Hallo alle :) Ich beschäftige mich seit einiger Zeit mit DCDC-Konvertern (Buck) bzw nutze diese auch schon. Da gibt es meist eine Beschaltung des Fehlerverstärkers und ich fange gerade an, diese genauer zu berechnen anhand der Formeln im Datenblatt, damit ich dort auch mal angepasste Werte einsetze, anstatt Werte aus Beispielschaltungen. Das Problem ist, ich verstehe noch nicht ganz den Sinn und die Funktionsweise. Ich habe mir dazu mal den TPS54232 ausgesucht und mit den Formeln im Datenblatt ein paar Rechnungen gemacht. Die erhaltenen Werte für meinen Schaltungsaufbau weichen dabei oft stark von Beispielschaltungen ab. Vielleicht hat hier jemand mehr Einblick in das Thema und kann mir ein paar Dinge (kurz und/oder einfach) erklären? Dazu ein paar Fragen: In den Beispielen wird oft ein recht kleiner Ausgangskondensator verwendet, z.B. 22µF Keramik. Durch eigene Messungen hab ich mich entschieden, etwas zwischen 220µ und 470µ zu verwenden, da die Spannung glatter ist. Dadurch ändern sich auch die Werte der Bauelemente für die Kompensierung. Außerdem habe ich parallel meist noch kleine Keramik-Cs. Ist es denn allgemein besser, eher kleine Ausgangs-Cs zu verwenden oder kann man auch größere nehmen und muss lediglich die Werte der Kompensations-Beschaltung anpassen? Ich fand bisher nur sehr komplizierte Beispiele, aber gibt es eine einfache Formel, bei mehreren parallelen Ausgangskapazitäten den Gesamt-ESR zu bestimmen, wenn der für alle einzelnen bekannt ist? Ich bin dabei immer von einfacher Parallelschaltung der Widerstände ausgegangen und nahm bei 3 paralleln Kondensatoren dementsprechend z.B. 200 mOhm des Elkos, sowie je 2x 5 mOhm der Keramik-Cs and und komme bei diesem Beispiel auf 2.469 mOhm. Aber kann das so einfach sein? Und jetzt noch 2.5 Rechenbeispiele: Das erste ist aus dem Datenblatt (und ich komme beim Nachrechnen auf andere Werte, als in deren Rechnung. Im Datenblatt wird ein ESR von 5 mOhm angenommen, beim Nachrechnen erhalte ich die Ergebnisse des Datenblatts aber für einen ESR von 2.5 mOhm, sehe aber nirgends, warum die mit der Hälfte gerechnet haben) edit: crossover-freq. ist auf 50 kHz festegelegt, Schaltfreq. ist 1 MHz, phase margin = 60° Vout = 2.5 V Iout(max) = 2 A K (für ripple) = 0.35 (35% von Iout) Vin(max) = 15V damit ergibt sich eine minimale Induktivät von 3.3 µH, mit Irms = 2.01 A und Ipk = 2.39 A. Minimale Ausgangskapazität sollte 2.5 µF sein, man benutzt in diesem Beispiel 22µF Keramik mit etwa ESR = 5 mOhm. Daraus berechnen sich folgende Werte für die Kompensationsbeschaltung: phase loss = -91.4°, phase boost = 61.4° pole frequency = 196.2 kHz, zero frequ. = 12.7 kHz Rz = 17.7 kOhm, Cz = 705 pF, Cp = 46 pF Jetzt das Rechenbeispiel für meine Beschaltung: Vout = 5 V Iout(max) = 2 A K (für ripple) = 0.35 Vin(max) = 24V damit ergibt sich eine minimale Induktivät von 5.7 µH. ich nehme 10 µH mit Irms = 2.01 A und Ipk = 2.25 A. Minimale Ausgangskapazität sollte 1.3 µF sein, ich nehme nun einen 470µF Elko mit etwa ESR = 200 mOhm. Daraus berechnen sich folgende Werte für die Kompensationsbeschaltung: phase loss = -11.8°, phase boost = -18.2° pole frequency = 36.2 kHz, zero frequ. = 69.1 kHz Rz = 756.4 kOhm, Cz = 3 pF, Cp = 5.8 pF Nun nochmal die Fragen: Kann das sein, dass ich tatsächlich diese berechneten Werte einsetzen muss? Sollte ich tatsächlich nur eine kleine Ausgangskapazität verwenden aus Keramik? Oder funktioniert es, wenn ich zum großen Elko noch Keramik-Cs parallel schalte? Wenn ja, welche Kapazitäten sollte ich nehmen? 100nF? 10µ? Oder sogar beide? Ich hoffe, Ihr versteht, worauf ich hinaus will :) Nehme ich im zweiten Beispiel einen ESR von 2 mOhm an (bei 470µF plus 2 Keramik Cs von sagen wir 100 nF), ändern sich die Werte in: phase loss = -83.4°, phase boost = 53.4° pole frequency = 151.2 kHz, zero frequ. = 16.5 kHz Rz bleibt 756.4 kOhm, Cz = 12.7 pF, Cp = 1.4 pF Hauptproblematik sehe ich hier beim Errechnen des Gesamt-ESR sowie die recht unterschiedlichen Werte von Rz, Cz und Cp. Danke für Aufklärung, das würde mir zum Verständnis in Zukunft sehr helfen :)
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Vor einiger Zeit habe ich mich mit TypIII-Kompensatoren beschäftigt und bin dabei auf die exzellenten papers von Dean Venable gestoßen. Leider scheint er sie mit ins Grab genommen zu haben, denn auf seiner Homepage sind sie nicht mehr. Jedenfalls scheint es mir keine gute Idee zu sein eine große Ausgangskapazität mit nur mäßig gutem ESR zu wählen. Das ESR-zero rutscht dadurch auf recht niedrige Frequenzen ab - und das macht die Kompensation mit passendem ESR-Pol nicht einfacher. Damals hab ich mir meine eigenen spreadsheets gebastelt (open office), komplexe Zahlenberechnung innerhalb von Tabellenkalkulationen sind ja recht gewöhnungsbedürftig. Wenn Interesse besteht, könnte ich die mal rauskramen. Abgesehen von der theoretischen Behandlung stößt die praktische Messung des Bode-Diagramms auf Schwierigkeiten: Wie will man denn bis Fc und höher messen in Anwesenheit der störenden Taktfrequenz des Wandlers?
"Ist es denn allgemein besser, eher kleine Ausgangs-Cs zu verwenden oder kann man auch größere nehmen und muss lediglich die Werte der Kompensations-Beschaltung anpassen? " Guck dir mal das ESB eines Kondensators an. Da erkennt man einen Reihenschwingkreis drin. Der sorgt dafür, dass es eine Frequenz gibt, wo dieser Kondensator einen unendlich hohen Widerstand hat. Also verwendet man zur Störungsunterdrückung häufig mehrere Kondensatoren parallel: - 100µF Elko - 100nF Keramik Dann liegen die Nullstellen auseinander und bei jeder gegebenen Frequenz gibt es mindestens einen Kondensator, der noch seinen Job macht. Ein Elko verhält sich ab einer gewissen Frequenz wie eine pefekte Spule. Ist für HF eine extrem unpraktische Eigenschaft.
Wo hat ein Reihenschwingkreis einen unendlichen Widerstand? Bei Gleichspannung. Die paar 10nH Eigeninduktivität eines Elkos sind, in Verbindung mit den ESRs, im interessenden Frequenzbereich wohl eher vernachlässigbar.
Mh ja du hast Recht mit dem Reihenschwingkreis. Aber der Rest bleibt. Andernfalls würden die Vorlesungen Hochfrequenztechnik und Automobilelektronik lügen. Und der interessante Frequenzbereich ist halt so ne Frage. Rechteckschwingungen wie bei PWM haben ein unendlich breites Spektrum. Bei 100kHz Grundfrequenz kommt man deutlich in die Mhz-Bereiche rein. Und da ist ein Elko schon deutlich von idealen 90° Phasenverschiebung entfernt.
uh, ok ... also leite ich jetzt einfach daraus ab, dass ich das quasi schon richtig mache und den Gesamt-ESR mit den Keramik-Cs niedrig halte und auch einfach wie parallele ohmsche Widerstände errechnen kann. Die recht "krassen" Unterschiede zwischen den Werten aus dem Beispiel und meinem Anwendungsfall (17 kOhm -> 750 kOhm, 700 pf -> 12 pF und 47 pF -> 1.4 pF) sind also ganz normal? Was die Kompensation betrifft, vermute ich einfach mal: man möchte die gain-Kurve über einem Frequenzbereich möglichst gerade halten?
Nik A. schrieb: > Was die Kompensation betrifft, vermute ich einfach mal: man möchte die > gain-Kurve über einem Frequenzbereich möglichst gerade halten? Die Kompensation erfolgt vorrangig unter dem Aspekt des Phasenspielraumes, die gain-Kurve ist dabei nicht möglichst gerade sondern eher ziemlich verbogen. Wie man das macht, hat Dean Venable beschrieben, s. meinen vorigen Beitrag.
Mark S. schrieb: > hat Dean Venable > beschrieben Sind die Dokumente nicht "unauffindbar"? Dann hilft ihm das doch leider auch nicht. Ich wollte gar nix schreiben, weil ich da selbst noch nicht recht durchblicke, aber ich kenne z.B. ein Dokument mit versch. Herangehensweisen, die Regelung eines Buck stabil / besser hin zu kriegen. Hoffentlich hilfts... https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj2nv2vuvjKAhUChg8KHY5ACMwQFgg9MAM&url=http%3A%2F%2Fweb.cecs.pdx.edu%2F~tymerski%2Fchap1.pdf&usg=AFQjCNHuDCak9liCcfAbxG7g24LaCqlxug&sig2=jqcaWFmKxhWb_Fqxfz2F5A Ansonsten kann ich nur raten, sich erstens mal an die Literatur zu dem benannten Baustein, und anderer Lit. des Herstellers zu halten. Das vereinfacht teils den Bezug. Zweitens aber ist Englisch nicht unsere Muttersprache, daher sollte man nach deutscher Literatur suchen. Solange man keine solche oder nicht genug davon findet, kann man aber wenigstens Dokumente verschiedener Autoren lesen - denn verschiedene Formulierungen und Bedeutungen gehen bei nur einem Autor mit seiner besonderen Art zu schreiben dann eher mal "lost (in translation)". Ich hoffe, Du weißt, was ich meine. P.S.: Hast Du diese Website schon mal gründlich zu dem Thema durchsucht? Geht z.B. auch bei Google, Eingabe "Schlagworte site:Mikrocontroller.net" - in Deinem Fall wären diese halt PI Regler, Kompensation, ... nicht zu viele auf einmal, sonst keine Treffer.
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Mit deutscher Literatur zum Thema sieht es da wohl eher schlecht aus. Ansonsten sollte die Suche nach "k-factor" "venable" einiges zu Tage fördern.
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Bei Bedarf kann ich Dir die papers von venable zu posten. Sie sind offenbar im Netz nicht mehr auffindbar.
@voltwide: wenn ich die verstehe, gern ;D ich hab das heute mal in der Praxis probiert und die errechneten Werte benutzt. Die Schaltung war danach nicht stabil. Sehr eigenartig ... Die Spannung war schon da und brach auch nicht ein, allerdings bekam die Drossel kein Rechteck bzw nur manchmal. Nachdem ich wieder meine stark von der Rechnung abweichenden Bauelement-Werte genommen habe, war alles wieder ok ... Mit den errechneten Werten konnte ich am Comp-Pin zumindest ein deutliches Rechteck sehen (min. 150 mV), mit den vorher eingesetzten Werten war es kaum zu sehen bzw sah sehr verrauscht aus. Allerdings bekommt die Spule (wie erwähnt) kein ordentliches Rechteck mit den errechneten Werten, und ich behaupte mal, da sollte doch eignetlich eins sein, wenn kein Leerlauf vorliegt :o
voltwide schrieb: > Bei Bedarf kann ich Dir die papers von venable zu posten. Sie sind > offenbar im Netz nicht mehr auffindbar. Würdest Du die bitte auch mir vermitteln? (Habe keine Ahnung, wie es mit Urheberrechten aussieht, deshalb frage ich nicht gleich nach einer "Öffentlichmachung" hier im Forum.)
Die Venable papers waren für mich das mit Abstand Verständlichste zu dem Thema das zu finden war. Es gibt immer noch diverse Zitate dieser Quelle, die auf die homepage von Venable verlinken. Jedoch sind diese kurz nach dessen Tode von der Seite verschwunden. Das was ich davon noch gesichert habe, hänge ich hier mal an.
Aus 2010 habe ich mal ein paar Unterlagen zum Thema herausgekramt: spreadsheet, LTspice-simulation und etwas text.
Im Internetarchiv von 1997 sind alle Texte zu finden: https://web.archive.org/web/19970413015916/http://venableind.com/techpap/tpindex.html
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