Hallo zusammen,
ich muss hier mal um Hilfe nachfragen.
Ich habe ein Problem mit dem Spannungsregler LM2596ADJ, bei Belastung
bricht die Ausgangsspannung ein. Ich habe dazu schon einiges gelesen,
weitergeholfen hat es nur teilweise.
Schaltplan und Layout habe ich angehängt. Aufgebaut ist die Schaltung
z.Z. auf einer selbst geätzten Platine.
Ich vermute, dass die Spule nicht so ganz ideal ist, bin aber
überfordert das aus dem Datenblatt herauszulesen. Mit dem Datenblatt
habe ich sowieso einige Probleme, z.B. ist dort auf Seite 10 in der
Beispielrechnung Vsat einmal mit 1,5V (richtig) und einmal mit 5V
benutzt wurden.
Eingangskondensator: Panasonic HD-Serie
Ausgangskondensator: Panasonic FK-Serie
Als Spule habe ich bereits mehrere probiert, zum einen Eaton DR127 und
eine von Würth Elektronik, deren Typ ich nicht kenne, da von einer
Schrottplatine wiederverwertet. Sie ist etwa 50% höher als die Eaton.
Eingangsspannung sind 12V, Ausgangsspannung 6V. Als Ausgangsstrom
sollten 2,5 - 3A möglich sein.
Hier meine Versuche:
Michael K. schrieb:> Ich vermute, dass die Spule nicht so ganz ideal ist, bin aber> überfordert das aus dem Datenblatt herauszulesen.
Na ja, die 22uH Spule schafft laut Datenblatt 1.67A,
DR73-220-R 22.0 22.65 1.62 1.67 0.107 17.0
der LM2596 lässt pro Puls aber bis zu 7.5A zu.
Current Limit (Peak Current, Notes 2 and 3) ICL 4.2 3.5 5.6 6.9 7.5 A
Klar ist die Spule hoffnungslos unterdimensioniert.
Michael B. schrieb:
> Na ja, die 22uH Spule schafft laut Datenblatt 1.67A,> DR73-220-R 22.0 22.65 1.62 1.67 0.107 17.0> der LM2596 lässt pro Puls aber bis zu 7.5A zu.
Ich habe aber eine DR127. Das verlinkte Datenblatt beschreibt einige
Serien von Eaton. Mit der DR127 sollten 4A möglich sein, das hielt ich
Anfangs für ausreichend. Ich gebe aber zu, aus dem Datenblatt nicht
herauslesen zu können, wie das bei 150kHz aussieht.
Danke, Gruss Micha
Michael B. schrieb:> Na ja, die 22uH Spule schafft laut Datenblatt 1.67A,> der LM2596 lässt pro Puls aber bis zu 7.5A zu.
Laut Datasheet sollte die Spule 1.15 x I(load) abkönnen. Bei seinen 3A
also 3,5A. Die 7,5A sind Peaks, die im Normalbetrieb nicht vorkommen.
Ist das eine einseitige Platine? Das Layout finde ich
verbesserungswürdig. VOut muss durch die dünne Leitung zwischen Pin 1
und 3 durch. Vielleicht ist bei der selbst geätzten Platine die
Leiterbahn dazwischen einfach etwas sehr dünn geworden?
Michael K. schrieb:> Eingangskondensator: Panasonic HD-Serie
dessen ESR ist im Datenblatt leider nur indirekt - über tan(delta) - und
nur für 120Hz angegeben. Rechnerisch komme ich aus der Datenblattangabe
auf einen ESR von ca. 2 Ohm bei 120 Hz - was ein extrem großer Wert
wäre. Am Eingang braucht dein Buck unbedingt einen low-ESR Kondensator.
In Fig. 23 des Datenblatts wird z.B. eine Kondensatorfamilie gezeigt,
die wesentlich höhere RMS-Ströme verträgt als dein Panasonic (also
deutlich kleineren ESR hat) und für wesentlich höhere Frequenzen
spezifiziert ist (100kHz statt 120Hz).
Hast du schon mal per Oszi nachgemessen, wie stabil die Eingangsspannung
des LM2596 bei Belastung bleibt? Evtl. lohnt es sich, diesem Elko noch
ein paar µF Keramik parallel zu schalten (unabhängig davon, ob das den
von dir beobachteten Spannungseinbruch verursacht).
Schau dir mit einem Oszi auch mal den Schaltausgang an: wenn der
Baustein seine Strombegrenzung aktiviert (weil die Spule in Sättigung
geht) reduziert er seine Schaltfrequenz. Kannst du einen Einbruch der
Schaltfrequenz bei hohen Belastungen beobachten?
Ansonsten haben andere schon darauf hingewiesen, dass eine einlagige
Platine für einen 150kHz Schaltregler problematisch werden könnte.
A. K. schrieb:> Die 7,5A sind Peaks, die im Normalbetrieb nicht vorkommen
Na ja, der übliche Irrtum.
Je nach 2596-Exemplar schaltet der erst bei 7.5A ab.
Im Einschaltmoment wenn der Ausgangselko noch leer ist (und nat7rlich
bei Überlastung und Kurzschluss) wird der mit vollem Strom geladen, also
diesen 7.5Apeak pro Impuls. Wenn die Spule dabei wegen Sättigung an
Induktivität verliert, wegen massiver Sättigung bis quasi 0uH, steigt
der Strom pro Impuls rapide, der 2596 muss schnell abschalten, wenn er
es denn kann, 1us braucht der schon. Man kann nur hoffen, dass der Strom
nach Erkennen des Überschreitens von 7.5A nicht schon auf 15A
angestiegen ist und der Transistor kaputt ist.
Man muss also immer mit dem Maximalstrom rechnen, und zumindest dafür
sorgen, dass die Spule dabei nicht völlig sättigt. Daher gibt es bei
diesen integrieten Schaltreglern viele Modelle mit unterschiedlichen
Maximalströmen, und man sollte stets nur den nehmen der den Nennstrom
gerade eben scgafft - damit man die Bauteile nicht auf wahnwitzige
Spitzenströme auslegen muss.
Beim MC34063 lässt sich der Strom wenigstens einstellen.
MaWin schrieb:>> Die 7,5A sind Peaks, die im Normalbetrieb nicht vorkommen>> Na ja, der übliche Irrtum.
Von National Semiconductor oder ON SEMI?
Die Datasheets schlagen bei 12V/5V/3A eine Spule mit 33µH/3,5A vor. Dass
die Spule in der Anfahrphase sättigen kann, dürfte den Herstellern dabei
klar gewesen sein.
Im Datasheet von National Semiconductor ist ein völlig anderer
einseitiger Layoutvorschlag drin, und dieser basiert auf dem Gehäuse mit
versetzten Anschlüssen, wie hier im Thread. Michael hatte sich evtl an
der Anordnung im Layout von ON SEMI orientiert, das aber einen Regler
mit nicht versetzten Anschlüssen vorsieht. Wodurch bei versetzten
Anschlüssen das Pin2 Problem entsteht.
Hallo,
danke für die Antworten.
zum Layout:
Es ist ein einseitiges Layout. Es ist ein Testlayout, mit der
Kupferseite auf der Bestückungsseite, um später die gleichen
SMD-Bauelemente einsetzen zu können. Testweise habe ich den Track des
Output Pin des LM2596 (Pin 2) mit etwas Draht im Querschnitt erhöht.
Keine Veränderung.
Ja, ich habe mich am Beispiellayout orientiert.
Die Eingangsspannung am Pin 1 bricht ein, darum werde ich mich kümmern.
ich glaube aber nicht, das der Einfluss so stark ist.
Weiterhin sind zwei Bilder mit dem Signal am Schaltausgang angehängt.
Bei Belastung ist die Schaltfrequenz 143kHz (siehe Output_2A). Bei sich
ändernder Last bleibt die Frequenz in etwa konstant. Bis sich irgendwann
ein Signalbild von Output_300mA einstellt. Bei diesem Ausgangsstrom habe
ich eine Ausgangsspannung von 5,7V.
Die Restwelligkeit von Vout ist lastunabhängig bei etwa 100mV.
Gruss Micha
Hallo,
das war nun mein erster Beitrag hier im Forum, und dann sowas ...
ich glaube ich habe die Ursache gefunden. Wie peinlich!
Die Abgreifklemmen die ich benutzt habe, haben einen Widerstand von
knapp 1 Ohm!
Ich werde nochmal eine Messreihe mit besseren, aber unisolierten Klemmen
versuchen. Ein Erster Test sagte aber bei 3A Ausgangsspannung eine
Ausgangsspannung von 5,8V.
An Alle ein grosses Sorry!
Michael K. schrieb:> Die Eingangsspannung am Pin 1 bricht ein, darum werde ich mich kümmern.
Die "Schräge Rampe" der Spannung ist normal (Auf- und Entladen des
Kondensators). Der ESR macht sich in der Sprunghöhe zwischen steigender
und fallender Flanke bemerkbar (ca. 200mV). Die "Nadel" (ca. 500mV)
jeweils direkt nach dem Sprung würde durch einen schnelleren
Keramikkondensator reduziert werden.
Michael K. schrieb:> Bis sich irgendwann> ein Signalbild von Output_300mA einstellt.
Da geht der Schaltregler wegen zu geringer Last in den
diskontinuierlichen Modus über - die Signalform ist dann normal.
Michael K. schrieb:> Die Abgreifklemmen die ich benutzt habe, haben einen Widerstand von> knapp 1 Ohm!
Tja, sowas kann passieren. Allgemein hilft gegen solche Fehler, wenn man
die interessierenden Größen direkt an der Quelle misst (nicht nach den
Strippen an der Last).
Achim S. schrieb:> Tja, sowas kann passieren. Allgemein hilft gegen solche Fehler, wenn man> die interessierenden Größen direkt an der Quelle misst (nicht nach den> Strippen an der Last).
Hätte er direkt an der Quelle gemessen, hätte das Bild völlig normal
ausgesehen und er wäre so schlau wie vorher. Eben weil er nicht an der
Quelle mass, fielen die Rampen am Eingang auf.
Michael K. schrieb:> Die Abgreifklemmen die ich benutzt habe, haben einen Widerstand von> knapp 1 Ohm!
Ach Gott, das kommt schon mal vor. Geiz lässt grüßen: Pollin billig
Strippen, ähnlich wunderliches -> Die schei.. Dinger haben ~3-10-Ohm.
8-O (Litze nur an den Stecker angelegt und mit Plaste umspritzt)
A. K. schrieb:> Hätte er direkt an der Quelle gemessen, hätte das Bild völlig normal> ausgesehen und er wäre so schlau wie vorher. Eben weil er nicht an der> Quelle mass, fielen die Rampen am Eingang auf.
Er hat seine Last mit hochohmigen Abgreifklemmen angeschlossen. Deshalb
kommt an seiner Last zu wenig Spannung an, obwohl der DCDC in
Wirklichkeit korrekt regelt. Hätte er direkt an der Quelle gemessen
(also am Ausgang des DCDC statt an der der Last), dann hätte er das
bemerkt und nicht nach einem in Wirklichkeit gar nicht vorhandenen
Problem gesucht.
Die Schwankungen an Vin muss er natürlich am Eingang des DCDC messen und
bewerten. Wie diese zu interpretieren sind und was gegen die zu tun ist,
habe ich glaube ich beschrieben. Aber die sind eben nicht ursächlich für
das anfänglich vermutete Problem dass die Ausgangsspannung einbricht
(was am Ausgang des DCDC gar nicht der Fall ist).
Michael K. schrieb:> Die Abgreifklemmen die ich benutzt habe, haben einen Widerstand von> knapp 1 Ohm!
Die Antwort darauf ist einfach: Shit happens.
Und wenn wir ehrlich sind, ist wohl jedem von uns schon
mal ähnliches passiert. Wichtig ist nur, das man lernt,
solche Fehler systematisch einzukreisen. Ich habe mir
z.B. bei rätselhaften Verhalten angewöhnt, Signale mit
Messspitzen direkt an den Transistor/IC-Beinchen zu mes-
sen. So kann man auch nicht erkannte kalte Lötstellen
als Ursache ausschliessen.
Hallo,
So nun ein paar Worte mehr zur Aufklärung. Vorhin nur kurz, um andere
Leute Zeit nicht zu verschwenden.
Im Layout sind zwar ein paar Schraubklemmen vorgesehen, zum Test waren
aber nur ein paar Silberdrahtenden eingelötet. An diese war Vin = 12V,
Vout = 6V und eine gemeinsame Masse per Abgreifklemmen angeschlossen.
das war der geringste Aufwand, denn die Schraubklemmen müssen auf die
Kupferseite, bei einer selbstgeätzten Platine ist das schwierig. Ich
habe zwar Durchkontaktierungsniete, aber das sollte der zweite Schritt
werden, wenn die Platine grundsätzlich funktioniert.
Vin und GND kamen per Laborkabel vom Labornetzteil, Vout ging ebenfalls
per Laborkabel zur Spannungsmessung, der nächste Bananenstecker ging
dann über die Strommessung zur Prüflast. Diese besteht aus einem alten
Rheostat und parallel einem 5Ohm Leistungswiderstand. Also ein recht
wilder Aufbau, der meinen Vorrat an Laborkabeln fast erschöpfte.
Ich habe gerade nochmal nachgemessen, die Abgreifklemmen haben alle
einen Widerstand zwischen 0,5 und 1 Ohm. Problematisch waren wohl
hauptsächlich die Klemme der Masse und die von Vout. Die Abgreifklemme
der Masse hat wohl auch die Schwankungen an Vin zu verantworten.
Stutzig wurde ich übrigens beim Schreiben des Beitrags mit den
Oszi-Bildern, da selbst bei 300mA die eingestellte Spannung nicht
erreicht wurde.
Nun ist alles sauber aufgebaut, zum Einstellen der Ausgangsspannung muss
die Schaltung leicht belastet werden, dann sind auch bei 3A
Ausgangsstrom noch 5,98V, also alles innerhalb der Toleranz. Benutzt
habe ich übrigens die 33µH Spule von Eaton. Im endgültigen Layout werde
ich trotzdem noch einen Keramikkondensator am Eingang vorsehen.
die Abgreifklemmen:
https://www.reichelt.de/abgreifklemme-4-mm-set-5-a-peaktech-7010-p141214.html?&trstct=pos_0
5mOhm und 5A ... tolle Wurst.
Danke an alle die geantwortet haben.
Gruss Micha
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