese Schwingung zu Stande kommt.
Inwiefern ist dieser Betrieb denn zu vermeiden? Am Ausgang habe ich bei
tiefen Strömen immer noch eine schöne Spannung ohne viel Welligkeit...
Oder schadet es dem Schaltregler?
Danke für den Hinweis mit der Sperrschichtkapazität. Doch inwiefern
spielt da die Stromgrösse eine Rolle?
>Stromgrösse eine Rolle?
Für die Schwingung an sich garnicht. Nur entsteht diese Schwingung nur
dann, wenn der Drosselstrom abreißt. uA deshalb ist der diskont.Mode zu
vermeiden.
Die Drossel sollte so ausgelegt sein, das dieser DCM möglichst vermieden
wird. Als Faustwert sagt man, dass ab ca 10% Nennstrom der Strom nicht
mehr lücken sollte. Ströme darunter sollten, wenn möglich vermieden
werden. SOnst:
>schadet es dem Schaltregler?
Nein. Aber die Regelung arbeit nicht mehr sauber. Es kann ein hörbares
Summen enstehen mit der dann die Stellgröße hin und hergefahren wird.
>meiner gewählten Induktivität und Eingangsspannung auf einen Ausgangsstrom
Zur Info: Eine Drossel hat ZWEI Kenngrößen:
Induktivität UND Sättigungsstrom.
Beide müssen zur Anwendung passen. Wenn du als eine (bauform)kleinere
Drossel mit derselben Induktivität einbaust, dann wirst du den Strom
nicht mehr erreichen.
Achja, Lochraster ist bei den Frequenzen immer Murks. Bau es ordentlich
auf, und es wird schon gleich anderser aussehen.
>>schadet es dem Schaltregler?>Nein. Aber die Regelung arbeit nicht mehr sauber. Es kann ein hörbares>Summen enstehen mit der dann die Stellgröße hin und hergefahren wird.
Die Messung der Ausgangsspannung bei Laständerung ergab aber keine
besonders schlechte Werte.
>Zur Info: Eine Drossel hat ZWEI Kenngrößen:>Induktivität UND Sättigungsstrom.
Sättigungsstrom der Induktivität ist berücksichtigt.
Deiner Ansicht nach ist der DCM also immer zu umgehen? Ich frage deshalb
weil im Wikipedia-Artikel auch Vorteile aufgelistet sind. Ausserdem habe
ich auch schon einen Schaltregler (AS1341) gesehen, der vollständig im
DCM arbeitet, ohne dass man daran was ändern könnte...
>Für mich sehen die Kurven so aus, daß Du an Stelle einer Speicherdrossel>eine Entstördrossel verwendest, die nicht viel Energie speichern kann.
Das ist wie gesagt nicht der Fall.
Ausserdem habe ich diese Kurvenform ja, wie gesagt, schon in einem
Datenblatt eines anderen Schaltregler gefunden...
Um welchen Schaltregler geht es denn?
Die Schwingung hat nichts mit dem Ausgangselko zu tun; der Größenordnung
nach ist es wohl die Eigenresonanz der Drossel (irgendwo hat die ja auch
ihre Kapazitäten :-)
Im Datasheet vom LM2594 wird dieses Verhalten ausnahmsweise mal
ausdrücklich erwähnt und ist sogar bebildert.
Daraus geht übrigens auch hervor, dass dieses Verhalten umso deutlicher
auftritt, je geringer die Spulenverluste sind. Was also bedeutet, dass
eine zweckentfremdete Entstördrossel in dieser Hinsicht eher besser
abschneiden dürfte als ein Ferrit-Ringkern.
Hi,
Die Schwingungen kommen mit ziehmlicher Sicherheit aus dem Schwingkreis
aus Drossel&Sperrschichtkapazität (der Ausgangselko stellt dafür
praktisch einen Kurzschluss dar). Ich hab solche Effekte selbst schon
genauer untersucht.
Wenn Du's beweisen willst kannst du folgendes ausprobieren:
-Nimm eine Diode mit kleinerer Kapazität, z.b. eine schnelle Si Diode.
Damit sollte sich die Frequenz deutlich erhöhen, der Wirkungsgrad geht
aber in die Knie wegen der höheren Flusspannung.
-Schalte ein paar 100pF testweise parallel zur Diode, auch damit lässt
sich die Frequenz beeinflussen. Dadurch lässt sich auch direkt die
Sperrschichtkapazität der Diode bestimmen!
Mit Hilfe eines Snubbers(Reihenschaltung aus R und C) parallel zur Diode
kannst du die Schwingungen reduzieren. Typisch sind hier pF und kOhm.
Was ich machen würde wäre:
Festlegen des Snubber-C:
-C parallel zur Diode bis sich die Frequenz um ~10 - 50% reduziert
Bestimmen des passenden Rs:
-Jetzt R in Serie zu dem C schalten und solange ändern bis die
Schwingung maximal gedämpft ist. Dafür tat es an nem kleinen
Cuk-Konverter sogar ein einfaches Poti, welchen dann natürlich durch dem
entsprechnenden Widerstand ersetzt wird.
Nicht übertreiben mit dem C: je größer der ist, desto mehr strom fließt
anschließend im R, das kostet Wirkungsgrad!
Nebenbei: Je kleiner die Fläche die von diesen oszilierenden Strömen
umschlossen wird, also der Kreis Speicherdrossel-Diode-Ausgangselko,
desto weniger HF wird auch abgestrahlt.
Wie schon Andreas Kaiser schrieb: ein "schlechtes" Kernmaterial bedämpft
auch.
Ja, die schnelle Oszillation ist die Schwingung der Speicherdrosseln mit
der Sperrschichtkapazität der Diode. Die setzt ein, wenn die
Speicherdrossel 'leer' ist, also der Strom durch die Spule 0 wird und
die Diode sperrt.
Ich habe das in PSpice mal simuliert, doku anbei. Im oberen Teil des PDF
ist die Schaltung von nen Aufwärtsregler zu sehen (step-up, booster) mit
1Mhz Schaltfrequenz, 10u Drossel und 1N4148 als Diode. Das nächste Bild
zeigt die Spannung am geschalteten Knoten in rot und den Spulenstrom in
grün. Sobald der Spulenstrom 0 wird fängt die Oszillation an, ca. 40Mhz.
40Mhz sind mit 10u als Spule ca 1pF oder so. Das dritte Bild zeigt die
Verhältnisse, wenn 3pF zur Diode parallel liegen. Dann halbiert sich die
Frequnz bei der Vervierfachung der Kapazität.
Wieder was dabeigelernt, thx.
Cheers
Detlef
