Ringing am Buck Converter

[Stefan (Gast)]

Hallo Leute,

heute brauche ich von euch einen Experten-/Entstörrat.

Es geht um folgendes:

Ich baue mir derzeit ein Batterieladegerät mit einem sekundär getakteten 
Schaltnetzteil (Eigenkonstruktion).
Der im Anhang angefügte Abwärts-Wandler wird von einem Microcontroller 
(Arduino Micro) per PWM mit einer Frequenz von 250 kHz angesteuert.

Die Eingangskondensatoren des Step-Down-Converters habe ich bereits im 
Abstand von ca. 2mm zum Schalttransistor (dem Foto mit der 
"Entstörvorrichtung" widersprechend) neu platziert.

Problem:

Exzessives Ringing am Ausgang nach der Speicherdrossel des 
Buck-Converters.

Eine Teilbehebung des Ringings von 1,4Vss auf 250mVss erledigte mein 
"spezieller" Filter (Siehe Foto mit blauem Ringkern).

Leider reicht diese Störunterdrückung immer noch nicht aus, um relative 
präzise mit dem µC die Ausgangsspannung zu messen.

Was (außer meine "Strickplatinen") könnte noch verändert werden -> 
Bauteilwerte usw...

Ist die Siebung der Trafospannung mit 7000µF noch zu gering (wird der 
Ripple mit dem µC mitgemessen?)??

Bitte um Hilfe!

[eProfi (Gast)]

> Was (außer meine "Strickplatinen") könnte noch verändert werden ->
Das Layout und die Masseführung (Ground-Plane).
Möglichst kleine Stromschleifen.
Und mal schauen, ob es nicht am Messen liegt.
Beitrag "Re: Störungen auf Masseplane messen"
Wie sieht das Ringing aus (Oszilogramm)?
Wie sieht der AD-Input aus?

[Nachtaktiver (Gast)]

Das Layout ist doch einfach nur eine Katastrophe. Mehr brauch man nicht 
dazu sagen.

[Detlef K. (adenin)]

Nachtaktiver schrieb:
> Das Layout ist doch einfach nur eine Katastrophe. Mehr brauch man nicht
> dazu sagen.

Was für ein Layout? ;)
Und Die Verbindung vom Mosfet zu Masse mag ich besonders (Bild 1). ;)

[Stefan (Gast)]

eProfi schrieb:
> Das Layout und die Masseführung (Ground-Plane).

Das heißt eine industriell gefertigte Platine MUSS her?

[Stefan (Gast)]

eProfi schrieb:
> Wie sieht der AD-Input aus?

Der ist o.k., keine verrückten Messwertschwankungen im ADC, nachgewiesen 
mit Entladung von einer Blei-Batterie (das "Gerät" kann auch mittels 
Step-Down-Wandler entladen). Die Mess-Spannungsteiler liegen direkt in 
diesem Fall an der Batterie. Somit steckt das Problem im Ausgangssignal 
des Abwärtswandlers beim Lade- bzw. Netzteilmodus.

[Stefan (Gast)]

eProfi schrieb:
> Wie sieht das Ringing aus (Oszilogramm)?
Siehe Screenshots.

[Michael K. (Gast)]

Was misst Du und wo misst Du das ?
Wo ist Dein Filter im Schaltplan und was für Bauteile (Kerne) verwendest 
Du ?

Die Darreichung der Informationen motiviert nicht wirklich dazu sich 
viel Zeit zu nehmen um Dir kompetent zu helfen.

Die Oszi Bilder sind so erstmal ohne jeden Zusammenhang und ich weiss 
nicht was Du für ein Problem damit hast.
Natürlich 'klingelt' bei einem Schaltregler alles mögliche und das wirst 
Du auch nie komplett abstellen können.
Mit einem wilden Drahtverhau wird das natürlich nicht besser.

Inwieweit Du mit einem Hantek USB Oszi verwertbare Messergebnisse 
bekommt und wo Du nur Deinen eingenen Messaufbau hinterherjagst kann ich 
kaum sagen.

Hast Du ein Effizienzproblem ?
Wie äussert sich das Problem von dem Du meinst es zu haben, ausser in 
einer gemessenen Schwingung an einem uns völlig unbekannten Messaufbau ?

[Stefan (Gast)]

Michael Knoelke schrieb:
> Hast Du ein Effizienzproblem ?

Nein.

[Michael K. (Gast)]

Stefan schrieb:
> Michael Knoelke schrieb:
>> Hast Du ein Effizienzproblem ?
>
> Nein.

Ok, wo ist dann das Problem ?

[Stefan (Gast)]

Michael Knoelke schrieb:
> Wie äussert sich das Problem von dem Du meinst es zu haben, ausser in
> einer gemessenen Schwingung an einem uns völlig unbekannten Messaufbau ?

Messaufbau:

Ausgang Buck Converter (nach der Freilaufdiode) ---+|10µF|--- 
Oszilloskop - GND

Problem:
Meassabweichung des ADC im Bereich von ca. 300mV, und diese Spannung ist 
zu groß, um Lithium-Mangan Akkus (ohne Schutzelektronik) zu laden.
Weiters siehe Information: 
Beitrag "Re: Ringing am Buck Converter"

Vielleicht liegt es wirklich an der Siebung der Trafospannung bzw. der 
Ripplespannung, da die ISR die Regelschleife (P-Regler) alle 50000µs 
ausführt und ein Running Average Filter die gemessene Gleichspannung mit 
10 Gliedern glättet und deshalb den Ripple von den Siebkondensatoren 
nicht schnell genug ausgleichen kann?

Ripple Rejection?

Ich werde das noch untersuchen (mit 2-Kanal Messung und Oszi) und melde 
mich wieder.

[Stefan (Gast)]

Michael Knoelke schrieb:
> Wo ist Dein Filter im Schaltplan und was für Bauteile (Kerne) verwendest
> Du ?

Der Filter fehlt leider im Schaltplan und ist aus der Bastelkiste. Auf 
jeden Fall ist der Kern aus Eisenpulver, da blau. Ich habe 2x3 Windungen 
mit der Ausgangsleitung (nach der Freilaufdiode) auf den Ringkern 
angebracht.

Ich nehme an das diese Filterdrossel weit aus effizienter ist als meine 
Version:

http://katalog.we-online.de/de/pbs/WE-SD?sid=5db0e30351#vs_t2:2

[Stefan (Gast)]

Habe eine Serienterminierung für den µC-PWM-Ausgang vorgesehen, die 
direkt nach dem PWM-Ausgang des µC geschaltet ist (50 Ohm). Zusätzlich 
ist der PWM-Draht (ca. 20cm lang), der zum Mosfet-Treiber führt, mit der 
Bezugsmasse (extra Leitung) verdrillt.

Ich weiß meine Schaltung ist sehr wild, habe aber leider das Budget für 
eine professionelle Platinenfertigung nicht, möchte mich aber trotzdem 
mit dem Thema Abwärtswandler mit Microkontroller beschäftigen.

Im angehängten Bildschirmfoto 1 wird in grün das PWM-Signal ohne 
Kondensator gleich nach dem Serienwiderstand gemessen. Der zweite 
Abgriff ist auf einem Testwiderstand nach den Umschaltrelais.
Jedoch hatte ich den Masseabgriff fürs Oszi bei der Last, also bei den 
Testwiderständen (extra Masse für Leistungsteil) gesetzt.
Wenn ich die Oszi-Masse an die µC-Masse hänge schwingt der PWM-Ausgang 
nicht mehr, aber die Schwingung am Testwiderstand hat sich erhöht. 
(Bildschirmfoto 2)

Somit bin ich der Meinung, dass ich meine Verbindungsmasse zwischen 
Steuerung und Leistungsteil gleich bei den Ausgangsklemmen der 
Relaisumschaltung und dem µC Teil setzen werde und so hoffe, dass sich 
die ungenaue Messung mit dem ADC sich in Luft auflöst.

[Stefan (Gast)]

Weiters noch eine Übersicht über die Messung.

[Max G. (l0wside)]

Schau doch mal hier:
http://www.ti.com/lit/an/slyt465/slyt465.pdf
http://www.ti.com/ww/en/analog/power_management/snubber_circuit_design.html

Max

[Michael K. (Gast)]

Stefan schrieb:
> Problem:
> Meassabweichung des ADC im Bereich von ca. 300mV, und diese Spannung ist
> zu groß, um Lithium-Mangan Akkus (ohne Schutzelektronik) zu laden.

Die Akku Spannung WÄHREND des Lades zu Messen hat ohnehin wenig 
Aussagekraft.

Stefan schrieb:
> Vielleicht liegt es wirklich an der Siebung der Trafospannung
Eine Schwingung im ns Bereich ?
Nyquist-Shannon Abtasttheorem ein Begriff ?
Tip:
Auflösevermögen Deines Oszis bedenken.
In Wahrheit sieht das nochmal ganz anders aus.

Es gibt bei Schaltreglern keine 0Ohm mehr.
Betrachte jede einzelne Drahtbrücke, jeden Kondensator und jede Spule 
als RLC Ersatzschaltbild und dann wird Dir klar werden was Du da 
eigentlich gerade misst.

Bei dem heillosen Chaos an Leitungslänge, Layout und noch einigem an 
Verständnissproblemen was schnelle Schaltvorgänge und deren Auswirkungen 
angeht schlage ich folgendes vor.

Extreme Mittelwertbildung der AD Werte, weil schelle Vorgange dem Akku 
eh Wurst sind.
Messung der Akku Spannung während inaktivität des Schaltreglers.

Aplikationsschriften zu EMV gerechtem PCB Layout lesen.
Darin wird noch am besten erklärt was eine schlechte Leitungsführung 
anrichten kann und wie man das umgeht.

Es spricht nichts dagegen sich per Lochraster dem Thema zu nähern.
Du solltest aber nicht von diffusen Werten reden, sondern immer den 
Zeitbereicht (frequenz) der betracheteten 'Störung' im Auge behalten und 
in Relation zu Deinen Meßmitteln setzen.
Schlechte Photos, Freitext und Selbtsreferenzierung ersetzen keinen 
Schaltplan und vernünftige Messungen gerade wenn man nach Hilfe fragt.

Schaltpläne die ich erst verstehen kann wenn ich 268 Netlabels und nicht 
dokumentierte Schaltungsteile im Kopf miteinander verbunden habe lese 
ich garnicht erst wenn ich dafür nicht bezahlt werde.

Deine Kerne sind genausowenig für den Frequenzbereich geeignet  wie 
alles andere an diesem geplatzen Kaninchenstall. So sieht der Kram 
nämlich aus.
Das ist auch keine Budgetfrage mehr sondern zeugt davon das Dir 
überhaupt nicht klar ist was eigentlich das Problem an hoch getakteten 
SNTs ist.

Fang mal mit 20Khz an und mache drei Kreuze wenn das halbwegs 
vernünftige Ergebnisse bringt.