Schaltregler MP2365 Übertemperatur

[Sebastian K. (basti)]

Hallo!

Ich stehe vor einem kleinen Problem mit einem Schaltregler vom Typ 
MP2365 von "MonolithicPower" ( 
http://www.monolithicpower.com/Lists/Product_NonSynchronous%20Switcher_5727/DispForm.aspx?ID=36 
):
Der Schaltregler soll eine Eingangsspannung von 20-28V in 12V wandeln. 
Die Last ist eine Heizung, welche mit einer reltiv langsamen PWM (500 
Hz) betrieben wird. Die Heizung hat einen Innenwiderstand von ca. 4 Ohm, 
im Eingeschalteten Zustand fließen also ungefähr 3 Ampere.
Als weitere Last hängt noch ein OpAmp und ein weiteres IC an den 
erzeugten 12V, insgesamt etwa 25mA Strombedarf.

Problem ist, dass der Schaltregler auch schon bei kleinen 
Tastverhältnissen viel zu heiß wird und sich recht schnell wegen 
Übertemperatur abschaltet.
Im Datenblatt ist jedoch ein "Continous Current" von 3A und ein "Peak 
Current" von 4A angegeben.
Im Schnitt steigt der MP2365 aber schon bei etwa 1A aus (Mittelwert).

Die Frage: Habe ich einfach nur die Kühlflächen für das IC zu klein 
gewählt oder habe ich einen Fehler bei der Auslegung gemacht? Ist das 
Layout ungeeignet und was könnte man besser machen?

Im Leerlauf (also rund 25mA Grundlast) hat die Ausgangsspannung einen 
Ripple von ca. 10mV. Für die Anwendung ist das absolut ausreichend.
Bei einem Tastverhältnis der Heizung von 0,16 sieht man Spannungsspitzen 
mit rund 3V Spitze-Spitze beim Lastwechsel. Das ist schon recht heftig, 
im Datenblatt wird bei einem Lastwechsel von 1A ein Ripple von 100mV 
abgebildet.
Die anderen zwei angehängten Bilder stellen den Spannungsverlauf an Pin 
3 ("Switch") dar. Hier kann ich zwischen Leerlauf und Belastung keinen 
unterschied erkennen.
Ich habe schon versucht den Strom durch die Induktivität zu messen, bei 
1,4MHz Schaltfrequenz ist das mit meinem Equipement aber nicht so 
einfach und hat keine brauchbaren Erkenntnisse ergeben.

Die Induktivität wird höchstens Lauwarm, der Schaltregler wird jedoch 
sehr heiß. Da die umliegende Kupferfläche und auch die Rückseite der 
Platine recht warm werden (geschätzt 50°C), gehe ich davon aus, dass das 
Exposed-Pad ordentlich angelötet wurde.

Als Induktivität wird eine WürthElektronik WE-PDF 7447798151 mit 15µH 
und Sättigungsstrom 4,0A verwendet. Die Kondensatoren sind alle 10µF 
Keramik. Mit einem WE-CBF 742792118 Ferrit wird am Eingang und Ausgang 
ein Pi-Filter gebildet um Störungen zu unterdrücken.
Die Diode ist, wie im Datenblatt empfohlen, eine B330A.

Ich hoffe ihr könnt mir ein paar Tips geben, wo ich den Fehler suchen 
muss!

Gruß
Sebastian

[Hansjoerg (Gast)]

Ein paar Rechnungen:

RDSON-Verluste:

3A macht bei 100mOhm Innenwiderstand(Bei raumtemperatur) und 150mOhm 
Innenwiderstand (bei 100°C Junction temperatur) 0,9 bzw. 1,4 Watt 
erlustleistung durch RDSON-Verluste.

Schaltverluste:

Dazu kommen dann noch Schaltverluste (abgelesen aus deinem Oszi-Bild 
Anstiegs- Abbfallzeiten von ca. 50 ns) von ca.

28V*3A*(50ns/800ns)=5,25W

(Wichtig wäre hier jedoch mit ner Stromzange den Strom zu messen um das 
wirklich richtig berechnen zu können. Habe in der Rechnung angenommen 
das Spannung + Strom nicht verschoben sind und Strom permanent bei 3A 
während Spannung sich ändert...)

Du hast also fast 7W Verluste in einem SO8-Package mit einem 
Wärmewiderstand von JC 10K/W

Mein Tip:

Stromzange besorgen und Verlusleistung mit dem Oszi messen.

Wenn du diese Schaltung so verwenden willst musst du unbedingt den IC 
besser kühlen. ich rate jedoch davon ab.

Tip:

Nimm einen TL431 + Transistor um deinen Spannung für den rest deiner 
Schaltung zu versorgen. Ein Linearregler macht bei 40mA nur 
64mW-Verlust...

Dann nimmst du nen NE555 + Lowside-MOFET + ordentliche treiberschaltung 
für den MOSFET um deine Heizung mit einer PWM zu versorgen. ein- und 
auszuschalten direkt aus der 28V-Quelle (nimm zur Sicherheit nen 
60V-MOSFET). Den Feedback-Pafad des ne 555 kannst du so ansteuern das 
auch gleich ne Temperaturregelung machst.

Geht also alles analog ohne viel IC-Einsatz

[Hansjoerg (Gast)]

Bei der Tip-Lösung Freilaufdiode über Heizungsanschluss nicht 
vergessen....