Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Tiefpass brennt ab


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von Martin S. (sirnails)


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Guten morgen,

ich habe ein Problem mit einer Schaltung mit einem INA253. Mit C26 und 
R33 ist ein Tiefpass, der im Betrieb abbrennt.

Der INA253 sieht lt. Datenblatt einen Widerstand von maximal 10 Ohm vor, 
da sonst der Messfehler zunimmt. Das Tiefpass ist auf 10 kHz bemessen, 
also 1,5µF.

Jetzt habe ich das Problem, dass hier eine 18 kHz PWM (24-48V) fließt, 
die durch sehr schnelle Mosfet erzeugt werden. Lt. Datenblatt haben die 
eine Trise und Tfall von 0-60V von gerade einmal knapp 7.7 / 7.1 ns.

Diese extrem steilen Flanken erzeugen natürlich starke Oberwellen und 
diese erzeugen damit auch große Stromflüsse durch das RC-Glied. Lt. 
LTSpice sind es irgendwas um die 6W Verlustleistung.

Ich habe leider keine Möglichkeit, die PWM zu verändern (Prüfling) und 
darf auch keine Induktivitäten im PWM-Pfad einsetzen. Mein einziger 
Angriffpunkt ist also das Tiefpassfilter.

Ich brauche also ein Tiefpassfilter, das keine 6W Verlustleistung 
erzeugt und auf 0805 Footprint passt.

Ich habe mal ein wenig herumgerechnet, und würde auf 0805 die 
Kombination 10µH und 22µF wählen. Aber auch hier komme ich auf 2,7W 
Verlustleistung (siehe LTSpice Sim im Anhang).

Ideen? Kann sich das jemand mal ansehen?

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Martin S. schrieb:
> und würde auf 0805 die
> Kombination 10µH und 22µF wählen

Aber Induktivitäten hast du doch ausgeschlossen? Ich würde vermutlich 
ein doppelten Tiefpass ausprobieren, also praktisch ein PI Filter mit 
Vorwiderstand. Erstmal 4,7 Ohm und z.B. 0,47µF und dann nochmal 4,7 Ohm 
und z.B. 2,2µF bis 4,7µF. Damit verteilst du die Last auf insgesamt 4 
Bauteile und schonst vor allem die zweite Stufe vor den ganz steilen 
Flanken.
Dann kannst du auch in der zweiten Stufe MLCC benutzen, die nicht gleich 
abrauchen. Sehr zuverlässig sind die ja sowieso nicht, aber du hast dich 
ja auf SMD eingeschossen.

: Bearbeitet durch User
von Xerxes (Gast)


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Hi.
Den Tiefpass hinter den INA zu setzen scheidet aus ?
Man kann doch die Ausgangsspannung filtern.

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


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Martin S. schrieb:
> Mit C26 und R33 ist ein Tiefpass, der im Betrieb abbrennt.
Warum ist da überhaupt ein C26 drin? Nicht mal im EVAL-Board ist sowas 
verbaut. Und warum hält der nur 16V aus, wenn du da mit 48V drangehst? 
Hast du mal die anliegende Spannung über dem Ding gemessen?

> dass hier eine 18 kHz PWM (24-48V) fließt
Eine PWM "fließt"? Eigenartige Terminologie...

von Martin S. (sirnails)


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Matthias S. schrieb:
> Aber Induktivitäten hast du doch ausgeschlossen?

Entschuldigung, unpräzise ausgedrückt. Eine Induktivitiät in Serie zur 
Motor-PWM ist ausgeschlossen.

von Martin S. (sirnails)


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Matthias S. schrieb:
> aber du hast dich
> ja auf SMD eingeschossen.

Das Layout steht bereits. Bauteilwerte ändern geht.

Xerxes schrieb:
> Den Tiefpass hinter den INA zu setzen scheidet aus ?
> Man kann doch die Ausgangsspannung filtern.

Ja, weil das Layout schon fertig ist. Der "Klirrfaktor" vom INA nimmt ab 
10 kHz deutlich zu. Die Messung wird dann deutlich ungenauer. Daher das 
Filternetzwerk (siehe Kapitel 9 Datenblatt).

Lothar M. schrieb:
> Und warum hält der nur 16V aus

Gut gesehen. Da ist noch ein Schreibfehler drinnen. Bestückt sind für 
die 24V 35V Typen.

Lothar M. schrieb:
> Hast du mal die anliegende Spannung über dem Ding gemessen?

= Eingangsspannung.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Martin S. schrieb:
> Das Layout steht bereits.

Das ist aber dein Problem. Wenn du dich darauf fest legst, ohne die 
Realität mal vorher zu überprüfen, ist das halt ungünstig. Wie wolltest 
du denn die Verlustleistung von den Bauteilen wegbringen?

von S. K. (hauspapa)


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Martin S. schrieb:
> Ideen? Kann sich das jemand mal ansehen?

Hab ich. Deine Drossel muss einen Spitzenstrom von 3,5A aushalten und 
hat 0,7 Ohm. Natürlich macht die Verluste. Richtiger Ansatz währe: 
Drossel grösser, C kleiner. Leider ist in 0805 bei etwa 100uH Schluss. 
Die haben dann aber immernoch deutlich zuwenig Sättigungsstrom.

Kurz: Mit Bauteiloptimierung kommt man näher an "könnte funktionieren" 
ran. reichen wird es aber wohl nicht.

Ausserdem bekommst du Toleranzprobleme mit L und C wenn du die 
Grenzfrequenz nicht deutlich tiefer ansetzt.
viel Erfolg
hauspapa

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Den Widerstand auf 1k erhöhen und dafür in der weiteren Verarbeitung des 
Signals oder Werte einen korrigierenden Verstärkungsfaktor von ungefähr 
1,3 setzten.

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


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Martin S. schrieb:
> Bestückt sind für die 24V 35V Typen.
Dann hast du zum Glück in der realen Schaltung auch keine 1,5µF (denn 
die hat der Kondensator nur bei der Messpannung von 1..2V) und deshalb 
auch keine 6W Verluste.

Und wenn du da einen 22µF Kerko draufsetzt, dann ist die 
Spannungsabhängigkeit noch signifikanter.

> Bauteilwerte ändern geht.
Du wirst keine 0805 Spule mit der nötigen Induktivität und 
Strombelastbarkeit finden.

Martin S. schrieb:
> Lt. Datenblatt haben die eine Trise und Tfall von 0-60V von gerade
> einmal knapp 7.7 / 7.1 ns.
Und real?

> (siehe LTSpice Sim im Anhang).
Hmpf, leider läuft das nicht auf dem Handy.

von S. K. (hauspapa)


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1% Toleranz zwischen den Drosseln führt zu einem Rippel mit 20mV 
Ampitude am Eingang
1% Toleranz bei Verwendung von 10 Ohm Widerständen führt zu einem Rippel 
mit 15mV Ampitude am Eingang

ich finde beides gemessen an der Shuntspannung sehr viel.

Toleranz der Kondensatoren fangen wir lieber garnicht erst an. Murrata 
macht schöne ehrliche Kurven in die Datenblätter. Davon wird einem dann 
richtig schlecht.

Da hilft nur: Entweder nicht filtern (zumindest nicht differentiell) 
oder filtern bis der Rippel "weg" ist. Dazwischen ist "böse"

viel Erfolg
hauspapa

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Lothar M. schrieb:
>> dass hier eine 18 kHz PWM (24-48V) fließt
> Eine PWM "fließt"? Eigenartige Terminologie...

Martin S. schrieb:
> ...Ich brauche also ein Tiefpassfilter, das keine 6W Verlustleistung
> erzeugt und...
Ebenso eigenartige Terminologie: Ein TP erzeugt 6 W Leistung??
_____

Martin S. schrieb:
> Das Layout steht bereits. Bauteilwerte ändern geht.

Und, hat das/die Labormuster denn einwandfrei funktioniert und
alle Tests ohne Probleme bestanden? Oder ist das auch schon in Rauch 
aufgegangen?

: Bearbeitet durch User
von Martin S. (sirnails)


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Hallo Leute,

danke für die Antworten und eure Hilfeversuche.

Es ist das Labormuster.

Die Filterung fliegt raus. Ich bekomme die Verlustleistung nicht weg. 
Die Ripple Rejection vom IC funktioniert zumindest mal so gut, dass der 
Wert halbwegs passt. Und werde mit dem Messfehler leben müssen.

In der nächsten Evolutionsstufe wäre eine Anpassung dann möglich - aber 
das steht jetzt erstmal hinten an.

Die hier gewonnenen Impulse werde ich aber auf jeden Fall mitnehmen. 
Danke dafür.

von botoxgegengrübelfalten (Gast)


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Merkwürdig.

Martin S. schrieb:
> Es ist das Labormuster.

Und Du hast ein Labormuster mit schwereren Fehlern ohne
jegl. tiefgreifendere Änderungen vornehmen zu dürfen(?)
zum "laufen" bringen sollen? (Oder dies nur wollen...?)

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