DC-DC converter eigenschappen

rbeckers

Overleden

Blackdog,
in het schema "Mu metalen huisje" staat over C2 +12V en over R3 +12,38V.
Dat valt niet op?

miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Mooie behuizing, en mooi opgebouwd!
je had me er eerder al op gewezen dat deze mu-metalen afscherming ook los te koop is.

Inderdaad goed geschikt voor deze toepassing.
Ik zou alléén de converter in het doosje geplaatst hebben, en het filter er buiten gehouden hebben.
Zo voorkom je ook dat de converter trafo instraalt op de spoelen van je filter. Het geheel wordt dan natuurlijk wel minder compact.

Wij waren dus gister eigenlijk met hetzelfde probleem bezig. en zochten de oplossing in dezelfde richting.
Ook ik was gisteravond bezig met blik.....

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/IMG_3835-XP_DC-DC-ingeblikt-600pix.jpg

Ik had (en heb, nu wat minder...) nog last van 2mV 20MHz piekjes op de uitgang. Dit is dan na 1e ferriet-C filter en capacitor multiplier. Verder filteren maakte niks uit.... Dus straling, common mode? Gaan we vandaag mee verder.

Verder een saaie foto. De rest zit aan de onderkant. Als Farnell morgen weer geweest is dan verhuizen Os-con en tor ook naar de andere kant.

Ik had gister nog een een kunstje van je afgekeken om m'n scoop beter te triggeren. Bij de steeds kleiner stoorsignalen wordt dat lastiger.
Ik legde een lusje om de converter, kabel in m'n mV meter om flink te versterken, en dan met AC output van de mV meter de scoop extern triggeren.
Helaas heb ik met m'n afscherming dit systeem weer om zeep geholpen....

Nog even over je ingangsfiltering.
Op de plaats van C1 zet ik meestal een low ESR elco, met het idee dat de converter daar z'n piekstromen vandaan haalt i.p.v. uit de voeding. ( L1a en L1b helpen ook daarbij).
Dan een C'tje op de ingang (10...100nF) om samen met L1a en L1b de voedingslijnen schoon te maken.
Met mijn huidig prototypje zit ik zo op 1,5mVtt op de voedingslijn.

Kan je iets uitleggen over je metingen aan de SMD spoeltjes, zijn deze met of zonder DC gemeten?

Ik heb gemeten aan ferriet beads, dat zijn geen spoeltjes.....
Sorry, normaal ben ik niet zo miere***kerig, maar anders krijgen we de bovenstaande serie posts wééér over ons heen :-)

Ik heb eenvoudig de impedantie bepaald in een spanningsdeler.
Ik had een fotootje van de meet opstelling gemaakt:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/IMG_3816-ferriet_meten-600pix.jpg

Links de kabel van de tracking generator. afgesloten met 50Ω, dus de bronimpedantie is 25Ω.
Het ferriet vormt een spanningsdeler met de 50Ω ingangsimpedantie van de SA.
Ik meet dan ook een paar weerstanden, ter controle van het systeem, en je kunt ze gebruiken als referentielijn in de grafiek.

Normaal normalise ik met een kortsluiting, maar in de getoonde plaatjes had ik dat gedaan met een 50Ω weerstand. Gedachte was dat het normalizen nu gebeurt op een niveau gebeurt dat dichter bij de interessante meetniveaus zit. En je hebt een gratis extra 50Ω referentielijn.

Ik heb dus geen DC bias gegeven. Inderdaad verlopen de eigenschappen van beads naarmate je er meer stroom door stuurt.
De betere datasheets geven dat ook keurig weer.
Omdat ik vooral geïnteresseerd was bij welke frequentie een bead effectief begint te worden, en toch alle beads op dezelfde manier gemeten worden, had ik besloten dat zonder DC bias voldoende info gaf.

Wel keek ik daarbij natuurlijk ook naar de specs.
Die BLM31 bead is b.v. gespect voor 200mA, en ik gebruik hem op 50mA.

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi René, :-)

Dat klopt, en deze keer geen typo!
De waarden aan de rechter zijde zijn de waarden gemeten met de 560-Ohm weerstanden als belasting.
Wat ik het kader staat van de converter zijn de aansluiting omschrijving, ik zal de pinnummers er bij zetten,
zie het ge-update schema.
Ook de scoop probe aansluiting heb ik nu goed gezet, stond verkeerd om :-)

Gertjan
Tja, natuurlijk vele afwegingen gedaan, precies zoals je aangeeft het probleem met het instralen op de spoelen en de ferriet beads.
Ik heb zo goed als dit kon en de toch weer te krappe behuizing het een en ander zo goed mogelijk te plaatsen.

Ook heb ik er aan gedacht om de converter een klein beetje van de behuizing weg te houden.
Dit om te voorkomen dat door het sterke veld zo vlak bij de behuizing het Mu metaal verzading en het Mumetaal
als transport medium gaat fungeren en op alle andere onderdelen instraald.

De eerste keer dat ik zoiets tegenkwaam was toen ik met een aantal colega's een nieuw 19 Inch rek aan het inrichten was vol met dikke eindtrappen voor de Bijenkorf.
De transformatoren van die dikke eindtrappen creëerden een stevig veld in het stalen rek.
Dat op zijn beurd weer lekker instraalde op de lijn en microfoon tranformatoren.
Veel van geleerd en nooit meer vergeten ;-)

Heb je nog gekeken of de behuizing niet te veel de eigenschappen van de converter aantast?
Je hebt kans dat het rendament wat omlaag is gegaan.
Ik zag met een testje dat ik deed met een platbek tangetje, dat de frequentie en de uitgangsspaning varieerde
als ik het tangetje tegen de converter hield.
Ik heb dit nog verder niet uitgezocht, ik kan dat gaan doen met de 15V versie die ik ook heb gekocht.

Ik heb bij mijn test met de converter ingepakt in mumetaal moeten kiezen wat er in en buiten komt.
Jouw elco aan de ingang zit er bij mij niet in de behuizing, maar heb daar wel de 4,7uF Cer direct aan de pootjes zitten, korter bedraden kan niet...
Die vangt de grootste pulsstromen op, en dan kan er op de print naast de behuizing een Low ESR condensator komen voor de "lagere" frequenties.

Aan het uitgangs circuit zijn dus ook wat veranderingen gekomen, zoals de serie weerstanden.
Deze zijn nu 4,7 Ohm, nu kan ik als ik niet tegen het maximum van de converter aan kom,
nogmaals 4,7 Ohm gebruiken met goede condensatoren om het zo schoon mogelijk wat HF betreft aan de LDO aan te bieden.

Mooi, nu is het weer werktijd, erg he...

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

Ha Blackdog :-)

Heb je nog gekeken of de behuizing niet te veel de eigenschappen van de converter aantast?
Je hebt kans dat het rendament wat omlaag is gegaan.

Bedankt voor de tip! Niet aan gedacht, ga ik naar kijken.
Als blijkt dat afschermen echt verbetering geeft ga ik toch een nieuw bakje maken, wat de converter geheel omsluit.

Vandaag nog niets aan gedaan. Ook hier eerst rekeningen schrijven, betalen etc....

Jouw elco aan de ingang zit er bij mij niet in de behuizing, maar heb daar wel de 4,7uF Cer direct aan de pootjes zitten, korter bedraden kan niet...
Die vangt de grootste pulsstromen op, en dan kan er op de print naast de behuizing een Low ESR condensator komen voor de "lagere" frequenties.

Ik ga er van uit dat die keramische C aan de ingang al ingebakken zit in de converter (evenals de C's die je direct aan de uitgang hebt getekend). Daar nog een soortgelijke C aan parallel hangen levert niet zo veel winst op.
Het voordeel van de low-ESR elco aan de converter kant van je ingangs common-mode spoel is dat er meer piekstroom uit de elco getrokken wordt.
Immers, de impedantie naar de elco is laag, en naar de voeding (= via de common mode spoel) is juist hoger.

Deze zijn nu 4,7 Ohm, nu kan ik als ik niet tegen het maximum van de converter aan kom,
nogmaals 4,7 Ohm gebruiken met goede condensatoren om het zo schoon mogelijk wat HF betreft aan de LDO aan te bieden.

In het verleden heb ik vaak met R-C gefilterd, omdat dat (bij kleine stromen) eigenlijk opvallend goed gaat.
Dan bleek dat als je de gebruikte weerstand in tweeën deelt, om er twee filtertrappen achter elkaar van te maken, met dezelfde serie weerstand er een stuk effectiever filter te maken was.

groet, Gertjan.

Geen intellectuele bijdrage, maar ik heb nog wel een NMH0512S liggen mocht iemand interesse hebben. Ingang, 5v, uitgang 2x12v/83 mA isolated.

Blijkbaar is deze gemaakt door Murata en Newport Components en misschien nogwel door meer fabrikanten.

rbeckers

Overleden

Gertjan,
een soortgelijke C aan parallel aan hangen kan helpen indien de waarde veel afwijkt en daardoor wat andere eigenschappen heeft.
Beter is een ander type te kiezen.

blackdog

Golden Member

Hi Heren, Dames ook ;-)

Bij mij zoekwerk naar eigenschappen van DC /DC converters kwam ik dit document van Murata tegen.

Prachtig veel info over ontkopeling is er in dit document weergegeven.
Dat is ook voor de gene die NIET met DC /DC converters bezig zijn en er wat bij willen leren.

Het is niet een document dat je ff leest, meer een mini leerboek over ontkoppeling.
Happy Reading!

www.bramcam.nl/NA/NA-DCDC/c39e.pdf

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
rbeckers

Overleden

Bram, dat kwam me bekend voor.
Stond al op mijn PC. O.a. van Recom heb ik ong. hetzelfde.

fred101

Golden Member

Ik heb gemeten aan ferriet beads, dat zijn geen spoeltjes.....

Het is een ding bestaande uit een stukje draad en wat kern materiaal. Dat draadje heeft een zekere zelfinductie, dat ferriet werkt als een zelfinductie "versterker". Dat heet bij mij een spoeltje ;-)

Doordat de zelfinductie hoger wordt neemt de reactantie op de "werkfrequentie" toe. En dat gebeurd dus ook met het stijgen van de frequentie. Dat dit niet eindeloos doorgaat komt aan de ene kant door de frequentie afhankelijke eigenschappen van het ferriet. Aan de andere kant door de stroom die er door loopt.

Over de commonmode choke die Blackdog verwijderde omdat hij niets deed: Dat ding houdt alleen commonmode zooi tegen. Ook dat is frequentie afhankelijk. Maar belangrijker, het doet dus niets met het signaal wat uit de voeding komt. Die choke is onzichtbaar voor het signaal wat door de twee draden loopt. Je gebruikt zo'n ding om externe signalen die op beide geleiders inkoppelen buiten te houden en/of om van gebalanceerd naar ongebalanceerd te gaan.

Ik blik een smps meestal in en dan een flink filter er achter.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
miedema

Golden Member

Beste Fred,

Natuurlijk zit er een beetje zelfinductie in een ferriet bead, maar kenmerkend is juist dat de impedantie voor het grootste deel resistief is.
Kijk maar naar een impedantie curve:
http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/ferrite-bead-impedance.png

Je ziet dat de Z vooral bestaat uit de Rs en maar een beetje Xl.
Dat is nou net het mooie van een bead: Je kunt er mee filteren als met een zelfinductie, maar de energie wordt geabsorbeerd, en er kunnen geen resonanties ontstaan.

Maar alsjeblieft geen nieuwe semantische discussie over ferriet.
Daar gaat dit topic niet over, en hebben we gister al genoeg van gehad :-).

Wat betreft een DC-DC met een common-mode choke filteren: probeer het eens, het werkt verbazend effectief....
Je verhaal klopt, ik dacht hetzelfde. Maar het werkt!
(Eigenlijk iets om te onderzoeken, waarom dat toch goed werkt...)

groet, Gertjan

miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Ik ben bezig geweest op mijn papieren krabbels samen te voegen tot een schema.
Nu kan ik ook laten zien waar ik mee bezig ben :-)

Het is dus een DC-DC converter om mijn Hi-Z naar 50Ω buffer (±5V gevoed) te voeden uit de USB aansluiting van m'n SA.

Uitgangspunten zijn:
- voeding net zo schoon als de uit de labvoeding
- galvanische scheiding om aardlus problemen te voorkomen.

Daarbij vond ik het leuk om te kijken of dit helemaal elektronisch (zonder filter spoelen) te doen is.

Dit is het voorlopige schema:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/Hi-Z-to-50R-DC-DC-schema_v12-600pix.png

Het linkerdeel, converter met in- en uitgangsfilters is inmiddels geoptimaliseerd en definitief.
De capacitance multipier werkt, maar ben ik nog mee aan het spelen.
De LDO uitgangs regelaars zitten nog in Farnell zakjes... Dit stukje schema is nog rechtstreeks uit de datasheets.

Globaal bekeken is dit natuurlijk een wat omslachtige aanpak t.o.v. passief filteren. Ook het rendement is natuurlijk slechter. Maar in dit geval is dat niet zo belangrijk aangezien het om heel weinig vermogen gaat.
En, met SMD's opgebouwd, kan het zelfs compacter worden.
Het gaat hier om de lol om te kijken of je met alleen elektronica een schone uitgang kunt krijgen.
En dat past goed bij het doel: het voeden van een meetbuffer voor signalen van 10kHz....850MHz. Waar een voedingsrimpel dus altijd midden in de meetband valt.

De uitgangsfiltering is puur bedoeld om de 20MHz component van de uitgangsrimpel kwijt te raken.
Na het uitgangsfilter (op C6 en C7) ziet de rimpel er zo uit:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/IMG_3831_XP_uitgangsrimpel-filter-BLM+10n+u1-600pix.jpg

Er is nog zo'n 25mV rimpel over. Het belangrijkst is dat de hogere harmonischen verdwenen zijn.
Eigenlijk waren alleen de 10nF C'tjes (C4 en C5) voldoende om dit te bereiken. Maar dan kwam er een soort uitslingering/oscillatie op de rimpel, die met de parallel 100nF C's verdwenen was.

En zo ziet de uitgangsrimpel er na de capacitance multiplier uit:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/IMG_3838_uitgangsrimpel_na_CM_1e_proto-600pix.jpg

Op zich al prima schoon (hier 1mV/div), maar.... toch weer 2,5mV HF pulsjes er op! Grr...
De onderste trace is 1 pulsje uitvergroot met de B tijdbasis.

Dit is de meest basic opzet. Echter, extra filteren hielp niet...
Metalen doosje over converter hielp niet....
Dit vereist dus nog nader onderzoek. Aardlusje? Common mode? Toch instraling? We zullen zien...

Ondertussen ben ik de eigenschappen van die capacitance multiplier aan het onderzoeken.
Net met de SA demping karakteristieken zitten maken. Als ik weer tijd heb zal ik daar wat over posten.

groet, Gertjan.

haasje93

Golden Member

Ik vind dit topic zeer interessant en lees telkens mee.
Momenteel nog druk met de Miedema referentie, daar op een later tijdstip meer over. ;)

If a cluttered desk is a sign of a cluttered mind of what than is an empty desk a sign?
miedema

Golden Member

Ha Blackdog, :-)

Zoals gezegd ben ik dieper in de capacitor multiplier gedoken.
Een eerste versie werkte prima. Dat wil zeggen... Voor lage frequenties. Maar die HF pulsjes kwamen er gewoon door...
Reden om eens te kijken wat er precies gebeurt, en de demping van dat ding eens te gaan meten.
Om een dempingkarakteristiek te meten bedacht ik dit schema:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap-multiplier-test-schema-600pix.png

Het TG signaal wordt op de ingang geïnjecteerd. R2 zorgt voor ontkoppeling richting DC voeding, en tevens samen met C1 en C2 voor 50Ω afsluiting.
Aan de andere kant wordt de capacitance multiplier belast met R5, 180Ω. Over de belasting pikt de Hi-Z naar 50R buffer het meetsignaal weer op, richting SA.

En zo zag de test opzet er uit (aan het begin :-) )

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/IMG_3840-Cap_multiplier_proto-600pix.jpg

Ik begon met de kale, tekstboek variant zoals in het schema.
Dat levert deze karakteristiek op:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi-basic-600pix.png

Niet om over naar huis te schrijven.......
De demping in het laag is wel OK. Maar al bij 100kHz zit een kantelpunt waarboven de demping minder wordt, en bij 10MHz is er niet veel demping meer over.

Maar eens kijken of het filter goed werkt, hoe schoon is het op de basis van de tor?:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi-basic+basis-600pix.png

Geel is weer dezelfde doorlaat demping curve, en paars is de demping op de basis van de tor.
Dat ziet er eigenlijk wel OK uit, tot 10MHz wordt de rimpel zeker 60dB onderdrukt. (Je kunt ook mooi de resonantiepunten zien van de u47 en 10n condensatoren)

Ik heb de demping van het filter verder verbeterd (meer C’s parallel, R3 in tweeën gedeeld zodat je een 12dB/okt filter kunt maken). Helaas, de doorlaat demping bleef gelijk....
Het probleem lijkt in de interne capaciteiten van de tor te zitten...

Wat zouden we daar aan kunnen doen. Uit gewoonte heb ik een stopweerstandje (R4) in de basis zitten. Maar dat ontkoppeld natuurlijk ook de collectorcapaciteit.
Eens kijken wat er gebeurt als we die basisweerstand gaan verkleinen:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi-basic-Rb_vari-600pix.png

En inderdaad, naarmate Rb kleiner wordt gaan we wat de goede kant op. De rimpel die lekt via de collectorcapaciteit wordt nu beter naar massa kortgesloten via de filter C’s.
Een check met de scoop leert dat we ook zonder stopweerstand oscillatievrij blijven :-)

Wat kunnen we nog meer doen om te verbeteren? Tot nu toe viel er slechts 1,2V over de tor.
Wat gebeurt er als we die spanning verhogen? D.m.v. een 3k3 weerstand parallel aan de filter C’s trek ik de basis wat meer naar massa. Nu staat er nog 6,8V op de uitgang. Dat zit nog net in het spanningsbudget...

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi-basic_Uce-600pix.png

Ook dit levert een verbetering op. Zo’n 8dB over een flink deel van de curve. En mooi dat het kantelpunt rond 20MHz nu richting 100MHz opschuift.

Wat kunnen we verder nog doen. Een C’tje aan de uitgang, die een capacitieve spanningsdeler vormt met de emittercapaciteit? Een ferriet bead voor de ingang?
http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi_BLM_in-10n_uit-600pix.png

Die C over de uitgang werkt wel, en met 10nF ligt de dip mooi op de frequentie van de pulsjes van de DC-DC converter. Het ferriet helpt een beetje....

Laten we eens zien wat deze optimalisaties gezamenlijk opleveren:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi_opti1-600pix.png

Geel is de tekstboek schakeling. Paars is de winst van het verdwenen stopweerstandje R4. En bij blauw is de ook spanningsval over de tor verhoogd.
Gezamenlijk goed voor zo’n 15à 20dB winst in het belangrijke stuk.

Dan kunnen we ook nog een C over de uitgang zetten:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/cap_multi_opti2-600pix.png

De paarse kurve is nu het voorgaande, plus 10nF over de uitgang.
Daarmee zit de hele curve onder de -30dB, en op de belangrijke frequenties (rond 175kHz en 20MHz) nog wat lager.

Hoe nu verder....
Ik kan naar torren met kleinere capaciteiten gaan zoeken, maar ze moeten ook een goede hFE tot 100mA hebben.... Dat zijn tegenstrijdige eisen. Eigenlijk heb ik best respect gekregen voor die superstandaard BC547!

Vandaag heb ik metingen gedaan met darlingtons. Daar kwam ik niet veel verder mee. In het laag natuurlijk wel, met de veel hogere versterking. Maar in het hoog zijn het weer dezelfde capaciteiten die hetzelfde probleem opleveren....
Maar eens een nachtje over slapen. Ook over of dit wel de juiste weg is...
Tenslotte was het idee om hier (met een niet-feedback schakeling) te filteren waar de LDO’s het moeilijk mee hebben. (omdat die hun mooie onderdrukkingscijfers met veel feedback halen, en dat dus alleen voor lagere frequenties goed gaat)

Ben benieuwd of er hier nog ideeën leven :-)

Groet, Gertjan.

benleentje

Golden Member

Leuk om te zien dat een relatief kleine verandering grote gevolgen kan hebben. Ik ben nieuwsgierig wat een ferietbeat op de ingang of uitgang nog kan toevoegen/ verbeteren. De beat leek het boven de 100Mhz beter te gaan doen.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.
rbeckers

Overleden

Dat zijn tegenstrijdige eisen

Inderdaad. ;)

Probeer een BD139-16, is misschien een optie.
Mooie plaatjes. Wat opvalt is het parallel zetten van C's. Dat is prima.

blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

Ook lekker bezig zie ik :-)
Probeer dit eens, zet in de emittor een weerstand van 1 tot 3,3 Ohm en daar achter een goede kwaliteit condensator of een mix van twee stuks.
Misschien is er dan wel weer een kleine basis weerstand nodig, zoiets van 4,7 Ohm.
Neem b.v. een tantaal van 10 a 33uF met korte draden na de 1 ohm weerstand naar massa.
Wel HF bedraden, anders loop je teveel tegen resonanties aan.
Grote kans dat een deel van je condensatoren aan de basis weg kunen door de filtering aan de emittor zijde.

Nu te gaar van de vele metingen vandaag om het even te proberen :-)

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
miedema

Golden Member

@ benleentje,
Die ferriet bead in had ik dus geprobeerd.....
Inderdaad neemt z'n invloed boven 100MHz verder toe. Maar daar zit geen te filteren stoorsignaal meer.....
Dat is in elk geval prettig bij DC-DC converters, je weet precies wat je stoorsignaal is :-) )

@ rbeckers,
Die BD139-16 verbaast me. Ik zou denken dat een hoger vermogen transistor met z'n grotere chip hogere capaciteiten heeft (en lagere hFE)
Maar de BD139-16 is legendarisch, ik heb hem natuurlijk liggen, en met een hint van jou ga ik hem proberen.

Wat ook mooi is van de BC547 is dat z'n hFE over een groot Ic bereik gelijk is. Ik heb dempingscurven gemaakt tussen 10...100mA, en die vallen mooi over elkaar.

@ Blackdog,
Ga ik naar kijken.
Maar eigenlijk is dat weer extra passief filteren. Ik had me net voorgenomen om dat dit maal zo min mogelijk te doen.....
(Maar loop er links en rechts tegen aan dat voor hoge frequenties je er toch niet omheen kunt....)

Edit: Het wordt trouwens vanzelf iets als in je voorstel, als je naar mijn schema kijkt. De navolgende LDO krijgt een 47u Os-con aan z'n ingang. Ik zal proberen wat een weerstandje tussen emitter en Os-Con doet.

groet, Gertjan.

[Bericht gewijzigd door miedema op donderdag 10 december 2015 22:43:16 (10%)

De beste manier om een switcher stil te krijgen is door hem niet te snel laten schakelen. Jim Williams heeft er een interessante application note AN70 aan gewijd. Must read voor een ieder die wat meer inzicht wil verkrijgen in de herrie omtrent switchers.

Mijn persoonlijke ervaring met switchers? Ik ga niet eens proberen die off the shelve DC/DC converters schoon te krijgen met filters. Moet het schoon zijn? Bouw dan zelf een nette omzetter. De meeste van die ingegoten blokjes zijn gebouwd met efficiency en lage kostprijs als main feature. Ze produceren de nodige differential en common mode ruis. Die differential noise krijg je nog wel redelijk gefilterd maar de common mode ruis is een stuk lastiger om weg te krijgen. Al met al komen er dure componenten bij om de slechte eigenschappen te verminderen, dit gaat gepaard met een toename van footprint en kostprijs en het rendement neemt ook af. De filosofie die Jim hanteerde was dan ook, zorg dat je de ruis in eerste instantie niet maakt dan hoef je ze later ook niet te verwijderen. Linear heeft een aantal switcher IC's geproduceerd die de in en uitschakeltijden van de schakelaars beheersen en daardoor de schakelruis zeer sterk laten afnemen. De voornaamste trade off is de afname van de efficiency, iets meer warmteproductie voor een significant lagere productie van schakelruis.

[Bericht gewijzigd door Blackfin op vrijdag 11 december 2015 08:02:36 (63%)

This is the world we know best, the world of madness
blackdog

Golden Member

Morge, :-)

Gertjan
Mooi gepresenterde metingen, ik weet hoeveel moeite dit kost!

Dan een paar opmerkingen over wat ik zie over de opbouw.
De OSCON is met lange draden aangesloten op twee andere condensatoren.
Dat geeft ondermeer jouw resonantie pieken.
Ook zie ik een mooi geel oppik lusje naar je meetversterker.
Ik zou de twee BNC connectoren in line zetten met korte bedrading, want je bent tot 100Mhz aan het meten.

Passief/aktief
Je komt niet van de passive filtering af, want die gebruik je al basis filter element.
Je maakt een schone spanning met R3 en C5, 6 en 7 en die wordt gebuffert door een actief element, jouw BC547.

Door je metingen weet je nu wat ongeveer de eigenschappen zijn van de BC547, en misschien wat René en ik je al voorstelde een BD139 testen en/of een video transistor ik denk dan aan de BF469/471 series.
Ik heb nog geen idee of de mix van andere eigenschappen van deze transitoren het beter maakt, in ieder geval het prberen waard.

Daar de beperkingen die je nu ervaart met die transitor (mooi weergegeven hoeveel de basisweerstand de demping omzeep helpt) zal voor het beste resultaat denk is dat er toch wat ferriet kraaltjes toegepast moeten worden.
Ik zie het zo, met zo min mogelijke onderdelen zo best mogelijke dempende schakeling maken.

Blackfin
Ik ken de artikelen van Jim over de schakelende voedingen, en altijd als ik rf piekjes zie denk ik aan zijn
opmerkingen/plaatje van "Megahurts To Minihurts Converter" aan het einde van AN101.
Verder heb je gelijk betreffende de stijlheid van de flanken, ik probeer converterts te gebruiken met al goede specs
en dan deze verder stil genoeg zien te krijgen. (kost toch meestal minder tijd dan nieuwe ontwikkelingen)
Dit gaat om een klein aantal die ik nodig heb voor wat geisoleerde meetversterkers.
Ik wil uiteindelijk ook een sinus omvormer proberen op 50 a 100Khz, rendament wordt hiervan dus niet zo goed,
Maar omdat ik maar weinig vermogen nodig heb, is dit geen probleem.

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
rbeckers

Overleden

@blackdog
Die sinus omvormer heb ik overwogen maar dan op een frequentie een stuk hoger dan het hoge -3dB punt van de meet schakeling.
De ong. 2cm grote ringkernen, i.v.m. zoveel mogelijk afstand tussen de wikkelingen, hadden bij 10MHz een rendement van minder dan 50%.
De diodes aan de secundaire gaven problemen met de sinus.

blackdog

Golden Member

Hi René,

Ik wou juist niet zo hoog gaan, zoals je zelf al aangeeft m.b.t. de diode problemen.
Ik dacht aan een NE5532a als sinus oscilator, de tweede opamp als een fase draaien zodat ik de trafo in balans kan aan sturen.
Ik heb wat ferriet materiaal waarvan ik denk dat het geschikt is, we zullen zien waar het schip strand :-)

Gegroet,
Blackdog

You have your way. I have my way. As for the right way, the correct way, and the only way, it does not exist.
rbeckers

Overleden

Heb ik voor 100kHz naar een audio IC, zoiets als een TDA2030 (of twee) gekeken. Dat is mogelijk maar de hoge variant heeft m.b.t. ruis en rimpel, voordelen.

miedema

Golden Member

@ blackdog,
Natuurlijk kun je niet zonder passief filteren :-)
Wat ik bedoelde was zonder spoelen, en in het bijzonder de common-mode choke die ik standaard gebruik. mijn gedachte was: "in hoeverre kan ik die spoelen vervangen door actieve elektronica"

Ik denk niet dat die weg via actieve elektronica de kortste of meest effectieve weg is, maar ik vindt het domweg leuk om een andere route te verkennen :-)

Die Os-con even geprobeerd. Inderdaad was de laagste resonantie van de Os-con! Niet slecht overigens, een elco met een eigen resonantie boven 1MHz... Met de pootjes zo kort mogelijk schoof die eigen resonantie nog wat omhoog naar 2MHz. Voor de werking van de schakeling maakte het niet uit.
Een volgende test schakeling wordt trouwens sowieso SMD (m'n convertor prototypje is al SMD). De nieuwe Panasonic versie (heet nu POSCAP) heb ik net binnen in SMD.

@Blackfin
In grote lijnen helemaal met je eens. Ik was bekend met AN-70, maar toch goed om weer te lezen (zoals meestal vooral ook de appendixen!)
Ik heb voldoende DC-DC converters zelf ontworpen en gebouwd om nu heel blij te zijn met de (betere!) kant en klare converters...
Zo'n hoog rendement, en die compactheid kan ik zelf niet halen.
De betere DC-DC (b.v. Traco) zijn niet goedkoop, maar keurig ingeblikt,en vrij simpel te filteren.
(In dit geval heb ik wel zo'n plastic blokje wat aan jouw omschrijving voldoet... Helaas wilde ik ±9V uit. Dat bleek maar in weinig standaard programma's te zitten.)

Als jij een betere, storingsvrije converter zelf kunt ontwerpen en bouwen, petje af! Ik ken inderdaad iemand die dat doet, en heb daar diep respect voor!

@ rbeckers
Die BD139 even opgezocht. Een fT van 190MHz!! (BC547=100MHz) Helaas geen capaciteiten vermeld. De moeite van het proberen waard. (Hoewel het uiteindelijk dus een SMD versie moet worden)
Dus even in de testopstelling gezet.... Ik geloofde mijn ogen niet!!!
Nog een keer serieus gemeten & vergeleken met de BC547, en zie het resultaat hier onder:

http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/BC547C-vs-BD139_Rb=0-600pix.png

Het plaatje wat lastiger te vergelijken met voorgaande omdat ik naar een verticale schaal van 10dB/div moest....
Die BD139 is zomaar ruim 20dB beter dan de BC547!! Daar heb je wat aan!
Waarom het zoveel scheelt kan ik nog niet bedenken...

Wel kwam ik in een datasheet tegen dat de collector capaciteit afneemt met toenemende spanning erover. Dat verklaart dus de verbetering als ik wat meer spanning over de tor laat vallen.

De rimpeltjes die op de BD139 curven zitten komen precies overeen met de resonantiepieken van het R-C filter aan de basis. Daar begint dat dus een beperking te worden.
Ook de rimpels links (onder 100kHz) zijn het rimpel niveau van het filter. (Wat overigens prima is, het LF deel is een eitje voor de volgende LDO regelaar)

Dus, dank dat je me op dit spoor gezet hebt, ik geloof weer in de capacitance multilier :-)

groet, Gertjan.

rbeckers

Overleden

Zo vreemd is dat niet. Wat in die datasheet staat over spanning en capaciteit klopt. Maar ook dat de BD139 tussen een low power en een echte power tor instaat.
Verder is de -16 variant de beste versie.

Edit:
Een typefout?

capacitance multilier :-)

[Bericht gewijzigd door rbeckers op vrijdag 11 december 2015 19:10:50 (15%)

miedema

Golden Member

beste rbeckers,

capacitance multilier :-)

Goed gespot! Ik vind hem zo leuk dat ik die laat staan. Freudiaanse verspreking?
Ik was net blij dat m'n multi lier zich toch ontpopte tot multiplier :-)

Ik vind het nog steeds merkwaardig dat een grotere tor toch beter presteert. en zoveel. Dat kan niet alleen wat kleinere capaciteiten zijn o.i.d.
Ik moet de datasheets nog eens goed naast elkaar leggen. Wat ik zo kan bedenken:
- fT van de BD139 is 190MHz tegen 100MHz voor de BC547
- Maar de hFE is maar 100....250 (BD139-16) tegen 420...800 voor de BC457C
- De BD139 is wel voor hogere spanningen (100V) dus wellicht dikker diëlecticum voor de inwendige capaciteiten?

groet, Gertjan.