Hallo zusammen, ich habe mir gerade Gedanken gemacht, wie ich die Feedback-Schaltung eines Schaltreglers absichern könnte. Letztlich funktionieren die ja alle gleich - der Feedback-Eingang wird auf eine Konstantspannung geregelt. Das bedeutet aber auch, dass im Fall eines Defekts des oberen Widerstands (Fail Open) der Feedback-Eingang gegen Masse gezogen wird und der Regler auf Vout = Vin regelt. Bei einer 5 V oder 3.3 V-Schaltung an einer 12 V oder gar 24 V-Quelle wird die Schaltung dann wohl in einer Rauchwolke aufgehen. Deshalb denke ich gerade darüber nach, parallel zu dem oberen Widerstand eine Z-Diode zu setzen, die sich nach meiner Logik im Normalbetrieb passiv verhalten würde und im Fehlerfall des Widerstandes die Ausgangsspannung begrenzen würde. Ist der Ansatz so richtig oder habe ich da einen Denkfehler? Ich würde jetzt davon ausgehen, dass bei einer nominalen FB-Spannung von 1 V und einer Z-Diode von 5.2 V dann die Ausgangsspannung bei etwas mehr als 6.2 V begrenzt würde. Ist das so? Ich habe mal ein Beispielbild angehängt, wo ich da die Diode setzen würde. Gruß Thomas
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Thomas S. schrieb: > Ist der Ansatz so richtig Er ist unsinnig. Wenn man Befürchtungen hat, dass ein Regler wegen (irgendeinem) Fehler zu hoch regelt, und die nachfolgende Elektronik grullt, baut man eine CrowBar dahinter z.B. ein Thyristor der bei Überspannung zündet, und eine Sicherung vor den Regler die dann durchbrennt.
Zu diesem Zweck gibt es übrigens TVS dioden, die können aauch mal einige Ampere abkriegen ohne grad zu sterben. Dann: MaWin schrieb: > eine Sicherung vor den Regler die dann durchbrennt. Und nix mit Elektronik-Grillfest ;-)
Thomas S. schrieb: > dass im Fall eines Defekts des oberen Widerstands Warum sollte gerade der kaputtgehen? In wievielen von einer Million Schaltreglern tritt dieser Fehler deiner Meinung nach auf? Man darf halt nur nicht den oberen Widerstand als Poti/Trimmer sondern ausschließlich als Festwiderstand ausführen.
Und wie gedenkst du, einen Fehler in den vorgeschalteten Kondensatoren abzusichern? Immerhin hast du da viermal so viele, wie normalerweise plausibel wäre.
Lothar M. schrieb: > Man darf halt nur nicht den oberen Widerstand als Poti/Trimmer sondern > ausschließlich als Festwiderstand ausführen. Und wenn schon Poti, dann nicht der billige Müll, der auf vielen Reglerplatinchen aus China verbaut wird.
MaWin schrieb: > Wenn man Befürchtungen hat, dass ein Regler wegen (irgendeinem) Fehler > zu hoch regelt, und die nachfolgende Elektronik grullt, baut man eine > CrowBar dahinter Du hast Recht, dessen bin ich mir auch bewusst. Oder eine Power-Z-Diode (Z-Diode + BJT) zum zeitweisen Klemmen der Ausgangsspannung. Oder eine Kaskade aus einer SMPS, die 0,3 V "zu hoch" eingestellt ist und einem LDO, wobei beide Bauteile die volle Eingangsspannung ab könnten. Wenn es ausfallsicher (fail-operational) sein soll. Lothar M. schrieb: > Warum sollte gerade der kaputtgehen? In wievielen von einer Million > Schaltreglern tritt dieser Fehler deiner Meinung nach auf? Wenn man bei 0603er Metallschichtwiderständen von FIT-Raten < 0,1 ausgeht, spielt der Fall bei meiner Stückzahl (2) und geplanten Lifetime absolut keine Rolle. Widerstände haben in der Bauteilbetrachtung wahnsinnig kleine Ausfallraten. Da ich aber bei meinen handbestückten PCBs nicht genau das JEDEC-Temperaturprofil fahren kann und mal ein µ zu viel oder zu wenig Lot aufbringe, ist eine gebrochene Lötstelle um Größenordungen wahrscheinlicher. Lötstellen haben, sogar professionell verarbeitet, eine - mit Widerständen verglichen - sehr hohe Ausfallwahrscheinlichkeit. Wesentlich wahrscheinlicher sogar als ein thermischer Durchbruch des Schaltreglers oder des (hier integrierten) FETs selbst. Wühlhase schrieb: > Und wie gedenkst du, einen Fehler in den vorgeschalteten Kondensatoren > abzusichern? Durch die Reihenschaltung je zweier der Kondensatoren, siehe Schaltbild. Dadurch ergibt sich eine "Open Mode"-Konstruktion. Wird noch sicherer, wenn man die im Layout orthogonal anordnet, weil eine Platine vom Schwingungsverhalten selten in beiden Achsen gleichermaßen beansprucht wird. Und die Notiz "FE" im Schaltplan soll darauf hinweisen, dass ich "flex term"-Typen verbauen möchte. Wenn trotz flex term einer der Kondensatoren defekt ist, kann es so keinen Kurzschluss der Versorgung geben und die noch übrigen Kondensatoren erfüllen weiterhin die Anforderungen der Schaltung. > Immerhin hast du da viermal so viele, wie normalerweise plausibel wäre. Wenn man die Anforderungen an die Rippleströme mit den Datenblättern der MLCCs vergleicht, finde ich die Dimensionierung gar nicht so wahnsinnig übertrieben. Mehrere kleine MLCCs (0805) haben IMHO auch den Vorteil, dass sie weniger wahrscheinlich brechen als große Klötze und dass man noch eine Restkapazität hat, wenn doch mal einer ausfällt. Die Schaltung oben ist tatsächlich nicht so wahnsinnig weit weg von der TI Application Note. Außer, dass ich die Eingangskapazität aus o. g. Gründen in Reihenschaltungen ausgeführt habe. Gebrochene MLCCs, die knapp unter dem Auslösestrom der Sicherung vor sich hin kokeln, sind wirklich eine blöde Sache. Ihr habt völlig Recht mit der Aussage, dass der Widerstand nicht der einzige Fehler ist, der zu einer Fehlregelung führen kann. Meine Frage zielte aber nur darauf ab, ob eine parallel geschaltete Z-Diode (ein paar Cent) den Ausfall des konkreten Widerstands mitigieren könnte, ohne die Schaltung im Normalbetrieb zu beeinflussen. Rein interessehalber. Dass damit weder die Schaltung komplett abgesichert, noch der Hunger in der Welt beseitigt ist, mal ganz dahingestellt ;-). Gruß Thomas
Thomas S. schrieb: > ohne die Schaltung im Normalbetrieb zu beeinflussen. Hallo, warum probierst Du das nicht einfach aus. Vermutlich wirst Du feststellen daß bei deiner sehr hochohmig ausgelegten Schaltung die (temperaturabhängigen) Leckströme der Z-Diode bereits bei Raumtemperatur einen Einfluß auf die Ausgangsspannung hat. Abgesehen davon ist 5V2 keine Normspannung bei Z-Dioden. Du wirst also entweder 5V1 oder 5V6 nehmen müssen. Gruß Anja
Thomas S. schrieb: > Oder eine Power-Z-Diode > (Z-Diode + BJT) zum zeitweisen Klemmen der Ausgangsspannung. Wie lange ist denn die Zeit und wie lange hält die Diode das aus? Und was ist, wenn der Feedback Eingang vom Regler kaputt geht, oder irgend etwas anderes im Regler? Die Wahrscheinlichkeit ist doch geschätzt um Faktor 1000 höher, als das dein simpler Widerstand versagt. Die vernünftigste Lösung wurde bereits genannt: Crowbar. Aber: Ich habe in 40 Jahren noch kein einziges Netzteil gesehen, das Überspannung ausgab - ausgenommen welche mit Poti im Feedback Zweig.
Thomas S. schrieb: > Meine Frage zielte aber nur darauf ab, ob eine parallel geschaltete > Z-Diode (ein paar Cent) den Ausfall des konkreten Widerstands mitigieren > könnte, ohne die Schaltung im Normalbetrieb zu beeinflussen. Rein > interessehalber. Schau dir die Kennlinie der Z-Diode an, dann kommst du auf die Antwort "nein, das geht nicht ohne zu beeinflussen".
Thomas S. schrieb: > Wühlhase schrieb: >> Und wie gedenkst du, einen Fehler in den vorgeschalteten Kondensatoren >> abzusichern? > > Durch die Reihenschaltung [..] Mein Post war eigentlich ironisch gemeint. Du gehst mit deiner Absicherung da ziemlich naiv rein, und treibst weitaus mehr Aufwand als man es gewöhnlich tun würde. Und würdest du etwas bauen was tatsächlich ausfallsicher sein muß, dann würdest du hier a) nicht in dieser Form fragen und b) es anders lösen. Beschreib doch mal dein Problem etwas näher...vielleicht kann man dir dann besser helfen.
Thomas S. schrieb: > Wenn man bei 0603er Metallschichtwiderständen von FIT-Raten < 0,1 > ausgeht, spielt der Fall bei meiner Stückzahl (2) und geplanten Lifetime > absolut keine Rolle. Widerstände haben in der Bauteilbetrachtung > wahnsinnig kleine Ausfallraten. Da ich aber bei meinen handbestückten > PCBs nicht genau das JEDEC-Temperaturprofil fahren kann und mal ein µ zu > viel oder zu wenig Lot aufbringe, ist eine gebrochene Lötstelle um > Größenordungen wahrscheinlicher. Lötstellen haben, sogar professionell > verarbeitet, eine - mit Widerständen verglichen - sehr hohe > Ausfallwahrscheinlichkeit. Wenn ich diese Worte so lese, kommt mir eines in den Sinn: dir kann man sicher auch ganz leicht eine unnötige Versicherung andrehen... 😉 Wenn du solche Sorgen und dermaßen wenig Vertrauen in deine Lötkunst hast, dann nimm für derart "kritische" Stellen bedrahtete Bauteile.
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Ich würde mir eher Sorgen um die hintereinandergeschalteten Caps machen. Wo sind da die Symmetrierwiderstände? Oder hält jeder für sich die Eingangsspannung aus?
Helmut -. schrieb: > Oder hält jeder für sich die Eingangsspannung aus? Im Prinzip schon, wenn die Kondensatoren 25V aushalten und die höchste zur Diskussion stehende Spannung 24V ist. Trotzdem sieht dieser Schaltungsteil auch arg seltsam aus... Und natürlich sehen auch 2 hintereinandergeschaltete 0.1% Widerstände I'm Feedbackzweig eigenartig aus. Im Besonderen, wenn die Referenz des Schaltreglers uber den gesamten Temperaturbereich nur auf +-2% stabil ist.
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Lothar M. schrieb: > Und natürlich sehen auch 2 hintereinandergeschaltete 0.1% Widerstände > I'm Feedbackzweig eigenartig aus. Vor allem, weil das 2 Lötstellen in Reihe mehr sind. Was bedeutet das für die Ausfallwahrscheinlichkeit? Von den 5 Möglichkeiten für krumme Teilerverhältnisse scheint mir das die schlechteste zu sein. Alle anderen sind niederohmiger und manche sind auch näher an GND. Die Zenerdiode würde ich nicht riskieren, auch wegen ihrer nichtlinearen Kapazität. Die BZX84 z.B. steht mit 300pF @0V im Datenblatt, das könnten gerade die 47pF bei 5V werden ;) Ja, ok, man könnte den Teiler auch niederohmiger machen. Thomas S. schrieb: > Wenn trotz flex term einer der Kondensatoren defekt ist, kann es > so keinen Kurzschluss der Versorgung geben und die noch übrigen > Kondensatoren erfüllen weiterhin die Anforderungen der Schaltung. flex term sollte eigentlich überall Standard sein. Allerdings finde ich einen Kurzschluss angenehmer als einen Kapazitätsverlust, von wegen "kaputt" vs "die Kiste spinnt manchmal". Wie viele Schaltungen (mit so kleinen Keramik-Cs) hängen denn ohne Sicherung direkt am Akku?
Lothar M. schrieb: > Im Prinzip schon, wenn die Kondensatoren 25V aushalten und die höchste > zur Diskussion stehende Spannung 24V ist. > Trotzdem sieht dieser Schaltungsteil auch arg seltsam aus... Ist vermutlich Teil seiner "Hochverfügbarkeits-Lösung". Wenn ein C kurzschließt, übernimmt der andere voll - dann hat er sogar mehr C drin ...
Jens G. schrieb: > Ist vermutlich Teil seiner "Hochverfügbarkeits-Lösung". Hallo, ich kenne das gar nicht anders für Leiterplatten bei denen Vibrationen auftreten können. Eingangs-Cs ohne Strombegrenzung (direkt nach Hochstromsicherung 20/30A am Blei-Akku) werden grundsätzlich 2 in Reihe und orthogonal auf der Leiterplatte angeordnet (trotz Flex Terminierung). Gruß Anja
Anja schrieb: > warum probierst Du das nicht einfach aus. Oft der beste Ansatz, aber ich habe die Schaltung noch nicht aufgebaut. Bei den meisten meiner (Hobby)-Projekte nehme ich nicht viele Anläufe, sondern lese, simuliere, frage, lese, ..., und am Ende kaufe ich einmal ein und baue es einmal auf. Und in der Regel funktioniert es dann auch - es gibt mal kleinere Bugs, aber meist keine kritischen. Ausprobieren ergibt meist die deutlich schnellere Lernkurve, ist aber bei speziellen Bauteilen auch recht teuer, wenn man z. b. privat bei Mouser bestellen muss. > Abgesehen davon ist 5V2 keine Normspannung bei Z-Dioden. Stimmt, es war spät, als ich das eingetragen habe. > Vermutlich wirst Du feststellen daß bei deiner sehr hochohmig > ausgelegten Schaltung die (temperaturabhängigen) Leckströme der Z-Diode > bereits bei Raumtemperatur einen Einfluß auf die Ausgangsspannung hat. Das ist letztlich der Denkanstoß, auf den ich gewartet habe, danke. Auch Stefan beantwortet es wenige Posts weiter. Ich habe die Z-Diode in meinen Überlegungen stark idealisiert betrachtet. Müsste also den Teiler sehr viel niederohmiger auslegen und dann macht es wieder keinen Sinn, einen "low Iq regulator" zu verwenden. Da war mein Denkfehler. Die Antwort ist damit gegeben und wir können den Thread an sich zu den Akten legen. [ab hier noch etwas zu mir und dem Projekt, falls es interessiert] Vielleicht noch eine Erklärung zu den Hintergründen, über die so viel spekuliert wurde: Erst zu meinem - ich komme aus der Automotive-Branche, entwerfe beruflich aber weder Schaltpläne noch Layouts. Elektronik ist bei mir ausschließlich Hobby, sonst würde ich nicht hier nachfragen. Damit bin ich natürlich in Sachen Erfahrung, Werkzeuge, Prozesse und Budget limitierter als jemand, der diese Lösung beruflich herbeiführt. Es macht mir aber Spaß, mich damit zu befassen und (auch mal unsinnige) Lösungen zu verstehen. Das Projekt soll im KFZ vom Bordnetz betrieben werden. Natürlich habe ich mir ein paar Gedanken über die Betriebssicherheit meines Projektes gemacht. Zuerst einmal geht es nur um Komfortfunktionen; ich baue hier nichts, was in die Fahrdynamik eingreift. Das Auto stellt die Energie und den Bauraum. Damit muss ich für die Sicherheit beachten, keine Rückwirkung auf das Bordnetz zu haben (Sicherung + grundlegende EMV-Maßnahmen). Und dass ich die Hütte nicht anzünde (schmorende MLCCs, anhaltende Überspannungen). Das wird im Automotive-Bereich, wie Anja schon schrieb, gängig durch Reihenschaltungen ausreichend spannungsfester Flexterm-Kondensatoren in der Eingangssektion gelöst. Symmetrierung braucht man dafür nicht, weil man keine anhaltenden Spannungen > 15 V hat. Kurzzeitig muss man bis ca. 30 V bei grober Fehlbedienung aushalten und sehr kurzzeitig durch Umschaltvorgänge auch mal ~100 V, die über TVS abgeleitet werden. Crowbars sind mir wie Sicherungen auf der Leiterplatte (bis auf Ausnahmen) im Automobilbereich sehr selten untergekommen, weil man da gerne nach Ende des Fehlerzustandes ein selbstheilendes Verhalten haben möchte. Heute sind die Bordnetze dank Power Management beiweitem nicht mehr so übel wie früher, aber dennoch will man ja nicht ständig durchgeballerte Sicherungen tauschen. Bei Überspannung und Überstrom "öffnet" man da lieber einen FET in der Versorgung. Ist natürlich ein höherer Schaltungsaufwand als eine Crowbar mit 4 Bauteilen. Meine Schaltung hat eingangsseitig einen LC-Tiefpass zweiter Ordnung und einen LTC4368 für anhaltende Überspannung und Verpolung. Letzteren würde man in Automotive-Stückzahlen wohl eher vermeiden, weil er vergleichsweise teuer ist. Für meine Zwecke passt er aber, weil ich dann keinen Komplexen Fensterkomparator selbst entwickeln muss, wobei ich sicherlich Fehler machen würde. Die MLCC-Reihenschaltungen habe ich bis zum Spannungsregler beibehalten; wahrscheinlich hätte es auch gereicht, das nur bis zum LTC4368 zu machen. Und ab dort habe ich die 5 V für meine Spielwiese. Ist nichts anderes als ein Handy oder RasPi am China-Bordsteckdosen-Netzteil zu betreiben, nur dass meine Schaltung fest angeschlossen werden soll und deshalb höhere Anforderungen an Robustheit und Ruhestrom hat als das China-Netzteil, das nach dem 10. Cranking oder nach dem 1. Jump Start ausfällt. Hochverfügbarkeit brauche ich nicht. Ich weiß auf Blockschaltbildebene (wie gesagt aber weder auf Schematic noch Layout-Ebene), wie man hochverfügbar wird. Aber das ist hier nicht der Anspruch. Es soll nur einfach nicht gleich kaputt gehen und nicht in Flammen aufgehen. Genug geschrieben. Das muss ja auch irgendwer wieder lesen. Gruß Thomas
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