Tiefsetzsteller Simulation in LTSpice

[Rush .. (rush)]

Hallo Community.

Erstmal ein frohes Neus! :-)


Ich wollte ein bisschen mit der Dimensionierung eines LC-Filters für 
Schaltregler herumexperimentieren. Dazu habe ich mich an dieses 
Eval-Board von TI gehalten:

http://www.ti.com/tool/PMP10900

Und hier die dazugehörigen Messergebnisse seitens TI.
http://www.ti.com/lit/ug/tidu778/tidu778.pdf

Nun, als erstes wollte ich den Stand der Grafik auf Seite 3 erreichen. 
Sprich 5V Eingangsspannung, 3,3V und 5A am Ausgang. Um auf die gleiche 
Schaltfrequenz wie in der Grafik zu kommen, habe ich mit einem Lineal 
die Periodenlänge und Ton in mm mit einem Lineal abgemessen und via 
Dreisatz in die Zeiten umgerechnet.

Dabei komme ich auf eine Periodenlänge von 1,23us und einer Ton-Zeit von 
0,98us. Damit habe ich dann die Spannungsquelle in der Simulation 
gefüttert.
Die Bauteilwerte habe ich aus dem Schaltplan bzw. der BOM des 
Eval-Boards entnommen:

BOM:
http://www.ti.com/lit/df/tidrcw5/tidrcw5.pdf

Schaltplan:
http://www.ti.com/lit/df/tidrcw4/tidrcw4.pdf

Nun, ich wundere mich, warum ich nicht auf die 3,3V Ausgansspannung 
komme. Die Ausgangsspannung pendelt sich quasi rippellos auf ca. 4V ein. 
Eigentlich habe ich erwartet, dass sich ein Rippel um 3,3V einstellt.

Mit Sicherheit ist es ein kleiner Fehler, aber gerade deswegen sehen ich 
ihn wahrscheinlich nicht ;-) Was habe ich falsch gemacht ?

MfG Rush

[lsss (Gast)]

Zoom mal rein, in den TI Messdaten ist der Rippel lediglich 40mVpkpk, 
wie willst du das bei der skalierung in dem Bild sehen?

[lsss (Gast)]

Rush .. schrieb:
> pendelt sich quasi rippellos auf ca. 4V ein

Passt doch: 5V*0,98/1.23 = ca 4 Volt

L1 ist ideal, also kein Spannungsabfall bei 5A und C1/C3 haben ebenfalls 
kein ESR, wo sollen da verluste entsehen?

[Rush .. (rush)]

Wenn ich reinzoome sehe ich ein rippe von gerade einmal 1mV.

Dummerweise sind in den Datenblättern der Kondensatoren keine ESR-Werte 
angeben. Also du meinst wenn ich diese mit parametrieren würde, ich auch 
auf die 3,3V mit dem entsprechenden 40mV ripple kommen würde ?

[Klaus R. (klara)]

Rush .. schrieb:
> Dummerweise sind in den Datenblättern der Kondensatoren keine ESR-Werte
> angeben.

Es gibt sogar einen Chart zu den ESR-Werten.

https://product.tdk.com/en/search/capacitor/ceramic/mlcc/info?part_no=C1608X5R0J226M080AC

Warum nimmst Du in der Simu eine Stromquelle als Last? Nimm mal einen 
ohmschen Widerstand. Dann sieht es auch etwas anders aus. Bei den 
Stromstärken würde ich auch die Widerstände der Leiterbahnen mit 
einbeziehen. Also, wenn Du eine möglichst realistische Simu haben 
möchtest, dann verwende auch realistische Parameter.
mfg klaus.

[Rush .. (rush)]

So, habe jetzt 0,66Ohm als Last anstatt der Stromquelle und 3,5mOhm als 
ESR für beide Cs. Trotzdem ist das rippel nur 1mV groß.

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo,
Hier mal mit Rser und Lser. Da kommt man schnell auf 20mVpp ripple. 
Selbst die 2nH Induktivität sind schon optimistisch. Im Anhang die Files 
für LTspice.

Beachte bitte dass ich in der Pulse-Quelle trise und tfall mit 20n 
definiert habe. Wenn man dort 0 einträgt, dann wird trise/tfall 10% der 
Pulsweite bzw. Pulspause. Das ist fast immer etas ganz aderes als das 
was beabsichtigt wurde.

Helmut

[Klaus R. (klara)]

Hallo Helmut,
warum nimmst Du in Deinem Beispiel als Last eine Stromquelle und ein 
Widerstand? In diesem Fall wird der Ausgang mit -13,2V vorgespannt?
mfg Klaus

[Helmut S. (helmuts)]

Bei mir wird gar nichts negativ, weil bei t=0 die 5V Quelle anliegt.

Trotzdem hätte ich besser noch das Häkchen "This is an active load" in 
der Laststromquelle setzen sollen. Das bewirkt, dass in jedem 
Betriebsfall die Stromquelle nie eine negative Spannung erzeugt.
Siehe die Schaltung im Anhang.

[Klaus R. (klara)]

Hallo Helmut,
in der Praxis habe ich aber eher selten eine aktive Last an einem 
Schaltnetzteil. Wird das Verhalten der Schaltung dadurch nicht gegenüber 
einer ohmschen Last verändert? Welche Vorteile gibt es durch eine aktive 
Last?
mfg klaus.

[Helmut S. (helmuts)]

Reale Verbraucher (ICs) lassen sich sehr gut als Parallelschaltung eines 
Widerstandes und einer Stromquelle modellieren. Schau dir dazu einfach 
mal die Kennlinien Isupply(Usupply) von ICs an.

[Klaus R. (klara)]

Hallo Helmut,
ich sehe nur noch nicht den tieferen Sinn warum man statt einem 
Lastwiderstand zwei Elemente einsetzen soll, einen Widerstand und eine 
dazu parallel geschaltete Stromquelle. Für mich wäre der simple 
Lastwiderstand transparenter.
mfg klaus

[Helmut S. (helmuts)]

Man muss ja keine Stromquelle als Last nehmen.
Mit eienr Stromquelle als Last hat man ein paar Grad weniger 
Phasenreserve bei der Spannungsregelung. Dadurch ist man noch näher am 
"worst case". Das wäre der einzige Vorteil der mir dazu einfällt. Der 
Unterschied ist aber  nicht wirklich groß.

[Klaus R. (klara)]

Vielen Dank für die Antwort.
mfg klaus