Plausibilitätsprüfung: Eingangs- und Ausgangsfilter für ein gestapeltes Paar von DC/DC-Wandlern

In meinem aktuellen Projekt benötige ich zur analogen Ansteuerung Spannungen von +/- 30V und +/- 15V. Der Strom auf den 30-V-Schienen ist ziemlich begrenzt, ca. 70mA max auf einer Schiene und <10mA auf der anderen. Die 15-V-Schienen sehen nur <5 mA.

Ich konnte keinen (günstigen) Konverter finden, um +/- 30 V direkt zu erzeugen, also plane ich jetzt, zwei +/- 15 V DC/DC-Konverter zu stapeln. Ich habe jedoch gelesen, dass das Stapeln von Konvertern auf diese Weise den Bedarf an externer Filterung erhöht, also habe ich versucht herauszufinden, wie das geht.

Hier mein aktueller Schaltplan:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die DC/DC-Wandler sind TEL-3 0523 von Traco Power. Ich habe sie wegen ihrer guten Regelung und konstanten Strombegrenzung ausgewählt, was bei meiner Anwendung hilft.

Die Schottky-Dioden an den Ausgängen sollen die Wandler vor Sperrspannung schützen, falls der eine oder andere Wandler schneller durchschalten würde.

Die Kondensatoren sind alle Low-ESR-Typen der FR- Serie von Panasonic, insbesondere EEUFR1H121L für 120 µF, EEUFR1V271L für 270 µF und EEUFR1C471 für 470 µF. Die Ferritperlen sind alle Hochstromtypen von Würth Elektronik ( dieser für die Ausgänge, dieser für den Eingang). Die LTSpice-Simulation zeigt, dass der Ausgangsferrit zusammen mit dem 120-uF-Kondensator aufgrund ihrer parasitären Widerstände ein sehr gut gedämpftes LC-Filter mit einem -3-dB-Punkt bei ~6 kHz und fast -50 dB bei der 300-kHz-Schaltfrequenz des Reglers bilden.

Das Gleichtaktrauschen (zwischen Eingang und Ausgang aufgrund kapazitiver Kopplung) wird über die Masseverbindung geleitet.

Ist dieser Filter in Ordnung? Sollte ich Keramikkondensatoren parallel zu den Aluminium-Elektrolytkappen hinzufügen oder sollten diese schnell genug sein? Die LTSpice-Simulation legt nahe, dass das Hinzufügen von 10 nF mit einem Serienwiderstand von 15 Ohm die Reaktion im hohen Megahertz-Bereich verbessern würde, aber bei dieser Frequenz traue ich der Simulation nicht mehr wirklich, weil so viele parasitäre Effekte wichtig werden.

Wird schließlich meine Masseebene durch die hochfrequenten Rückströme (meistens über C6 und zwischen den Wandlerausgängen und -eingängen) verrauscht, und kann/sollte ich versuchen, etwas dagegen zu tun?

Wie viel Rauschen können Sie auf den Versorgungsschienen Ihrer analogen Schaltung genau vertragen?
Ich glaube nicht, dass ich herausfinden werde, ob meine analoge Schaltung immer noch gut funktioniert, ohne die Versorgung zu filtern, bevor ich sie baue, aber das erfordert ziemlich viel, dass eine Leiterplatte hergestellt wird, und ich möchte zumindest die Grundflächen für die Filterkomponenten an Ort und Stelle haben Dann. Ich weiß, dass Sie mir nicht sagen können, ob es "gut genug" ist, aber ich hoffe, mehr zu erfahren, ob ich einen tatsächlichen Fehler gemacht habe oder ob ich etwas übersehen habe, das den Filter ohne großen zusätzlichen Aufwand erheblich verbessern würde.
Machen Sie Platz für 10-nF-Keramikkondensatoren in // mit den Elektrolyten.
Übrigens habe ich Tracos so ohne Probleme verwendet. Vielleicht sollte ich in eine Antwort formalisieren?

Antworten (1)

Der TEL-3 0523 hat einen Wirkungsgrad von 74 % bei 100 mA bis zum vollen Ausgang von 30 V (+/-15 Volt). Anders ausgedrückt, es ist wahrscheinlich, dass diese 26 % Leistungsverlust auch bei extrem leichten Lasten vorhanden sind.

26 % von 3 Watt sind also 0,78 Watt und bei einer 5-Volt-Versorgung beträgt der Strom daher etwa 160 mA. 160 mA fallen etwa 8 mV über den Widerstand der Eingangsinduktivität ab, sodass diese Seite der Dinge gut aussieht, selbst wenn zwei Tracos die Induktivität teilen.

Sie könnten auch bemerken, dass die Spannungsspezifikation über Last für Lasten von 10 % bis 100 % gilt, und dies ist ein wichtiger Hinweis auf etwas, das Sie nicht berücksichtigt haben. Wahrscheinlich müssen Sie den Ausgang jedes Tracos mit einer Last belasten, die 300 mW entspricht, um sicherzustellen, dass die Ausgangsspannung nicht wesentlich um +/- 15 Volt ansteigt.

Ich bin damit schon einmal in Konflikt geraten und habe mich selbst verflucht. Hey, es ist kein großes Problem, aber Sie werden fluchen, wenn Sie keinen Platz dafür gelassen haben - legen Sie diese Last direkt auf den Ausgang - es hat keinen Sinn, dass es nach dem Filter geht.

Betrachtet die Verwendung der tracos wie gezeigt. Ich war dort und habe es ohne Probleme gemacht (das ist mir bewusst)! Tatsächlich brauchte ich 18 V für einen Job und reiste den Ausgang von 15 Volt und 3 V3 (fast genug).

Ich würde auch Platz für eine 10-nF-Keramik über den 120-uF-Kappen machen. Ob das für Ihre Anwendung ausreicht, kann ich natürlich nicht sagen, weil Sie es nicht genau wissen. Ich habe mehrfach lineare Spannungsregler an den Ausgängen von Tracos verwendet, weil ich es auch nicht kannte und kein Risiko eingehen wollte.

Viel Glück

Guter Fang mit der Ladung. Ich habe einen OPA453-Operationsverstärker, der von +/- 30 V gespeist wird und einen typischen Ruhestrom von 5,5 mA zieht, sodass 5 mA zusätzlicher Strom ausreichen sollten. Andererseits bin ich mit bis zu +/- 40 Volt mit diesem Verstärker einverstanden, und es fühlt sich schlecht an, diese Leistung einfach zu verbrennen ...
Plausibilitätsprüfung: Eingangs- und Ausgangsfilter für ein gestapeltes Paar von DC/DC-Wandlern
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