Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Netzteilprobleme mit LM2596S DC-DC Step-Down Schaltregler


von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

ich habe seit ca. 2 Wochen vermutlich Schwierigkeiten mit der 
Spannungsversorgung eines Raspberry Pi.

Ich habe seit längerer Zeit (Anfang des Jahres) zwei Raspberrys im 
Dauerbetrieb laufen.
1x Raspberry Pi 2 (mit Kodi und SAT-EMpfänger für Aufnahmen)
1x Raspberry Pi 1 (ist auch schon etwas älter....dort läuft der Logitech 
Media Server und ein paar andere Dienste drauf)

Beide haben jeweils einen LM2596S DC-DC Step-Down Schaltregler für die 
Spannungsversorgung (von einem 12V Netzteil). Wie z.B. diese hier:
http://www.ebay.de/itm/5x-LM2596S-DC-DC-Step-Down-Schaltregler-Schalt-Netzteil-Modul-Wandler-Konverter-/121499378192?hash=item1c49ed6210:g:lyoAAOSwkNZUhUu3

Nun fällt fast jede Nacht der Raspberry 1 aus. In den Log-Dateien gibt 
es absolut keinen Hinweis auf ein Problem. Es wird zu der Zeit (meist 
zwischen 4 und 5 Uhr) auch keine Aktion ausgeführt. Der Rapsberry friert 
einfach ein. Keine weitere Reaktion mehr möglich.
Der zweite Raspberry läuft und läuft und läuft...also muss ja etwas 
anders sein (abgesehen davon, das der Pi 2 besser ist...und er schon 
z.B. bei einer zu geringen Eingangsspannung das Übertakten abstellt)
Ich habe jetzt einfach mal mein DSO201 angeschlossen. Es ist sehr 
deutlich, das die Eingangsspannung nicht wirklich glatt ist.
RPi1:
VMax: 5,33V
VMin: 5,06V
Vpp: 0,27V

RPi2:
VMax: 5,47V
VMin: 5,26V
Vpp: 0,21V

In letzter Zeit haben wir häufiger mal das Gefühl, das unser Licht sehr 
kurz flackert. Ich könnte mir vorstellen, das hier schon irgendetwas 
nicht stimmt. Es ist aber auch ein sehr altes Haus mit einer sehr alten 
Installation. Es könnte z.B. sein, dass zu der Zeit z.B. die Heizung 
anspringt.
Das ist aber vielleicht mal einen anderen Thread wert, wie man hier das 
Problem finden kann.

Nervig ist, das es gelegentlich durch den harten Absturz zu 
Dateisystemfehlern kommt. Ich habe zwar immer eine Reservekarte 
liegen...aber auf Dauer macht es keinen Spaß jeden 2-3 Tag die Karte neu 
zu beschreiben.

Insgesamt würde ich behaupten, das könnte wirklich an einer 
kurzfristigen Unterspannung liegen. Aber wie soll ich das beweisen? 
Tagsüber läuft auch unter volllast alles problemlos.

Ich denke ein glätten der Spannung wäre der erste Schritt um eine 
Aussage treffen zu können. Reicht es einen Elko (z.B. 47µF hätte ich 
noch ein paar liegen) hier mit dranzuhängen? Oder muss ich auch eine 
Spule etc. haben um das richtig zu machen? Wie lege ich so etwas aus?

Der nächste Schritt wäre dann ein durchgehendes Loggen der Spannung um 
auch wirklich die Ursache zu erkennen. Aber da weiß ich (noch) nicht, 
wie ich das vielleicht mit einem dritten RPi günstig lösen könnte. Ich 
habe auch noch ein Digitek DT-4000ZC mit Serieller Schnittstelle. Ich 
vermute aber das die Messfrequenz viel zu langsam ist um etwas 
feststellen zu können.

Also eigentlich sehr lange fragestellung mit sehr kurzer Frage: Wie kann 
ich an einem LM2596S-DC-DC-Step-Down-Schaltregler die Ausgangsspanung am 
besten (einfachsten) glätten?

Gruß
Bismosa

: Verschoben durch User
von Wolfgang (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Wie kann ich an einem LM2596S-DC-DC-Step-Down-Schaltregler die
> Ausgangsspanung am besten (einfachsten) glätten?

Sascha S. schrieb:
> Beide haben jeweils einen LM2596S DC-DC Step-Down Schaltregler für die
> Spannungsversorgung (von einem 12V Netzteil).

Hängen die beiden DC-DC Wandler am selben 12V Netzteil? Und wie sieht 
dort das Filter gegen Störungen aus dem 230V Netz aus.

Ist der LM2596 ausreichend gekühlt?

von Michael B. (laberkopp)


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Sascha S. schrieb:
> Wie kann
> ich an einem LM2596S-DC-DC-Step-Down-Schaltregler die Ausgangsspanung am
> besten (einfachsten) glätten?

Mit einem LC Filter.

Die 0.2V sind innerhalb der Spec.
Was nachts passiert wird wohl eine andere Ursache haben.

--100uH--+--
         |
       100uF
         |
---------+--

sollte reichen.

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

auf die Idee war ich ja noch gar nicht gekommen auch mal die 
Eingangsspannung anzuschauen. Beide Wandler hängen am gleichen 12V 
Netzteil.
Das sieht im Vergleich noch gruseliger aus.
VMax: 13,8V
VMin: 11,3V
Vpp: 2,5V

Es ist ein altes Netzteil von einem Externen Festplattengehäuse.

Extra gekühlt ist der LM2596 nicht. Unter volllast wird er auch etwas 
wärmer...aber noch nicht so heiß das ich da wirklich Angst hätte (kann 
das aber leider derzeit nicht messen)
Die Platine ist auch offen...hat also ausreichend Luftkühlung.
Ich kann mir auch nicht vorstellen, das da Nachts aufgrund von Wärme 
etwas passiert. Da ist die Heizung aus und der Raum hat ein paar Grad 
weniger.

@Michael
Schade...eine Spule habe ich gerade nicht rumfliegen. Wüsste auch auf 
Anhieb nicht, wo ich die ausbauen könnte...ich muss da nochmal ein 
bisschen in den Kisten wühlen...vielleicht habe ich da noch ein altes 
Netzteil ;)
Sonst muss ich Anfang der Woche mal zu Conrad...wegen einem 
Pfennigartikel...wie immer.

Habt ihr denn Vermutungen, was Nachts passieren könnte?

Danke!

Gruß
Bismosa

von Wolfgang (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Habt ihr denn Vermutungen, was Nachts passieren könnte?

Zählerüberlauf in der Software, Abschalten der Nachspeicherheizung, 
Geisterstunde  ;-)

Bei Conrad könntest du dir gegen Netzstörungen 398667 oder eines der 
größeren Schaffner FN281 Netzfilter ansehen. Vielleicht gelangen auch 
Mantelwellen über das Sat-Kabel bis zum Raspberry Pi.

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,
Software möchte ich ausschließen. Laufen zwar einige eigene 
scripte...aber wenn es da zum Fehler kommt gibt es zumindest in den 
logdateien Hinweise.

Also doch Geisterstunde... Oder ein Güterzug der zu viele 
Erschütterungen erzeugt (ja...wir wohnen direkt an einer Bahntrasse mi 
recht viel Verkehr).

Wie kommst du jetzt auf einen Netzfilter auf der 230v Seite? Da habe ich 
tatsächlich noch was brauchbares Rumliegen.
Ich traue mich aber nicht das dso mit meiner x10 Probe. an 230v zu 
hängen. Da habe ich nicht genügend vertrauen...

Gruß
Bismosa

von Sascha S. (bismosa)


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Guten Morgen!

Neuer Tag...neue Eerkentnisse!

Nachdem ich gestern mal wieder die SD-Karte neu bespielen musste, da 
sich wieder alles verabschiedet hat...habe ich vermutlich die 
Fehlerursache erwischt.
Erstmal muss ich mich berichtigen. Ich habe da nicht den Raspberry A 
sondern doch schon den B+ eingesetzt. Das macht den Unterschied, das ich 
die Spannungsüberwachung (würde auch über das Bunte Quadrat über HDMI 
angezeigt...da ich da aber nichts am HDMI dran habe konnte ich das nie 
sehen) habe. Zusätzlich zum Quadrat wird auch ein GPIO-Pin geschaltet. 
Diesen kann ich dann mit Software überwachen. Ein kleines Script habe 
ich hier gefunden:
https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=29&t=82373&start=75
(Beitrag von mikerr Tue Apr 14, 2015 8:41 am)

Das habe ich dann gleich mal ausprobiert. Script laufen lassen und eine 
hohe Prozessorlast verursacht. Dazu dann parallel mehrere Musikplayer 
laufen lassen. Immer wenn ich den Titel gewechselt habe (und somit auch 
die Festplatte, die am USB-Hub hängt den ich mit dem gleichen Netzteil 
betreibe, lesen musste)kam es zu einer kurzen Warnung der Unterspannung. 
Auf meinem DSO war dies aber kaum zu erkennen. Nur einmal habe ich kurz 
gesehen, dass die Spannung auf 4,xx v gesunken ist.

Also vermutlich doch ein Problem, wenn ich kurzzeitig etwas mehr Strom 
ziehe. Ich weiß dadurch zwar nicht, was nachts passiert...aber 
vermutlich läuft da mal kurz die Festplatte an etc. und verursacht 
diesen Absturz.

Jetzt also die Frage: Reicht es mit dem vorgeschlagenen LC-Filter auch 
diesen Spannungsdrop zu eleminieren?
Oder kann ich diesen mit einem größeren Elko puffern?

Muss die Drossel genau auf den Maximalen Strom ausgelegt werden?
Conrad hat leider nichts passendes in Bremen da...also müsste ich die eh 
bestellen. Aber 100µh 2A ist gar nicht so einfach zu finden. 5A gibt es 
da schon häufiger. (Ich hätte nicht gedacht, das die so teuer sind...)

Ansonsten hätte ich noch eine alte Kohlenbürstenbrücke aus einem 12V 
Lüftermotor vom Auto. Ich weiß aber nicht welche Induktivität die Spulen 
haben. Messmittel habe ich dafür leider nicht.

Gruß
Bismosa

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

sorry für noch einen Post. Aber ein Editieren war nicht mehr möglich.

Ich habe jetzt die ganze Zeit noch weiter geforscht. So langsam weiß ich 
auch mit welchen Suchbegriffen ich etwas finden kann.

So bin ich nun auch im Datenblatt zum LM2596 fündig geworden. Dort wird 
auch ein LC Filter vorgeschlagen. Allerdings mit 3µh und 180µF.
Hier hat das mal jemand aufgebaut:
http://fpv-community.de/showthread.php?22821-LM2596S-Stepdown-zus%E4tzlicher-LC-Filter

Wobei dies vermutlich ja nicht wirklich mein Problem ist. Es scheint 
nicht unbedingt erforderlich.

Auf einer anderen Seite ( 
http://www.forum-raspberrypi.de/Thread-3-raspberrys-an-einem-12v-5a-netzteil-mit-lm2596 
) habe ich einen Kommentar geglesen, dass der Ausgangskondensator auf 
1000µ/6,3V geändert werden sollte (für den Betrieb an einem Raspberry). 
Da weiß ich aber auch nicht, ob das LOW ESR sein muss...
Davon habe ich auf jeden Fall noch welche in meiner Bastelkiste. Ich 
denke ich werde das heute mal versuchen. Bevor ich nachher wieder einen 
Kondensator extra bestellen muss.

Oder seht ihr da eine Gefahr für den Spannungsregler oder Raspberry?

Gruß
Bismosa

von Klaus (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Also vermutlich doch ein Problem, wenn ich kurzzeitig etwas mehr Strom
> ziehe. Ich weiß dadurch zwar nicht, was nachts passiert...aber
> vermutlich läuft da mal kurz die Festplatte an etc. und verursacht
> diesen Absturz.

Ob das Pimpen einer offensichtlich unterdimensonierten Stromversorgung 
mit L und C eine Lösung darstellt, wage ich zu bezweifeln.

MfG Klaus

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

warum unterdimensioniert? Die Schaltregler sollen 3A (max) machen. Ich 
brauche nie mehr als 1,5A (max). Wobei ich nicht genau weiß, was bei dem 
Drop wirklich an Strom benötigt wird. Jedoch bin ich mir recht sicher, 
das das nicht mehr als 2A sein kann. Es ist nur der Raspberry, eine 
externe 3,5" HDD und 6 Led´s angeschlossen. Mehr nicht.

Vielleicht liege ich ja auch verkehrt?

Gruß
Bismosa

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sascha S. schrieb:
> Beide haben jeweils einen LM2596S DC-DC Step-Down Schaltregler für die
> Spannungsversorgung (von einem 12V Netzteil). Wie z.B. diese hier:
Mach doch einfach mal eine simple Belastungsmessung mit einem 
Lastwiderstand und so. Denn ein "sollte 3A können" hilft hier nicht 
weiter.

> Also eigentlich sehr lange fragestellung mit sehr kurzer Frage: Wie kann
> ich an einem LM2596S-DC-DC-Step-Down-Schaltregler die Ausgangsspanung am
> besten (einfachsten) glätten?
Nur mit einem dicken und fetten Elko. Denn du willst mit diesem 
Work-Around die Spannung nicht "glätten", sondern du brauchst eine Art 
"Sekunden-USV". Also: großen Elko mit min. 10000uF dran. Wenns zur 
Überbrückung von Netzausfällen ist, dann am besten vor den 
Schaltregler.

Sascha S. schrieb:
> eine externe 3,5" HDD
Was braucht die beim Anlaufen?

> Jedoch bin ich mir recht sicher...
Messen ist besser als Raten. Und geraten hast du jetzt ja genug...

: Bearbeitet durch Moderator
von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

ja...geraten habe ich viel. Leider habe ich (noch) nicht so gute 
Meßmittel. Daher versuche ich mir ja die Lösung des Problems irgendwie 
zu erarbeiten. Sorry, falls das zu viel ist.

Heute Abend werde ich mal eine Last-Messung mit meinen Mitteln 
versuchen.

Verbaut ist diese Festplatte:
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1200000-1299999/001232135-da-01-de-TOSHIBA_CANVIO_BASICS_1TB.pdf

Die Festplatte ist mit max. 900mAh angegeben. Ich weiß aber nicht ob man 
darauf vertrauen kann.
Der Raspberry wird mit 700mA max. angegeben. Ich hatte vor längerer Zeit 
mal gemessen und bin nie auf über 500mA gekommen (und hatte sogar noch 
etwas an USB angesschlossen).
Also finde ich meine Vermutung nicht so schlecht ???

Gruß
Bismosa

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sascha S. schrieb:
> Die Festplatte ist mit max. 900mAh angegeben.
Sicher nicht.
Genausowenig nämlich, wie die Geschwindigkeit eines Autos in km 
angegeben wird.

> Also finde ich meine Vermutung nicht so schlecht ???
Man kann sich abends in der Bar die Frauen auch "schönsaufen"...  :-/

Wenn du keine Messinstrumente hast, dann nimm den erwähnten 10000uF 
Kondensator und klemme ihn zwischen das Netzteil und dein 
Schaltreglermodul. Und dann kuckst du mal, ob das Ding damit die Nacht 
durchläuft.

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

ja...sorry...hab mich vertippt. Ich meinte natürlich max. 900mA.

Ich möchte hier niemanden durch meine Vermutungen verärgern! Ich bin nur 
totaler Laie und möchte auch aus meinen Fehlern möglichst etwas 
lernen...heute Abend bin ich dann vielleicht etwas schlauer.

Gruß
Bismosa

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo,

so...ich habe jetzt mal eine Messung durchgeführt und bin quasi 
entsetzt.
1. Messung: 600mA 5,02V (in etwa das Ergebnis wie beim laufenden Pi)
2. Messung: 1,7A 4,9V (aber meist weniger) mit starkem Brummen
3. Messung: 2,8A 4,14V und die Platine fing an zu schwingen. Kurze Zeit 
später ging dann nix mehr.

Ok...stabil ist das nicht. Ich gebe es zu...ich habe mich von den Daten 
täuschen lassen. Also werde ich jetzt von den Bastellösungen auf ein 
anderes Netzteil wechseln. Da bin ich aber noch auf der Suche was ich da 
mache. Ich habe in der Kiste zwei Raspberrys (die ich derzeit jeweils 
mit einer eigenen LM2596 Platine versorge) die beidde auch 24/7 laufen.
Dazu habe ich jeweils einen USB-Hub über einen LM2596 versorgt und von 
da aus die Raspberrys, jeweils eine Festplatte und den anderen Kram...

Ich tendiere jetzt zu einer solchen Lösung:
http://www.amazon.de/AIPowerTM-Ladeger%C3%A4t-Ladeadapter-Smartphones-USB-ladende/dp/B00JDGU9WQ/ref=pd_sim_147_5?ie=UTF8&dpID=31VDmDr4HvL&dpSrc=sims&preST=_AC_UL160_SR160%2C160_&refRID=1RYCCE1ESWJ3BC4YKKNK

Dann müsste ich nur noch ein USB-Kabel auf Stromversorgung vom Hub 
basteln. In der Hoffnung, das dann alles funktioniert.

Aber ob ich damit dann glücklich werde???

Danke für die ganzen Hilfen!

Gruß
Bismosa

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Sascha S. schrieb:
> 2. Messung: 1,7A 4,9V (aber meist weniger) mit starkem Brummen
> 3. Messung: 2,8A 4,14V und die Platine fing an zu schwingen.
Wie hat dabei die Eingangsspannung ausgesehen?

von Sascha S. (bismosa)


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Die lag die ganze Zeit bei ca. 11,3V - 11,5V. Fast unverändert.

Gruß
Bismosa

von Sascha S. (bismosa)


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So...ich habe jetzt nochmal um von der Theorie wegzukommen meiner Frau 
das IPad Netzteil (amzdeal 2x2A) weggenommen.
Leerlaufspannung 5,1V
Bootvorgang: 4,95-5V
100%CPU + HDD Anlauf: < 4,6V (Ich glaube kurz bei 4,5V)
Wobei ich zugeben muss, dass hier bestimmt auch die zusätzliche 
USB-Leitung zwischen Netzteil und USB-Hub eine Rolle spielt.

Somit ebenso unbrauchbar :(

Also habe ich meine Bastelkisten nochmal umgekramt und tatsächlich noch 
ein alten USB-Hub mit Netzteil 2A ausfindig gemacht.
Leerlaufspannung: 5,2V
Bootvorgang: 5 - 5,1V
100%CPU + HDD Anlauf: 4,9V. Keine Unterspannungswarnung vom RPI mehr.

Das geht doch schon eher in eine vernünftige Richtung. Das werde ich 
jetzt erst einmal beobachten...wenn es funktioniert dann bleibe ich 
dabei.
Dann muss ich mir nur noch ein zusätzlichen Hub für den anderen RPI 
besorgen. Aber noch läuft der auch Stabil...das kann also auch ein paar 
Tage warten.

Gruß
Bismosa

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