Ripple bei Ersatz von Linearregler durch Drop-in-Schaltregler (hier 1541)

Danke für die Infos. Ich schau Mal drüber und überlege mir, ob sich da was machen lässt.

Zitat von Stefan307

Für die Commodore kann das sicherlich root_42 . Wenn ich die Gehäuse sehe muss ich aber auch immer an S100 Karten denken, da kenn ich mich aber noch kaum aus. Ich würde vorschlagen sich an den Specs der Linearregler zu orientieren die ersetzt werden sollen. Außerdem möchte ich mal scorp auf dich aufmerksam machen bzw. dich auf sein VRM Modul.

Ich habe oben schon geschrieben was ich machen würde. Aber im Allgemeinen, bei der Entwicklung meines VRMs habe ich mit zwei Ingenieuren gesprochen, die sich gerade auf Stromversorgung spezialisieren. Die Antwort war einfach: erst Mal alles nach Theorie berechnen und ungefähr zusammenbauen und dann testen, testen, testen. Grundsätzlich gilt: einige kleine Keramik Kapazitäten am Ausgang um hochfrequentes Rauschen zu filtern und dann einige mittelgroße Elkos parallel um größere Ausschläge zu plätten. Man nimmt mehrere kleinere Kapazitäten statt einer großen, weil die zusammen niedrigeres ESR haben bei selben Kapazität. So viel zur Theorie, alles andere ist heiße Luft. Es kommt auch drauf an wie, wo und womit man den Ripple misst. Bei Schaltreglern wird man es nie komplett weg bekommen und es kommt drauf an wann es gut genug ist. PCB Layout spielt nur dann größere Rolle, wenn man sehr grobe Schnitzer sich geleistet hat, oder die Schaltung sehr hoher Belastung ausgesetzt ist. In diesem Fall sieht für mich alles ok aus bis auf die fehlenden 3-4 Elkos am Ausgang.

Also seitdem MLCC so gut sind, würde ich weniger den Bedarf nach Staffelung verschiedener Kapazitäten und Typen fühlen. Also statt 10 und 100 nF Keramik und 1 und 100 uF Elko eher 1 und ein oder zwei 22 uF MLCC richtig nah dran (1 uF näher, dank kleinerer Bauform) und schauen ob es schon ausreicht? Klar beim Floppylaufwerk darf die Gesamtkapazität schon etwas höher werden

Also ich wollte jetzt Mal einen groben Entwurf machen, aber die Datenblätter vom LM323 und LM340 verwirren mehr als sie helfen. Habt ihr euch das Mal im Detail angesehen? Beim LM323 gibts keine Angabe, ob das Pinout Top View oder Bottom View ist. Und beim LM340 ist auch alles verwirrend, da widerspricht sich sogar Seite 1 von 3.

Vergleiche ich das mit den aktuellen Fotos hier im Thread, verwirrt das echt.

Datenblatt LM323

Datenblatt LM340

Es geht nichts über alte Datenbücher

Bitteschön

H.EXE Ja, der Negativ Spannungsregler hat ein anderes Pinout. Aber die positiven sind doch gleich?

Ich hab da Mal bisschen was gekritzelt nebenbei, vorerst einmal einen Ersatz für den LM323. Der scheint immer fix auf 5V zu sein, korrekt? Oder gibts da noch historische Modelle, die längst nicht mehr auf meinem Radar sind?

Das Ding braucht noch einen Namen, heisst vorerst DR-LM323 (Drop-in Replacement LM323)

• Vin: 7.5V bis 24V
• Vout: 5V
• Iout: max. 3A
• Ripple: erstmal bauen und messen, dann sehen wir weiter

Es wird relativ viel gefiltert, deshalb siehts vielleicht etwas voll aus. Da diese Topologie (Buck) am Eingang sehr hohe Rippleströme beinhaltet, habe ich hier zwei Filterstufen vorgesehen, nur für den Eingangsbereich. Es geht mir vor allem darum, dass wir von der Schaltung ausgehend möglichst wenig an die Anschlusspins senden, nach Vout aber auch nach Vin! Einen Shield hab ich nun aus Kostengründen nicht gemacht. Dann wär einfach alles noch kompakter geworden, urks.

Ich verwende einen TPS62933 von TI. Preis/Leistung ist da wirklich prima, der Regler ist schön klein und hat sogar die Half Bridge integriert. Ja das Ding ist fummelig von Hand zu löten, aber ich musste meist sowieso auf 0402 gehen. Den normalen Bastler interessiert wahrscheinlich sowieso nur der Feedback Loop, um die Vout einzustellen. Dort habe ich den High Side Widerstand auf 0603 gemacht

Die Platine wird ein 4-Layer und 1.6mm dick. Der PCB Stackup wird so gewählt, dass der Core relativ dick ist und die äusseren Prepregs sehr dünn, also wirklich nur um die 100um:

• Top Layer
• Prepreg 100um
• Inner Layer 1
• Core 1200um
• Inner Layer 2
• Prepreg 100um
• Bottom Layer

Den SW-Loop habe ich so klein wie möglich gehalten. Zwei Kondensatoren nach der Induktivität führen umgehend zurück zum Regler. Und zwei weitere Kondensatoren hängen per Flux Cancellation am Regler, bilden einen vertikalen Current Loop. Genau deshalb brauche ich das 4-Layer PCB. Dieser Effekt wäre bei einem 2-Layer 1.6mm PCB einfach nicht mehr ausreichend vorhanden.

Was viele vergessen ist der heisseste Loop: Die Kommutierung der beiden FETs im Regler drin, mit dem externen Vin Kondensator. Da MOSFETs eine Reverse Recovery Time haben, knallt hier im Umschaltmoment immer ganz wenig durch die Body Diode des anderen FETs. Das sind meist genau die Nadeln, die ihr auf dem Oszi seht, in der Regel im dreistelligen MHz-Bereich. Extra dafür hab ich noch einen winzigen RC-Snubber spendiert, 1n mit 4R7 in Serie.

Und weil wir ja nun sowieso schon ein 4-Layer PCB haben, dann bietet es sich auch an, die FB-Leitung hübsch geshielded auf Inner Layer 2 zu führen. Auf Inner Layer 1 sowie auf Bottom Layer liegt vollflächig GND. Das sind unsere Shields. Das Routing wird bewusst am Rand entland geführt, weil dort haben wir keine hochfrequenten Current Loops. Die sind alle weiter rechts. Und: Wir sind soweit wie möglich weg von der dicken grossen Spule rechts.

Am Vout dann wieder zusätzliche Filterung, mit Ferrit und Kondensatoren. Was man dort auch noch sieht ist ein Abgriff an einen Testpunkt, über einen Widerstand. Über die Geometrie dieses Testpunkts nehme ich noch Wünsche entgegegen. u.FL/UMCC? MCCX? Platz ist knapp.

Der Widerstand wird ein 453Ohm sein und die Vout Spannung abgreifen. Warum 453Ohm?

Man hängt dort dann einfach ein Coaxkabel dran und den Oszilloskopeingang terminiert ihr mit 50Ohm. Und schon habt ihr ein sehr schickes Z0-Kabel, womit ihr nicht zusätzlich Ringing ins Messsignal addiert.

Die Pins sind noch undefiniert. Sind derzeit eher Platzhalter im Layout.

Danke fürs Kritzeln! Das ist aber ein unausgelasteter Layer 2 im dritten Screenshot? Ab 0603 dürfte es die Widerstände auch in beschriftet geben, vielleicht lässt sich der Platz doch irgendwie auftreiben? Sind auch gleich merklich angenehmer zu löten. Würde es was bringen, die Induktivität um 90 Grad zu drehen, für kürzere Leiterbahn zwischen ihr und dem Chip? Oder sind dann die Kondensatoren am Ausgang dafür zu weit weg? Lohnt es sich, noch andere Leiterbahnen ins Innere zu verlegen? Und gibt es auch Schaltregler mit Totzeitregelung, bei denen gleich gar keine Schaltspikes aufkommen? Schaltplan wäre auch spannend!

Hallo mceric

Gern geschehen. Schaltplan mach ich dann noch fertig, das war jetzt erstmal als Preview gedacht.

Inner Layer 2 hat nur die FB-Leitung und GND drin, das Plane war hier grad ausgeblendet. Das ist schon richtig so. Ich sehe derzeit nirgends Bedarf, andere Leitungen auch auf Inner Layer 2 zu ziehen.

Das hast du richtig gesehen, man könnte die Spule noch um 90° drehen, aber mir waren dann tatsächlich die Kondensatoren zu weit weg. Der Loop bleibt so kleiner.

Totzeitregelung haben viele Schaltregler, auch der hier. Das dient zur Verhinderung von Shoot-Through Zuständen, die wären fatal. Aber davon war bei mir gar nicht die Rede. Reverse Recovery ist streng genommen auch ein Shoot-Through, aber nur sehr sehr kurz. Beschränkt sich meist auf den unteren zweistelligen Nanosekundenbereich, bei dicken MOSFETs können das ganz gerne auch 200ns und mehr sein. Egal wie lange die Totzeit ist, dieser Effekt ist einfach da.

Wieder ein kleiner Zwischenstand, kleine Optimierungen, da und dort Kosmetik.

• Ferrite sind nun konsequent 90° gedreht gegenüber jenen Kondensatoren, durch welche noch ordentlich AC-Anteil vorhanden sein könnte. Dieser AC-Current generiert ein magnetisches Feld, das kann und wird in den Ferrit einkoppeln, sollte dieser parallel zum Kondensator liegen. Das wollen wir natürlich nicht
• mceric wird sich freuen, auf Inner Layer 2 ist noch ganz kleinwenig was dazugekommen. Ich entkopple dort zwei Filterstufen voneinander: LC-Filter am SW-Node des Reglers sowie Ferrit Filter an Vout.
• Durch etwas Schieberei konnte ich Platz für einen MMCX Stecker machen. An diesem könnt ihr in Zukunft eure Ripple-Messungen von Vout machen, auch unter Last. Es gibt käufliche 50Ω Adapterkabel von BNC auf MMCX. Den Channel am Oszilloskop terminiert ihr dann mit 50Ω, so habt ihr eine super Z0-Probe. Das Verhältnis ist neu 20:1. Der erste Teil des Spannungsteilers ist bereits auf dem PCB fest drauf (3* 316Ω), der zweite Teil ist die Terminierung in eurem Oszillskop.
• Warum diese neue Probe Ratio: Wir werden erstmal mit einem 5V Buck Converter starten, da wäre 10:1 noch machbar. Aber später mit 12V würden die Leistungsverluste zu krass. Ist ja bei resistiven Lasen immer alles im Quadrat, nicht vergessen. Und ich möchte lieber konsequent bei einem einheitlichen Verhältnis bleiben, also habe ich mich für 20:1 entschieden. Kann man in vielen Oszillskopen so einstellen.
• Als Pins habe ich nun erstmal die Mill-Max 5130-0-00-15-00-00-03-0 genommen. Die werden von oben ins PCB eingepresst. Ich muss noch überlegen, ob das der Hersteller machen soll, vor dem Bestücken, oder wir dann selber. Hat alles vor und Nachteile. Bevorzugen würde ich nach der Bestückung, aber nur, wenns für die umliegenden Bauteile kein zu krasser mechanischer Stress wird.

Echt schön geworden Hoffen wir, dass es auch preislich ein Vorteil zu bisherigen Konstruktionen bleibt.

R8 ist jetzt zur Feineinstellung der Spannung?

Das Bild sollte bei Wikipedia neben dem Wort "Overkill" stehen

Wow. So muss das! Gut, der MMCX Stecker ist Kür, aber nett. Wobei noch nicht einmal ich hätte ein Gegenstück. Wird also für 99,8% der USER uninteressant. Zum Prototyp prüfen natürlich optimal.

Und auf Mainboards ist vor einem Schaltregler auch immer ein LC Glied.

Bin auf Messungen gespannt!

Hoi zäme

Sodala, jetzt sind alle ERCs und DRCs aufgeräumt und etwas Selbstreview gemacht. Bin gerade an Preiskalkulationen und -optimierungen.

Logistisches

Wie machen wir das mit der Bestellung? Ich wäre bereit, die Kosten erstmal zu übernehmen. Aber gibts hier irgendeine Poll Funktion, wo User ihr Interesse bekunden können?

Was ist inzwischen noch geschehen?

• Pins mussten geändert werden, da hatte ich was übersehen. Die 5130 Mill-Max Pins sind für NPTH Press-fit Assembly. Ich traue dieser Technologie irgendwie nicht und bevorzuge PTH Press-fit Assembly. Also sind es nun die 8979-0-00-15-00-00-03-0 geworden. Kommen euch bestimmt schon bekannt vor
• Der Leistungsabfall an den Widerständen der Z0-Probe war etwas knapp bemessen, ist nun auch gefixt.
• Das Schema ist nun aufgeräumt und etwas dokumentiert. Schaut es euch an, wer Interesse hat. Verständlich gezeichnet? Rückfragen? Fehler gesehen?
• Den MMCX Stecker werde ich zu Beginn drauflöten, von Hand ist mir das zu fummelig. Wer sich mit dieser Probing Technik etwas befassen möchte, hier hätte man eine prima Beispielschaltung zum Rumspielen. Ich habe preislich schon echt viel optimiert, wir liegen relativ gut im Rennen. Aber eine Frage kam bereits auf: Angenommen, man möchte in KiCad zwei Bestückungsvarianten erstellen, eine für Prototyping und eine für Serie. Wie macht ihr das? Ich bin noch relativ frisch mit KiCad unterwegs, seit wenigen Monaten. Immer offen für Tipps

Zitat von H.EXE

Echt schön geworden Hoffen wir, dass es auch preislich ein Vorteil zu bisherigen Konstruktionen bleibt.

R8 ist jetzt zur Feineinstellung der Spannung?

Hallo graue Hexe

Ja, R8 ist der obere Widerstand des Feedback Loops, wo man die Spannung einstellen kann. Der Regler ist erstmal für 5V vorgesehen, wie stabil der dann auch bei 12V läuft müssen wir schauen. Falls man auch den Inductor ändern muss, halte ich es für sinnvoller, verschieden bestückte PCBs zu ordern. Spätestens dann brauen wir ne Umfrage. Ich habe keine Ahnung, wie hoch der Bedarf bei Spannung X ist.

Zitat von Mr. Floppy

Wie machen wir das mit der Bestellung? Ich wäre bereit, die Kosten erstmal zu übernehmen. Aber gibts hier irgendeine Poll Funktion, wo User ihr Interesse bekunden können?

Klar gibt es die. Beim Beitrag erstellen kannst du unterhalb von deinem Text auf "Umfrage" gehen und eine Umfrage deiner Wahl erstellen.