Aufwärtswandler erzeugt Sägezahn

[ikarus_177]

Hallo!

Ich brauche eine stabile 15V-Versorgung für die MOSFET-Treiber (IR2184) meines Quadrocopters. Diese soll aus einem 2s-LiPo erzeugt werden (also im Bereich von ca. 13V bis 10V).
Als Regler habe ich mich für den LMR62014 (Datenblatt gibt's hier) entschieden. Die gewünschte Ausgangsspannung wird über ein Widerstandsverhältnis eingestellt, ansonsten sind nur wenig externe Bauteile nötig.
Ein schneller Aufbau der Schaltung (lt. Datenblatt) am Steckbrett war wenig erfolgversprechend: die Ausgangsspannung änderte sich sehr stark mit der Eingangsspannung, eine "Regelung" war also nicht zu spüren.
Da im Datenblatt nachdrücklich auf die Wichtigkeit des richtigen Layouts hingewiesen wird, hab' ich eine kleine Platine geätzt (das Layout orientiert sich an dem empfohlenen Layout lt. Datenblatt):



Leider funktioniert auch hier der Regler nur bedingt: bei einer Eingangsspannung von 3V wird die Ausgangsspannung von 15V anstandslos erzeugt, kein Ripple sichtbar:


Bei 5V sieht man schon einen sehr unschönen Sägezahn (links), der bei 7V noch viel ausgeprägter wird (rechts):


Ein Lastwiderstand von 430Ohm war bei allen Versuchen angeschlossen.
Was mir noch aufgefallen ist: die Unterkante des Sägezahn entspricht genau den gewünschen 15V. Wird die Schaltung ohne Last betrieben, ist lediglich die Frequenz vergrößert (d.h. der Abfall flacher), die Amplitude bleibt aber gleich groß.

Hat jemand eine Idee woran das liegen könnte? Falsche Kondensatoren? Zu große Spule?

Bin für jegliche Anregungen dankbar!
Schöne Grüße

[5Volt-Junkie]

Für wieviel Volt ist der Ausgangselko ausgelegt? Hatte das gleiche Bild bei einem Step-Down für 5V. Den Wert von dem Elko habe ich nicht mehr im Kopf, war aber für 10V ausgelegt. Nachdem ich ein elko mit der gleichen Kapazität aber mit 35V Spannungsfestigkeit eingesetzt habe, war die Ausgangsspannung deutlich besser. Mit ein paar 100nF/50V Keramikkondensatoren vom Typ X7R war die Ausgangsspannung traumhaft .

Viele hersteller schreiben auch diesen Typ der Kondesatoren vor, sprich es steht auch im Datenblatt welche Kondensatoren man einsetzen muss.

Nachtrag: der 22µF-Elko scheint mir auch etwas unterdimensioniert zu sein.

[ikarus_177]

Hallo!

Der Tantal-ELKO hat 20V, die beiden Keramikkondensatoren zusammen 32V (Serienschaltung deswegen, weil ich keine Typen mit höherer Spannungsfestigkeit dahatte)...

Das Datenblatt sagt dazu

A single ceramic capacitor of value 4.7 μF to 10 μF will provide
sufficient output capacitance for most applications. If larger
amounts of capacitance are desired for improved line support
and transient response, tantalum capacitors can be used.

Was mich stutzig macht, ist, dass der "Ripple" erst bei höheren Eingangsspannungen auftritt, darunter ist alles "traumhaft"
Ich habe noch herausgefunden, dass während des Aufladens der Induktivität die Eingangsspannung etwas einbricht (wird wohl ordentlich Strom gezogen) - ein 1000uF Elko verbesserte die Eingangsspannungsschwankungen, am Ausgang ändert sich aber nichts...

EDIT: ich habe auf deine Anregung hin mal einen großen 6800uF-Elko am Ausgang angebracht. Damit ist die Amplitude des Sägezahns unter Last "nur noch" etwa 500mV. Dennoch: ist das "normal"? (das ist das erste Mal, dass ich einen solchen Aufwärtswandler einsetze)
Außerdem hört man einen leisen "Tick", wenn die Spule aufgeladen wird (unter Last einige Male pro Sekunde).

[Besserwessi]

Wie hoch ist die Rippelfrequenz ?

Wenn die Störungen mit der internen Frequenz gehen (also ca. 1 MHz), dann könnte der Fehler bei so etwas wie dem Layout liegen - Abhilfe könnten dann 1 oder 2 zusätzliche Drosseln bringen. Ein Problem ist da schon mal die gemeinsame Masseleitung für die Zuleitung und den Ausgang.

Wenn die Störungen deutlich langsamer sind (eher so 1 kHz) liegt das Problem in der Stabilität der Regelschleife. Mit der vergleichsweise großen Induktivität ist man schon ziemlich am Rand der üblichen Parameter - da muss dann ggf. C2 angepasst (eher vergrößert ?) werden und der Elko am Ausgang ist ggf. auch schon zu groß.

Der Regler ist vermutlich reichlich überdimensioniert vom Strom, dafür ist die Spannung schon an der oberen Grenze. Bei der Induktivität ist die Frage ob da ggf. schon die Eigenresonanz erreicht wird.

[ikarus_177]

Hallo Besserwessi,

danke für den Tipp mit C2! Die Ripplefrequenz war viel tiefer als die 1MHz, nämlich (eingangsspannungsabhängige) 400-800Hz (hörte man auch schön als Summen).
Ich hab' jetzt eine 100uH-Spule der ursprünglichen parallelgeschaltet (ergibt eine Gesamtinduktivität von ca. 80uH) und außerdem einen 200nF KerKo parallel zu C2 gehängt.
Das hat die Ripplefrequenz stark angehoben (ist jetzt ein unangenehmes Sirren), die Rippleamplitude stark verkleinert und die Ausgangsspannung leicht angehoben.

Soll ich den Tantal-Elko am Ausgang auch mal testweise entfernen?

Wofür ist eigentlich der Zweig R2/C2 gut? Ich hab die Erklärung im Datenblatt nicht so ganz verstanden...

Danke dir!

[ePyx]

Wofür ist eigentlich der Zweig R2/C2 gut? Ich hab die Erklärung im Datenblatt nicht so ganz verstanden...

Für die Feedback-Loop als Kompensation.