Elko-Dimensionierung für SMPS

[Marcel Müller]

Hallo,

ich möchte mich bezüglich obiger Thematik einmal näher informieren. Ich
habe zwar schon so manches SMPS gebastelt, die (low ESR) Elko's aber
immer "frei Schnauze" dimensioniert, und ich bin dabei bestimmt das eine
oder andere mal über das Ziel hinausgeschossen.

Ich versuche momentan etwas systematischer an die Sache heranzugehen.
Dazu brauche ich aber letztlich Informationen, über ESR und ESC bei
höheren Frequenzen.

Gibt es irgendwelche Faustformeln oder Regeln, wie man bei gegebenem
Ripple auf die geeignete Dimensionierung der Ausgangsfilter kommt?


Ich habe jetzt erstmal, um ein Gefühl für die Sache zu bekommen, die
Soundkarte mißbraucht, um ESR und ESC zu messen.
Ausgang erzeugt Testsignal (gefiltertes Rauschen 12-10000Hz =>
periodisch, f^-.5 gewichtet). Als Last C und in Reihe ein
Referenzwiderstand, Rref. Bei Elko's wir der -Pol noch mit -6V Offset
versehen (Push-Pull-Regler). Die Eingänge L&R sampeln dann die Spannung
über dem Kondensator U@C(t) und die über Kondensator und Widerstand U@RC(t).
Aus den Daten kann man jetzt ESR(f) und ESC(f) extrahieren.
Z(f) = FFT(U@C(t)) / FFT([U@RC(t)-U@C(t)] * Rref)
ESC(f) = -1/2/Pi/f/imag(Z(f))
ESR(f) = real(Z(f))

Die Ergebnisdaten sehen eigentlich ziemlich sauber aus, allerdings fällt
zu meiner Überaschung ESC über etwa 3kHz ziemlich schnell auf einen
Bruchteil der Kapazität ab. Irgendwie mache ich mir Sorgen, ob bei
SMPS-Frequenzen von 50-100kHz da überhaupt noch etwas signifikantes
übrig ist.
Jetzt frage ich mich, ob mein Meßverfahren unangebracht ist - ein
Vergleich mit einem Folienkondensater spricht eigentlich dagegen (ESC
konstant) - oder dieser Abfall doch nicht ins Bodenlose geht, bei etwa
10kHz ist mein Meßbereich schießlich am Ende?


--
Marcel Müller

 

[Dieter Wiedmann]

Marcel Müller schrieb:

Gibt es irgendwelche Faustformeln oder Regeln, wie man bei gegebenem
Ripple auf die geeignete Dimensionierung der Ausgangsfilter kommt?

Au weia, das ist recht umfangreich. Mehr dazu nach Weihnachten.

Jetzt frage ich mich, ob mein Meßverfahren unangebracht ist - ein
Vergleich mit einem Folienkondensater spricht eigentlich dagegen (ESC
konstant) - oder dieser Abfall doch nicht ins Bodenlose geht, bei etwa
10kHz ist mein Meßbereich schießlich am Ende?

Hatten Elko und Folienkondensator denn etwa gleiche Nennkapazität? Ich
vermute mal, dass du den Innenwiderstand deiner Signalquelle nicht
berücksichtigt hast.


Gruß Dieter

 

[Dieter Wiedmann]

Dieter Wiedmann schrieb:

Mehr dazu nach Weihnachten.

Ist zwar noch nicht vorbei, aber schau mal bei TI nach slva057.pdf und
slva061.pdf, das deckt schon mal einen Teil der Topologien ab.


Gruß Dieter

 

[Ulrich Prinz]

Dieter Wiedmann wrote:

Marcel Müller schrieb:


Gibt es irgendwelche Faustformeln oder Regeln, wie man bei gegebenem
Ripple auf die geeignete Dimensionierung der Ausgangsfilter kommt?

Die Faustregel ist recht einfach, die wirklich richtige Dimensionierung

sehr komplex. Als Faustregel gilt, dass der ELKO am Eingang recht groß
sien soll, damit er genügend Energie für schnelle Lastwechsel bevorraten
kann, also Impulsartige Verbrauchanstiege.
Der ELKO am Ausgang sollte möglichst klein gehalten werden, damit er
zwar puffert, aber den Regelkreis nicht außer Gefecht setzt. Denn durch
ihn wird ein Lastwechsel verzögert an den Regelkreis weitergegeben.

Au weia, das ist recht umfangreich. Mehr dazu nach Weihnachten.



Jetzt frage ich mich, ob mein Meßverfahren unangebracht ist - ein
Vergleich mit einem Folienkondensater spricht eigentlich dagegen (ESC
konstant) - oder dieser Abfall doch nicht ins Bodenlose geht, bei etwa
10kHz ist mein Meßbereich schießlich am Ende?

Ripple und Noise bekommst Du nicht allein durch die ELKOs in den Griff.

Dazu benötigst Du einige Induktivitäten. Enorm wichtig sind dabei auch
Leiterbahnführung und Anordnung der aktiven und passiven Elemente.

Dazu kommt, dass Störungen von Außen etliche Probleme verursachen
können. Ich hatte das bei meinen ersten Versuchen mit einem
Simple-Switcher. Das Teil funktionierte wunderbar. Ripple war kleiner
als 2mV und Lastwechsel parierte das Teil mit einem Ripple von <10mV im
us Bereich. Aber wenn dann einer eine Halogen-Tischlampe einschaltete,
dann lieferte eine in der Schaltung verbauter MAX700 einen sauberen
Reset. Ein Speicheroszi lieferte hübsche Bilder einer Wahren Explosion
der Spannung. Spikes von bis zu +9V und 0.5V über wenige ms. Das hat die
Schaltung, speziell der MAX700 als Reset-Kondition interpretiert.

Nachdem wir dann einen sauberen Filter aus eingen Induktivitäten und
Ferritperlen aufgebaut hatten, lag der Schluß nahe, Schaltnetzteil den
Spezialisten zu überlassen. Wir setzen seitdem die PT5101 von
TI-Powertrends ein. Eine kleine 6u8H, 100uF Low ESR davor und 6u8H, 1uF
low ESR dahinter. In kritischen Anwendungen kommt eine TAZ, sonst
einfach ein Varistor noch davor. Das wars. Im Preisbereich dieser Module
kann man kommerzielle nicht selber entwickeln, jedenfalls nicht, wenn
der Kunde nicht für ein Schaltnetzteil, sondern für ein fertiges
Zielgerät bezahlt.

In der Zeitschrift Elektronik gab es in der letzten Ausgabe zum Thema
Schaltnetzteile ein paar gute Berichte, die eben diesen Umstand sehr
nett durchleuchtet haben. Ich weiß, diese Zeitschrift ist in nahezu
allen Artikeln durch entsprechende Hersteller gesponsort, aber es war
ein durchaus brauchbarer Artikel.

Ganz anders gelagert ist das Ganze natürlich, wenn man lernen möchte. Da
ist jeder Misserfolg genaus wichtig, wie der Erfolg am Ende.

Gruß

--
Ulrich Prinz
----------------------------------------------------
"But befor you connect, be advised:
you are plugging into the supply from hell."
Datasheet LTC1625, Automotive Considerations, Linear Tech.

 

[MaWin]

Marcel Müller <nospam.m.mueller@comspe.com> schrieb im Beitrag <biaob1-3tp.ln1@ID-65721.user.dfncis.de>...

Beim SNT setzt sich der Ripple aus 2 Anteilen zusammen: Ladung/Entladung
des Ausgangselkos durch Laststrom/Schaltreglerstrom,
und dazuaddiert Laststrom/Schaltreglerstrom*ESR als Spannungsabfall in
beiden Stromrichtungen (also * 2).
Hier ist der ESR-Anteil meist kleiner als die Spannungssschwankung durch
Umladen des Elkos.
Tragischer ist der ESR in Bezug auf Waermeentwicklung wegen I*R. Das
verkuerzt die Lebensdauert des Elkos, eventuell sogar schlagartig,
und sollte daher immer deutlich UNTER den Maximalwerten bleiben.
in Elko, der innendrin wegen Strom*ESR um 80 Grad heisser ist als die
Umgebung von 25GradC, haelt halt nicht lange, selbst wenn 105GradC
draufsteht.

Andere Stoerungen der Ausgangsspannung wie Nadelspitzen beim Umschalten
zaehle ich nicht zum Ripple, sondern zu schlechter Filterung, zu viel
ESL, langsamen Dioden, und sind meist effektiv mit einem Keramikkondensator
parallel zum Ausgangselko zu bekaempfen, wenn man nicht die Ursache
beheben will.

Ausgang erzeugt Testsignal (gefiltertes Rauschen 12-10000Hz =

Unrealistisch im Schaltregler.

allerdings fällt zu meiner Überaschung ESC über etwa 3kHz ziemlich
schnell auf einen Bruchteil der Kapazität ab.

Das ist normal, weil Elkos 'rauh' sind und bei hoeheren Frequenzen
das Elektrolyt in diesen Aufrauhungen nicht mehr zur Kapazitaet
beitraegt.

oder dieser Abfall doch nicht ins Bodenlose geht

Nein, tut er nicht. Ich kenne 1:3 bis 1:5 als Verhaeltnis.

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Marcel Müller]

Hallo,

Dieter Wiedmann wrote:

Au weia, das ist recht umfangreich. Mehr dazu nach Weihnachten.

Ich war Weihnachten auch offline.

Jetzt frage ich mich, ob mein Meßverfahren unangebracht ist - ein
Vergleich mit einem Folienkondensater spricht eigentlich dagegen (ESC
konstant) - oder dieser Abfall doch nicht ins Bodenlose geht, bei etwa
10kHz ist mein Meßbereich schießlich am Ende?

Hatten Elko und Folienkondensator denn etwa gleiche Nennkapazität? Ich
vermute mal, dass du den Innenwiderstand deiner Signalquelle nicht
berücksichtigt hast.

Der Innenwiderstand ist bauartbedingt ziemlich genau 2,2 Ohm und aüßert
sich nur in erhöhtem Rauschen durch die Abschwächung des Signals.

Das problem hat sich geklärt. Die Soundkarte war der Übeltäter. Offenbar
werden linker und rechter Kanal nacheinander gesampelt, was zu einer
linearen Phasenverschiebung von 180° bei 24kHz führt. Erstaunlicherweise
ist sie allerdings nicht linear, sondern steigt zunächst mit etwa halber
Steigung linear bis etwa 10kHz und dreht dann auf, um den Toreinlauf bei
180/24kHz noch zu schaffen. Wie die /das/ hinbekommen haben ist mir ein
Rätsel. Vermutlich ein mißglückter Kompensationsversuch - manchmal geht
es nämlich mit 0-Phase.

Wie auch immer, ich habe das Problem durch eine automatische, komplexe
Gain-Korrektur in den Griff bekommen.


--
Marcel Müller