Spannung mit Ripple <5mV

[Schottky]

Ich habe eine Spannungsquelle von 12V und 0V.

Aus dieser Spannung möchte ich +/- 10VDC Gleichspannung erzeugen. Diese Spannungen sollen einen maximalen Ripple von 5mV haben.
Der Strom bewegt sich im Bereich bis max. 100 mA.

Welchen DC/DC Wandler nehme ich da? Und wie/wo suche ich einen solchen? Wie gehe ich da vor?

Schottky

[Besserwessi]

100 mA bei 10 V sind 1 W. Es gibt fertge DCDC Wandler für 1 W, 2 W und auch größer. 10 V ist da aber eher eine etwas ungewöhnliche Spannung.

Man könnte aber einen Wandler auf +-12 V nehmen, und dann low drop Spannungsregler dahinter.

Wenn man die Galvanische Trennung nicht braucht, kann man die +10 V natürlich auch nur per Linearregeler erzeugen, und die negative Spannung mit einem Schaltregler und ggf. einem Filter dahinter.

[Schottky]

Sorry, aber das war jetzt nicht unbedingt was neues für mich.
Ich bräuchte eine etwas konkreter Hilfe.
edit: Der Ripple ist ganz wichtig, der muss unbedingt so gering wie nur möglich sein.

Schottky

[Ceos]

www.farnell.de z.B. www.reichelt.de geht auch ... spannungregler findest da wie sand am meer

inklusive datenblätter ... weniger als 5mV rauschen ist schon ne herausforderung, da wären tiefpass, drossel und filterkondensatoren noch stichworte die du dem wandler nachschalten müsstest!

aber im ernst, bei 1W verlust würde ein einfacher drop down schon reichen.

edit zum edit: warum denn 5mV, kannst du uns das verraten ? 5mV ist reichlich wenig spielraum!!!

[KlaRaw]

Hallo Schottky,
da genügt ein Wald und Wiesen Schaltregler wie der MC 34063.

http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=39640;PROVID=2402
0,27€

Als Induktivität würde ich diese nehmen:
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=86536;PROVID=2402

Hier kannst Du noch eine weitere Wicklung für die negative Spannung unterbringen. Die 680uH dürften für 100mA auch passen.

Den Rippel bekommst Du nur mit guten Glättungskondensatoren klein. Bei 100mA dürfte das auch kein Problem sein.

Zu empfehlen wäre:
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=89740;PROVID=2402
Damit kappt man die Spitzen.

Danach würde ich noch einen Elko nehmen:
http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=89766;PROVID=2402
Ab 220uF - 330uF haben die optimale ESR. Im Datenblatt sind die Werte zu finden. Er dürfte hier 14mOhm haben. Bei 100mA kämest Du dann auf 1,4mV Rippel.

Gruss Klaus.

[Ceos]

ich muss gestehen, cih verstehe von der dimensionierungsformel nur bahnhof, aber müsste die drossel nicht mind. im 2stelligen mH bereich liegen bei der spannung und dem strom? evtl. sollte man auch vorher den regler einmal aufbauen ob da überhaupt n rippel draufliegt und mit welcher frequenz um die drossel zu berechnen ?!

[Schottky]

5mV ist einfach ein festgelegter Wert. Eigentlich hätte ich schreiben sollen 0V. Aber das geht nicht. 5mV ist einfach ein Wert, der auch zu erreichen sein sollte.
Die Spannung ist für eine Schaltung gedacht die hochpräzise Messungen durchführen soll und dafür brauche ich eine präzise und ohne viele Störungen eine Versorgungsspannung. Also Ripple = 0V.

[malthy]

Hallo!

Schon klar, Deine Frage ging in eine andere Richtung, aber: wenn's ganz kritisch ist, hilft wohl nur Bateriebetrieb - zumindest handhaben wir das in der Uni so. Da hat man dann wirklich DC.

Gruß
Malte

[KlaRaw]

Hallo Ceos,
zur Dimensionierung der Induktivität siehe hier:
http://www.mikrocontroller.net/articles/MC34063
Hier hast Du sogar ein Tool zum Dimensionieren.
http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

In 12V, Out 10V 100mA 5mV Ripple, Fmin 100KHz

Ct=365 pF
Ipk=200 mA
Rsc=1.5 Ohm
Lmin=46 uH
Co=50 uF
R1=13k R2=91k (10V)

Ich hatte die Induktivtät der Spule um eine 10er Potenz höher eingegeschätzt. Der Regler wird die 100Khz so gerade schaffen, vielleicht setzt man besser 70KHz an. Dann kann man 65uH verwenden.

Gruss Klaus.

[BMS]

Hallo,

bei dem IC muss man auf die Pinbelegung aufpassen. Im Datenblatt sind manche Abbildungen "top view" und manche auch "bottom view". Auch das Schaltbild in diesem Dimensionierungs-tool ist von unten gesehen. Bin ich leider auch schon mal darauf reingefallen. Am besten immer nach den Pinnummern richten. Vor dem Durchführen deiner hochpräzisen Messungen kannst du ja auch mal den ripple mit einem Oszi messen.

Gruß
Bernhard

[Schottky]

Kann ich mit einem Schaltregler wirklich eine Spannung generieren nahezu ohne Ripple? Damit erzeuge ich doch erst den Ripple? Ich habe nur begrenzten Platz, also besonders viele Filter kann ich auch nicht unterbringen.
Soll das mit dem MC34063 wirklich funktionieren?

[KlaRaw]

Hallo Schottky,
unter 5mV wirst Du sicher kommen können. Reichelt hat seit einigen wenigen Monaten High-Caps "SMD-Keramik-Vielschicht-Kondensator". In Deinem Fall würde ich 10uF/16V, Stück für 0,11€, nehmen. Drei-vier Kondensatoren kann man sicher übereinander löten. Mit zwei Exemplaren habe ich das schon selbst gemacht. Bei Farnell gibt es auch höhere Kapazitäten. Diese "Kerkos" haben den geringsten ESR. Reichelt hat keine Datenblätter zum Kerko. Der Hersteller ist MURATA, Artikelnummer des Herstellers: GRM31CR71C106KA12L. Schau mal dort nach dem ESR. Er liegt, meine ich, deutlich unter 10mOhm, je Kerko!

Wenn es wirklich darauf ankommt, dann Pack doch 100uF in die Schaltung.

http://www.reichelt.de/?ARTICLE=89740;PROVID=1024

Gruss Klaus.

[Besserwessi]

Bei der kleinen Leistung könnte man einen 2 Stufeigen Regler wählen. Erstmal per Schaltregler wie 33063 auf etwa -13 V und dann eine Linearregler von den -13 V auf -10 V. Wenn man einen negativen Low drop Regler findet ggf. auch nur -12 V als Zwischenschritt.

Wenn der Platz knapp ist eventuell auch was höherfrequentes als den 33063.

[Schottky]

Die Kosten sind in diesem Fall völlig egal. Da bin ich flexibel. Ich muss das auch nicht selbst bezahlen. Das sollte ich vielleicht noch erwähnen.

[Besserwessi]

Wie knapp ist denn der Platz, und wie klein dürfen die Teile sein ?

Es gibt Wandler ggf. im 3x3 mm SMD Gehäuse, die sind nur etwas schwer zu löten. Wenn es auf wenig Störungen ankommt, dann lieber einen Linearregler hinter den Schaltregler. Das wird vermutlich kleiner als ein Filter.

[Schottky]

Der Platz ist 6cm² und ca. 2cm höhe.

[Besserwessi]

Das ist doch gar nicht so wenig Platz. Da geht es auch noch mit von Hand lötbaren Teilen, sogar ohne SMD wenn man will.

Wenn man den Schaltregler nicht selber aufbauen will kann man für die Erzeugung der negativen Spannung einen fertige DC-DC Wandler (2W, 12V->15V, z.B: SIM2-1215S SIL7 (bei Reichelt)) nehmen, auch wenn man die galvanische Trennung nicht braucht.
Dann hat man sogar noch Platz für Linearregler im TO220 Gehäuse und ein paar Elkos / Kondensatoren.

[PICture]

Hallo!

@ Schottky

Ich würde zuerst die Schaltung, die Versorgungsspannung mit Ripple < 5 mV benötigt, auf EMI Störungen von einem Schaltregler/Spannungswandler untersuchen. Wenn sie gestört werden könnte, wird theoretisch eine Versorgungsspannung mit < 5 mV Ripple nichts bringen.

MfG

[Schottky]

@PICture

Dieser Schritt wurde schon durchgeführt und so ab 10-17 mV ripple fängt die Messschaltung schon an leicht zu schwingen bzw. das Ergebnis zu verfälschen da die Ausregelung nicht schnell genug passiert. Wir sind hier auch schon im 3-stelligen MHz Bereich, glaube ich mich zumindest noch zu erinnern.



@Besserwessi
Die ganze Platine ist eigentlich nur mit SMD aufgebaut, wird aber trotzdem von Hand gelötet da es sich nur um geringe Stückzahlen handelt.
In dem Layout wurde mir der Platz von 6cm² zur Verfügung gestellt. Die Höhe, weil es sich um einen Rackeinschub handelt. Die Schaltung soll dann auch in anderen Schaltungen/Anwendungen verwendung finden.





Also ihr würdet bei dem DC/DC Wandler gar nicht so auf den Ripple achten sondern alles mit Linearregler bzw. Filter/Elkos begradigen?
Das heisst ich müsste dazu mehrere Messreihen aufnehmen um die richtige Regler/Filterkombination zu finden. Das am Besten mit einer Schaltung die eine Last simuliert und diese sprunghaft/zufällig verändert.

[Besserwessi]

Einen Schaltregler zu bauen der gleich auf nur 5 mV Rippel kommt ist schwer. Deshalb wird man wohl einen Filter brauchen. Außerdem ist die Reaktion auf Lastwechsel bei Schaltreglern nicht so gut wie bei Linearreglern.
Etwas Filter wird man bei einem Linearregler auch noch brauchen, denn die hohen Frequenzen die hinter einem Schaltregler als Störungen auftreten werden vom Linearregler nicht so gut unterdrückt wie z.B. ein 100 Hz Rest.

Wenn es um die hohen Frequenzen jenseits etwa 10 MHz geht, ist vor allem das Layout wichtig.

Fertige DCDC Wandler gibt es auch als SMD, Linearregler natürlich auch.
Bei der 2 Stufeigen Schaltung werden die HF störungen im wesentllichen vom DCDC wandler und Filter bestimmt, wobei man beim DCDC-wandler als fertiges Modul ja nicht so viel ändern kann. Die Reaktion auf Lastwechel und die Lastausregelung macht der Linearregler. Man hat also 2 eher einfache, unabhängig Teile zutesten. Mir wäre das viel lieber als bei einem Schaltregler Rippel und gute Impulsantwort gleichzeitig zu optimieren.

[Schottky]

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1040,C1055,P3 8503

Ist dieser Regler wirklich so gut wie ich meine gelesen zu Haben? 40µVrms Ripple? Das ist doch auf jeden Fall unter 1mV oder?

[Besserwessi]

Der Regler ist schon gut. Die 40 µV sind das Rauschen, nicht Ripple. Das Datenblatt hat Auch angeben zu Rippel Rejection bei höheren Frequenzen, also wie stark Störungen von DCDC Wandler noch durchkommen. Da sollte man über 40 dB kommen, auch bei 100 kHz. Das sollte ausreichen um die vielleicht 50 mV Rippel vom DCDC Wandler auf unter 0,5 mV zu kriegen. Die Daten zur Pulsantwort sehen auch nicht so schlecht aus für einen low drop Regler. Beim Positiven Regler sind die Anforderungen vermutlich ohnehin nicht so hoch, da der Eingang sogar direkt aus der Quelle kommen kann, ohne DCDC Wandler.

Als negativer regler könnte ein LT1964 in Frage kommen.

Die Design Note DN316 wäre sicher auch interessant. Da wird fast genau das beschreiben, was hier gebraucht wird.

[Richard]

Moin.

Ich habe vor langer Zeit mal eine Schaltung gesehen bei
der die Glättung aktiv mittels OP realisiert war. Wie, habe ich
leider nicht mehr im Kopf. Ich vermute mal das der Wechselstrom
Anteil gegen gekoppelt wurde? Aber die Idee selber scheint gut zu
sein. Wer einen Simulator hat, kann ja einmal damit "spielen"
und schauen was dabei heraus kommt. :-)

Gruß Richard

[Ceos]

wo du es sagst unter dem stichwort "harmonischer filter" ist mir da auch mal ne schaltung unter die augen gekommen ... ich schau mal ob ich es wiederfinde

[Schottky]

Ich habe mir jetz diesen DC/DC Wandler zugelegt.
http://www.tracopower.com/datasheet_g/tmr3-d.pdf
Der liefert laut Datenblatt nur 30mV ripple.

Dann habe ich eine Messschaltung aufgebaut. zuerst die Einspeisung von einem normalen Netzteil, dann kommt die Glättung Filterung mit Kondensatoren. Ich möchte einfach einige Störungen die vom Netzteil schon kommen ausschließen. dann kommt der DC/DC-Wandler danach jeweils 79M12 und 78M12. Alles jeweils mit Kondensatoren.

So nun zu meinem Problem. Ich habe hier ein Tektronix TDS3014B Oszi und ein paar Tastköpfe nun möchte ich die Ripple Spannungen in der Schaltung messen. Aber ich bekomme das nicht hin, da anscheinend die Störungen um einiges größer sind als das was ich messen möchte? Was tun? Wie misst man eine Ripple Spannung?
Das Oszi ist auf 20MHz Bandbreite und AC-Kopplung eingestellt.

[Schottky]

Kann mir keiner helfen?
Soll ich einen neuen Thread öffnen?

Mir geht es nur darum das Messtechnische Problem zu lösen.
Um das noch einmal verdeutlichen zu dürfen.

[KlaRaw]

Hallo,
wenn Du eine AC Messung machst, so müsstest Du auch den Rippel als Sägezahn sehen können. Im Leerlauf wirst Du aber nichts oder fast nichts vom Rippel sehen.
Gruss Klaus.

[Schottky]

Ja nätürlich sehe ich etwas, das Problem ist nur das es so gut wie keinen Unterschied macht ob ich den Tastkopf an meine Messtelle halte oder ob ich meine Holztischplatte damit messe. Ich kann den Ripple von meiner Schaltung nicht unterscheiden von dem normalen Rauschen das ich mir einfange.

edit:
Was eben ganz einfach zu erklären ist wenn man sich vor Augen hält wo sich mein Arbeitsplatz befindet. Ich bin im Entwicklungszentrum(7 Stockwerke) eines großen Automobilteilezulieferes. Hier befinden sich geschätzt Tausende von Geräten aller Art am Netz. Erst einmal ist auf der Netzzuleitung wahrscheinlich nur noch Müll und auch so werden wahrscheinlich alle EMV-Grenzen überschritten. Ich kann aber leider in keinem EMV-Labor meine Messungen durchführen.

[Besserwessi]

Den Offenen Tastkopf sollte man nicht als Vergleicg nehmen. Die Vergleichsmessung für den Untergrund des Oszillloskops ist ein Kurzschluß.

Damit man so kleine Spannungen richtig messen kann muß man auf den Masseanschluß achen. Die Schaltung also nur mit dem kurzen Kabel direkt am Tastkopf mit Masse verbinden.

Normalerweise hat man Oszilloskop eine maximale Empfindlichkeit von 1 - 5 mV/div. Das heißt Spannungen so ab etwa 1 mV sollte man noch messen können. Wenn man einen 1:10 Tastkopf hat, geht die Grenze schon um das 10 fache hoch. Es ist dann nicht wirklich viel zu erwarten auf dem Osziloskop.
Da die Signalquell hier niederohmig ist, ist das hier ein Fall wo ein 1:1 Tastkopf sinnvoll ist.

[PICture]

Hallo!

@ Schottky

Ich denke, dass als EMV-Labor könnte man eigene Wohnung betrachten, wo meistens fast keine (ausser geringem Elektrosmog) EMV Störungen gibt.

MfG

[dennisstrehl]

Die Tektronix-Oszis haben teilweise eine Funktion, dass die über mehrere Messungen einen Mittelwert bilden. Das funktioniert aber prinzipiell nur, wenn man auf die Störung triggern kann. Wenn die Störung ein Netzbrummen ist, kannst du auf das Stromnetz triggern (TDS2xxx bieten das als Trigger-Eingang an...)

[Schottky]

Also zuhause messen geht in diesem Fall nicht da es wie gesagt ein Projekt in/für die Arbeit ist und ich nicht einfach so ohne weiteres Arbeitsmaterial nachhause nehmen kann/darf. Ich habe auch zuhause kein so gutes Oszi, ich habe zwar auch ein Tektronix, aber das hat schon ein paar Jahre auf dem Buckel.

Selbst wenn ich jetzt die Masseklemme des Tastkopfes an die Tastkopfspitze klemme habe ich einige schöne Störungen auf dem Oszischirm.

Das mit dem Mittelwert und dem Netztrigger werde ich ausprobieren.

edit: Also ich kann bei Measure schon eine Mittelwertmessung beantragen. Die wird auch gemacht, zusätzlich zur Sp-Sp Messung mit der ich bisher gemessen habe. Aber das Problem ist, wenn ich den Tastkopf kurzschließe erhalte ich auch einen Mittelwert von ca. 0 - 2mV. Wenn der Tastkopf komplett offen ist natürlich mehr. Klemmt der Tastkopf an meinem Messpunkt erhalte ich von -100mV bis ca -1mV wobei das Phänomen auftritt das der Mittelwert zuerst einen großen negativen Wert annimmt und sich dann richtung 0 verkleinert und schließlich sich auf einen Pegel einpendelt. Was auch vielleicht der Sinn des Mittelwert ist, aber warum erhalte ich dann am Ende das Gleiche Ergebnis als wie wenn ich den Tastkopf kurzschließe. Ich messe also keinerlei Ripplespannung?
Mein Oszi ist auf 20MHz Bandbreite eingestellt.
AC-Netz Trigger.
Kopplung ist wahlweise auf HF-/LF-Reject.

[Schottky]

Was haltet ihr von einem Trenntrafo vor dem Oszi? Also um das Oszi vom Netz zu trennen.
Und was haltet ihr von einem Oszi mit Akkubetrieb?

Könnte mir das etwas bringen?

[kolisson]

>> Selbst wenn ich jetzt die Masseklemme des Tastkopfes an die >>Tastkopfspitze klemme habe ich einige schöne Störungen auf dem >>Oszischirm.

das ist aber nicht normal denke ich.
auch tastköpfe respektive die kabel verschleissen im laufe der zeit.

also mal direkt an der BNC buchse kurzschliessen.
.. und ggf. mal nen anderen tastkopf probieren.

gruss klaus

[Besserwessi]

Ein Trenntrafo bringt nur etwas wenn die Schaltung an der man Messen will irgendwie geerdet ist, und sei es indirekt. Das Oszilloskop über einen Trenntrfo ist problematisch, weil dann die Schutzerde fehlt und man ggf. noch eine extra Isolierhaube drüber brauchte.

Wenn die Umgebung so EMI verseucht ist, dass man selbst mit dem Kurzschluß am Tastkopf viele Störungen einfängt, sollte man mal die Störer suchen und abschalten: Handy, PC, WLAN.

Wenn man keinen 1:1 tastkopf hat, geht es für die relativ niedreigen Frequenz auch ohne extra Tastkopf, mit eine Adapter BNC -> 4 mm und relativ kurzen Kabel, oder gleich mit einem Durchgeschnittenen BNC Kabel.

Wenn man empfindliche Schaltungen messen will, hilft ggf. auch ein Provisorisches Metallgehäuse - z.B. eine Keksdose.

[Schottky]

Aber ein Trenntrafo hat doch eine Induktivität und somit eine Filterwirkung?

[Besserwessi]

Ein bischen Filterwirkung hat ein Trenntrafo schon.
Für die Filterung von Hf Störungen geht es aber einfacher mit Entstörfiltern. Bei einem guten Scope sollte da aber auch schon was drin sein.

Gibt es denn auch Störungen, wenn man z.B. eine 50 Ohm Abschlußwiderstand am Eingang hat, bei GND Stellung am Eingang ?

[kolisson]

schön hier...

eigentlich hätte mal auf ein feedback bezüglich

"also mal direkt an der BNC buchse kurzschliessen.
.. und ggf. mal nen anderen tastkopf probieren. "

gewartet.
stattdessen wird wieder herumlamentiert.

also schottky..
eine frage an dich:
"HAST DU ES AUSPROBIERT ... DAS MIT DER KURZGESCHLOSSENEN BNC BUCHSE ? "
"HAT ES ETWAS GEÄNDERT ?"

gruss
klaus

[PICture]

Hallo!

Vor zig Jahren musste ich bei Entwicklung eines Audiometers für Suche von Brummquellen leider Kopfhörer benutzen, weil alle beste Oszis nutzlos waren. Damals habe ich schon etwas unglaubliges gelernt, dass verschieben eines dicken Drahtes an zwei Massenleiterbannen, den deutlich höhrbaren Brumm minimieren lässt. Oft waren mehrere solche "Massenbrücken" notwendig bis der Brumm spurlos verschwunden ist. Ich glaube, dass für bestimmte Sachen, sind unsere Augen nicht der beste Sinn.

MfG

[Schottky]

@kolisson

Wenn ich die BNC-Buchse kurzschließe erhalte ich auch kein Nullsignal. Um es mal so auszudrücken.


@PICture

Das mit dem akustischen "Messen" ist eine denkbare Alternative. Man müsste halt über "Vergleichsmessungen" die Qualität bewerten.


Wir sind momentan dabei mit einem OP zu experimentieren. Und zwar ist dieser als Verstärker geschaltet und wird mit dem Wandler versorgt das Messignal ist die Masse. Somit erhoffen wir uns ein Ergebnis zu erhaltenl.

[kolisson]

@kolisson

Wenn ich die BNC-Buchse kurzschließe erhalte ich auch kein Nullsignal. Um es mal so auszudrücken.


also mein lieber... dann hast du ein problem!

was du nun sicher weisst, ist dass es nicht am tastkopf liegt.

also solltest du mal ein anderes oscilloskop testen.
wenn sich dieses dann gleich verhält, kannst du sicher sein, dass deine umgebung mit stöhrstrahlung verseucht ist. in diesem falle würde ich dann vorschlagen, alles mit nach hause zu nehmen und dort zu messen.

gruss klaus

p.s.
danke dafür, dass du antworten konntest

[PICture]

Hallo!

@ Schottky

Ich würde dafür noch am Eingang ein Tiefpass um 100 Hz verwenden. Damit sollte bei beschränkter Bandbreite am Ausgang sogar ein Oszi keine hochfrequente Störsignale beim Kurzzschlissen des Eigangs zeigen. Das wäre dann quasi NF Tastkopf, der mit HF und EMV kaum gestört wird. Es wäre dafür wahrscheinlich, ausser geschirmten Kabel, auch Metallgehäuse notwendig.

Ich wünsche dir viel Erfolg ! :)

MfG