Rauschproblem mit Buck/Boost-Schaltregler

Ich entwerfe ein elektrisches Gerät für ein Forschungsprojekt (ich bin Doktorand, aber leider kein EE!). Weitere Informationen zum Gerät finden Sie unter http://iridia.ulb.ac.be/supp/IridiaSupp2012-002/

Der letzte Prototyp hatte ein Problem mit der Stromversorgung, und daher versuchte ich, die Probleme zu lösen, indem ich einen neuen und besseren entwickelte. Da das Gerät mit einem Lithium-Ionen-Akku betrieben wird, habe ich mich für einen Buck/Boost-Schaltregler LTC3536 entschieden: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3536fa.pdf

Ich habe im Grunde die Referenzimplementierung (Seite 1 des Datenblatts) für eine 1A/3,3V-Stromversorgung verwendet, wie hier zu sehen: (Quelle: ulb.ac.be )schematisch

Es gibt drei separate Masseebenen: PGND, von der Batterie kommend, GND, die normale Masse, und AGND für analoge Sensoren usw.

Dies ist das Board, wie ich es in Eagle entworfen habe. Einige Abweichungen zum Referenzdesign sind mir bereits aufgefallen, z. B. sollten C3 und C4 viel näher am LTC (U3) platziert werden: (Quelle: ulb.ac.be )Planke

Dies ist die Ausgabe, die ich auf VCC sehe (mit oder ohne Last, Vin = 4,7 V). Wie Sie sehen können, ist Vpp riesig! Es ist kleiner für Vin <4,3 V, aber immer noch ziemlich umfangreich. (Quelle: ulb.ac.be )Spikes

Ich habe ein bisschen herumprobiert, indem ich C3 und C2 näher an den LTC herangebracht und C7 eine weitere 1µF-Kappe hinzugefügt habe. Das hat nicht viel geholfen. Ich habe dann C7 durch eine 220µF-Kappe anstelle der im Datenblatt erwähnten 22µF ersetzt. Damit beträgt Vpp ~200mV. Das ist viel besser, aber immer noch weit entfernt von dem, was im Datenblatt angegeben ist. Außerdem ist dies nur bei Vin > 4,3 V der Fall; unterhalb dieser Schwelle liegt Vpp immer noch über 2 V. Ich denke, es ist die Boost vs. Buck-Regulierung, die die Änderung bewirkt, aber ich sehe nicht wirklich, wie ich das korrigieren kann.

Nun die Fragen:

  1. Ich habe mich gefragt, ob ich einen Fehler gemacht habe, der für das geschulte Auge offensichtlich ist?
  2. Warum ist Vpp so groß, wenn das im Datenblatt angegebene Rauschen nur 40 mV beträgt?
  3. Gibt es eine andere Möglichkeit, dies zu beheben, als zufällig verschiedene Ausgangskondensatoren einzusetzen?
Testen Sie das Netzteil mit einer Last am Ausgang? Entspricht diese Last der Last, die Sie unter normalen Nutzungsbedingungen haben?
Ja, ich habe es mit und ohne Last verwendet.
" Vpp is ~200mA " - Vermutlich ist dies ein Tippfehler, und Vpp ist eher in Millivolt als in Milliampere angegeben. Wenn nicht, erklären Sie bitte, was Sie meinen, danke.
Neben der BEHEBUNG des Rauschens, wie MESSEN Sie es? Wo ist Ihr Anwendungsbereich? Wenn Sie den Oszilloskopboden bewegen, ändert sich das angezeigte Rauschen. Versuchen Sie, die Erdung des Oszilloskops so elektrisch nahe wie möglich am Signalpunkt zu platzieren. Die übermäßig Enthusiasten sind dafür bekannt, einen kurzen Draht vom Erdungsring an der Sondennase zur nächsten Masse zu verwenden, sodass die Länge der Erdungsleitung nur wenige mm beträgt.
Wie entwickelt es sich jetzt in Bezug auf Leistung und Geräuschentwicklung?
Großartige Informationen zu dieser Frage. OP Arnuschky, könnten Sie bitte die Bildlinks oben korrigieren, um diese Informationen in der Community zu erhalten?
Fest. Ich habe versehentlich die Dateien auf dem Server gelöscht.

Antworten (1)

Ich denke, du wirst Probleme mit deinem Layout haben. C3/C4 MUSS näher an Pin 1 liegen (EDIT sollte Pins 8/9 und nicht Pin 1 anzeigen) . Wenn ich näher sage, meine ich, davon zu leben! Dito C7 - es muss direkt an Pin 7 gecampt werden. Jetzt habe ich dieses Teil noch nie verwendet, aber dies ist ein Standardverfahren für diese Art von Gerät.

Denken Sie an die Stromimpulse, die von Pin 7 zu C7 fließen, und an die Länge der Spur zwischen ihm und dem IC - wahrscheinlich 20 nH Spur.

Der Ground Return von C7 – wohin geht er? Es geht direkt zurück zum falschen Erdungsstift (Signalmasse). Die Masse von C7 sollte so kurz wie möglich zu den Pins 5 und 13 sein, ohne gegen Hausfriedensbruchsgesetze zu verstoßen. Und dies sollte Ihr Sternpunkt sein, um die Signalmasse abzutasten. Die Signalerde sollte dann zu Ihren Rückkopplungskomponenten gehen und überhaupt keine Last oder C7-Strom durchlassen.

Ich würde es ablehnen, diese Platine zu testen, wenn sie mir ausgehändigt würde. Tut mir leid, dass ich abrupt bin, aber dies sind goldene Regeln für Schaltkreise: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Danke für deine schnelle Antwort. Entschuldigen Sie die grundlegenden Fragen, aber ich bin nur ein Bastler, also haben Sie bitte etwas Geduld mit mir. :) Was sind "Hausfriedensbruch"? Hast du eine Quelle, wo ich Hintergrundinformationen lesen kann? Ich habe auch die im Datenblatt erwähnte "dedizierte Kelvin-Route" nicht verstanden? Ist dies nur ein separater Pfad mit einer kleineren Leiterbahnbreite? Ich werde versuchen, das Board morgen mit Ihren Vorschlägen umzuleiten.
@arnuschky Kein Problem. Übertretungsgesetze - nur mein Sinn für Humor und der Versuch zu sagen, die Erdungsleitung des Geräts kurz zu halten = das Gerät bis zum Pin auf dem Chip zu bringen. Die Kelvin-Route ist ein linearer Tech-Jargon, der bedeutet, dass eine separate Spur zu einem Sternpunkt verwendet wird, und im Grunde ist dieser Sternpunkt die Verbindung von Pin 5 und dem darunter liegenden Pad (13). Vor der Umleitung gibt es ein paar Dinge zu versuchen. Probieren Sie eine 10-uF-Keramik an zwei Stellen aus - Pin 7 bis Pin 13 (darunter vielleicht ein Loch bohren, um einen Draht hindurchzuführen) und Pin 1 bis Pin 5 / 13 - verwenden Sie möglicherweise dieselbe Technik. Probieren Sie aus, ob es besser wird.
Zwei verbrannte Finger später ... Als erstes musste die Masseverbindung von C3, C4 und C7 korrigiert werden. Ich habe Elektrolytkondensatoren direkt über die Pins gelötet. Die Wege waren lang, da ich nur Durchgangslochkomponenten einbauen konnte, aber trotzdem verschwand die Abhängigkeit des Rauschens von Vin. Vpp war ungefähr 900 mV. Ich habe dann diese Kappen entfernt und eine 10µF-Keramik auf die andere Seite gelötet (ein Loch bohren), wie von Andy vorgeschlagen. Vpp ist auf 350mV herunter, und das sogar ohne Eingangskappen! Das Hinzufügen von C2, C3 (1µF und 10µF Keramikkappen) auf der Rückseite von Pin8/9 ergibt Vpp~100mV. Das Hinzufügen von 10 µF von Pin1 zu Pin3 änderte nicht viel.
Die Kappe, die ich durch Bohren eines Lochs hinzugefügt habe, war zwischen Pin 7 und Pin 13 / PGND-Ebene. Als nächstes habe ich das 22µF Elca auf der Rückseite hinzugefügt, was nichts geändert hat. Ich habe gerade gesehen, dass Sie mich gebeten haben, 10 µF von Pin1 zu Pin5/13 hinzuzufügen. Das habe ich jetzt gemacht, es hat sich nicht viel geändert.
OK, um es meinem Gehirn zu erleichtern, was war das Geräusch vorher und was ist es jetzt?
2,2 V gegenüber ~120 mV
Haben Sie dies unter Last und ohne Last versucht, oder ist die Last vielleicht immer angeschlossen? Klingt bisher nach einem guten Ergebnis - vielleicht können Sie die Platine ohne eine weitere Iteration reparieren?
Wir müssen ~50 Stück produzieren, also muss ich die Platine reparieren. Die Last ist immer angeschlossen, aber ich kann zwischen 80 mA und 400 mA variieren.
@Andyaka Wenn du in deiner Antwort sagst. "C3/C4 MUSS näher an Pin 1 liegen." Ich denke, es wird besser sein, wenn sie näher an PIN7/8 liegen. Dies sind die Vin-Pins. Sind Sie einverstanden?
@JesúsCastañé Ich liege falsch, aber du auch!!! Die Pins 8 und 9 sind die Vin-Pins, an denen sie sich befinden müssen, und diese werden mit Pin 1 verbunden
@Andyaka/@JesúsCastañé: Das habe ich in electronic.stackexchange.com/questions/74703/… implementiert.
Rauschproblem mit Buck/Boost-Schaltregler
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