Switcher: Raar probleem.

Het onderste plaatje lijkt me typisch iets van 'niet goed getriggerd', je ziet 2 verschillende signalen door elkaar...
Dan is het werkerlijke signaal moeilijk te beoordelen...

OK. Ik vind het redelijk duidelijk: je ziet dat ie soms een aantal cycles ook overslaat en soms al direct doorgaat. Ik heb hem stilgezet en... dan zie je precies hetzelfde.

Da's toch wel iets (veel) duidelijker...
Wat voor switcher is het? (sommigen werken nu eenmaal op het principe van 'cycles overslaan' om de gewenste output te bereiken)

OK. Mij best.

Het is een ZTP7193: 3A 18V synchronous. Je ziet dat ie netjes dat "synchronous" loslaat zodra de stroom door de spoel de verkeerde kant op dreigt te gaan. Dit scheelt rendement.

Maar... dit alles is ter referentie: In dat bereik werkt m'n schakeling naar behoren! Zodra er continuous current gaat plaatsvinden (de stroom door de spoel neemt af, maar komt niet meer onder nul)

Ik heb nu de 5V groter gemaakt om te proberen te zien dat die wat op en neer gaat. Dat lukt nauwelijks, pas bij vrij hoge belasting ga je het zigzaggen wat zien, de tansients zijn veel groter.

Ik heb ook de probe instellingen nu correct op 10x ingesteld.

Ohja. De "absolute max" van de aanhangende schakeling is in theorie 3.0 A. Plus een klein beetje voor de CPU. Oh, wacht! 2.940 + 20ma voor de CPU, 20mA voor een (isolated) DCDC converter.

In de praktijk zijn de energieslurpers zoveel zuiniger dan hun absolute max (en het zijn er 50 stuks, dus enige statistische spreiding zorgt er voor dat het onmogelijk geacht wordt om die max te bereiken). Even opgezocht. Ik reken met 20mA per led, maar het is bij de mijne 9. Kortom, ik zit gewoon veilig onder het max.

Update: 100nF over de uitgangscondensator geplaatst. Geen verbetering.

Hier zie je "echte data": de piekjes naar boven, ik geloof op 2 verschillende kanalen. Die kleine wil ik ook kunnen meten. De storing is dus vele malen groter dan het meetsignaal. Dat is niet fijn om uit te filteren.
Ik heb 3 verschillende niveaus van belasting hier laten zien. Het effect neemt toe met hogere belasting.

[Bericht gewijzigd door rew op donderdag 10 november 2022 13:15:30 (15%)

Ik doorzie de beschijving niet helemaal. Maar is het mogelijk een geval van systematische pech? Dus dat de samples een heel korte integratie tijd hebben, en soms net op die lelijke spike gebeuren?

Dat zou veel vaker kunnen gebeuren of zweving tussenbeide kunnen geven als de converter op de maximale (en dus een vaste-) frequentie draait.

Zelf gebruik ik een probe met gnd veertje, zo op het oog gaat dat wat beter. Maar die spike echt weg krijgen, op de scope en uit de rest van de schakeling, is lastig.

Zo te zien ~300mV rimpel op de uitgang? (da's op zich niet verontrustend bij belasting. Je kunt er nog een extra LC filter achter zetten, dat scheelt behoorlijk)

Je bent niet heel duidelijk rew. Je hebt kanalen, die bestaan uit een A/D converter en signaal conditionering tussen een sensor en de A/D, correct? En op 1 print zitten meerdere kanalen? Heeft elk kanaal een eigen switcher voeding en lineaire regelaar of delen de kanalen 1 voeding? Qua circuit zijn alle kanalen verder gelijk neem ik aan? Geldt dat ook voor de PCB layout? Met name de layout van de switchers indien ieder kanaal een eigen switcher heeft?

Er is 1 switcher van 12V naar 5V. Daarna zit er een LDO die er 3.3V van maakt voor de CPU en shit er om heen. Het gevoelige spul zit allemaal op de 3.3V.

Ik gebruik de threshold tussen "0" en "1" om een meting te doen. Dat doe ik 1 keer "naar boven" en dan 1 keer naar beneden (i.e. de overgang tussen 1 en 0). En dat doe ik een paar duizend keer.

De poort heeft een hysterese (Schmitt trigger). Die hysterese wordt meetbaar kleiner als de 12V -> 5V switcher van discontinuous naar continuous mode overschakelt.

Ik heb me vanmiddag bedacht... Hmmm. zou die schmitt trigger uit kunnen? Het antwoord heb ik gevonden en is "Ja". maar ik heb nog niet de tijd gehad om het te testen.

Klinkt als delta sigma converter. Dus de switcher mode heeft invloed op het gedrag van een cpu input pin? En dat met nog een LDO er tussen. Een EMC / signal integrity ding? Lastig. Filteren en goeie layout..

Hi,

rew, wat denk je van een schema en een plaatje van je printopstelling?

Mijn eerste gedachte is misschien een phase marge probleem.
De tweede gedachte is dat de printopbouw niet optimaal is.

Ik zie graag wat meer info.

Groet,
Bram

Ik zit in "prototype" fase. Ik had het in princiepe werkend. Dus we hebben een kleine serie gebouwd. Uiteindelijk moeten het er veel meer worden. Ik kan dus voor een volgende versie natuurlijk de layout verbeteren.

Wat is dan het beste? GND van de input en output condensatoren aan mekaar hangen en dat tot sterpunt benoemen? Dus aparte GND naar "12V IN", en de DCDC converter en de rest van de schakeling?

D'r is ook een 12V uit (direct doorverbonden). Er loopt een 3cm breed spoor van IN naar UIT omdat de stromen daar best hoog kunnen zijn. Dat maakt het een beetje tricky om de GND van de 12V los te houden van de GND van de schakeling.

De klant denkt dat dit het beste idee is sinds gesneden brood. Dus zomaar de layout online zetten is niet zo'n tof plan. Sorry.

Hier is de DCDC converter. links naar rechts is de 12V. (links is een ontworpen belasting die nu niet aangesloten is, rechts de voeding).

Naar linksboven en onder loopt de 5V UIT. Zowel onder als boven zijn complete groundplanes. Ik kan die wel aanzetten als je dat makkelijker vind. Ok. Done. Hieronder, niet inline.

Ik kon een voldoende spoel vinden in het formaat "L1", dus het 1 pad voor L2 is ongebruikt (behalve om het switch signaal te proben).

Hier nog het schema.

Is er een volledige datasheet van dit IC?

Er is in het getoonde PCB design veel parasitaire capaciteit van de swich node, pin 3 en de bootstrap c, naar GND.
Dat is ongunstig, al die capaciteit moet iedere periode (ont) laden worden uit de ingangscondensator, welke laatste voor HF vooral met vias is aangesloten. De 12V verbinding onder de spoel door is extra spannend.
Door deze constructie zullen de spikes relevant groter zijn, mochten die of het instralen daarvan in de fb deel van het probleem zijn.

Ik zou volle prioriteit geven aan de routing van de step down en andere zaken er omheen leiden. Ground planes laat ik doorlopen, als de deelschakeling goed gerout is blijft het HF vanzelf behoorlijk lokaal. Zo niet dan trekt het zich ook niets aan van een gap, of het wordt zelfs een antenne.

Ik heb aan een soortgelijke converter gewerkt, de LT8609. In zijn datasheet staat de nodige informatie over het routen van dergelijke, er is ook een (vier laags-) evaluation kit waarvan ik de layout heb overgenomen.

Hi rew,

Ik begrijp het waarom je niet alles laat zien.

Maar ik zie direct iets wat wel een probleem kan zijn in je schema.
Je gebruikt hoge waarde in het feedback circuit, dat zijn R19 en R20.
Dat kan gedaan zijn om energie te besparen, maar dat maakt de node aan pin-8 erg gevoelig voor capaciteiten.
Zet eens 10nF over R20(270K) en doe dan weer eens stabiliteits testen.

Let goed op waar de stromen lopen in je printbanen, ook dus waar de massa aansluiting van R19 komt.

Groet,
Bram

Ja, even snel gekeken, eens met hierboven. Jouw FB weerstanden zijn een factor 5 hoger dan in de appnote. En voeg dat C'tje toe over R20. Sowieso alles wat optioneel is aan je proto toevoegen. Weghalen is makkelijker dan (zonder footprint) toevoegen. Voor 5V out een spoel van 6,8uH. Geen sporen direct onder het switcher circuit. Zoek een soortgelijk part bij Analog/TI/Maxim/ON en check hun layout aanbeveling met jouw layout.

Persoonlijk zou ik de spoel andersom gezet hebben, met de uitgangscondensators rechts naast de switcher, zodat je daar een korte ground verbinding hebt op de top layer, en C22 op de plaats dan C23 leggen. Die bootstrap cap is m.i. niet zo kritisch. Nu moeten die ground stromen twee keer door via's en een binnenlaag.

Tenminste... ik neem toch aan dat hier nog een ononderbroken ground plane op een binnenlaag ligt?

Ik zou ook nog 100nF bij zowel de in- als uitgang leggen.

Ik zat dus naar de SI te kijken, jij hebt de MA. Strekking blijft gelijk. RT ontbreekt in je FB netwerk.

Hoeveel capaciteit hebben C22, C24 en C25 nog over bij hun werkspanning?

Voor zulke fysiek kleine C's met grote capaciteit is het niet ongebruikelijk dat daar nog maar 10% (of zelfs nog minder) van over is: keramische condensatoren hebben een (hele) grote spanningsafhankelijkheid.
Zelfs voor condensatoren met een 'lage' spanningsafhankelijkheid is het 'normaal' dat de capaciteit op de helft van de maximale spanning nog maar 60% is...

Ik ben voor sommige exemplaren in mijn designs twee dagen aan het zoeken geweest en heb op sommige plekken voor een 5V bus 50V(!) exemplaren moeten inzetten om maar voldoende capaciteit over te houden.
En nee, die zijn niet klein.

Ik heb ooit in een redesign de aanwezige 'naakte' Epcos/Tdk MKT's vervangen door een SMD versie.
(werd door TDK aangeprezen als een speciaal hiervoor ontwikkelde vervanger die 100% compatible zou zijn... )
Werkte voor geen meter, de capaciteit was bij 75v nog maar een fractie van de nominale capaciteit.

Dit bericht: Gisterenavond (10 nov) rond 1700 begonnen met schrijven maar kennelijk niet afgemaakt. "layout" veranderen, om bijvoorbeeld dat spoor onder de spoel vandaan te krijgen dat kost natuurlijk meer dan een week om te proberen. Anderzijds, ik zou naast de VIA op Cin / C22 de bottom kunnen doorsnijden, en dan de boel via de andere kant voeden.

Ik heb nog wat zitten experimenteren.

Als ik de gevoelige shit (3.3V) voed uit de 12V ipv uit de (met-300mV rimpel) 5V.... het probleem blijft.

Als ik de 3.3V uit de labvoeding voedt... geen effect (i.e. storing blijft).

Als ik de 5V op de labvoeding aansluit dan kan ik het probleem van "wel" naar "niet" draaien met de spanningsknop. (door de weerstand in de draad neemt ie langzaam maar zeker de load van de DCDC over).

--- toevoeging 11 nov)
Guys. Enerzijds leuk om over invloed op de 12V na te denken, maar de pieken op de 12V... dat boeit me helemaal niet. Anderzijds... Wat verandert er als de DCDC converter op CC mode overstapt? De "bovenste mosfet aan" moet ie nog steeds doen. Bovenste mosfet en (vrijwel) tegelijk onderste aan doet ie ook altijd. Maar in discontinuous mode doet ie "relaxed" de onderste uit en even later de bovenste weer aan, terwijl in CC mode, er een Onderste is aan, bovenste gaat aan moment is. Het effect is evenredig met de stroom op dat moment.

Is er een volledige datasheet van dit IC?

Tuurlijk! https://lcsc.com/product-detail/DC-DC-Converters_ZILLTEK-ZTP7193MA_C48… is de productpagina, https://datasheet.lcsc.com/lcsc/2003111833_ZILLTEK-ZTP7193MA_C481284.p… is de PDF. Let op: Zilltek heeft kennelijk verschillende ZTP7193 gemaakt, als de letters die er achter staan krijg je niet alleen een andere behuizing of zo, maar echt een andere chip.

Ik begon toch een beetje te twijfelen over de spoel. Zou ik op een bepaald moment gedacht hebben: "mwah, zal toch niet meer dan 1A worden?". Isat = 5A, max avg current: 3.5A. Daar blijf ik redelijk onder.

@bram: Ik ga een 10nf condensator zoeken. Toch: Ik verwacht geen effect: dit kan beter zijn om gezeik met de terugkoppeling

Op 11 november 2022 12:39:16 schreef fatbeard:
Voor zulke fysiek kleine C's met grote capaciteit is het niet ongebruikelijk dat daar nog maar 10% (of zelfs nog minder) van over is: keramische condensatoren hebben een (hele) grote spanningsafhankelijkheid.

Dan heb je het over Y5V. Dat heb ik afgezworen: Ik koop geen 10uF condensator om uiteindelijk een 1uF condensator te hebben.

Update. In princiepe ben ik van plan Samsung Electro-Mechanics CL21A226MAYNNNE te monteren. Die zijn 25V. Dus voor de output condensatoren gebruik ik 5V van de 25V die hij mag hebben. Dan mag ik toch wel rekenen op > 90% van de capaciteit ?

Update: Datasheet zitten doorbladeren. Geen grafieken van hoe het met de mijne zit. Alleen van: "eigenlijk raden we het je aan om het zelf te meten voordat je ze gebruikt". Tja. Als je een miljoen smartphones gaat maken, dan behoort dat tot de mogelijkheden. Ik zou niet weten hoe ik het moet meten met m'n beprekte infrastructuur.

[Bericht gewijzigd door rew op vrijdag 11 november 2022 15:58:12 (20%)

Vier muisklikken verder: https://weblib.samsungsem.com/mlcc/mlcc-ec-data-sheet.do?partNumber=CL…

Y5V is alleen voor kamertemperatuur geschikt en alleen voor niet-kritische toepassingen.
X7R en soortgelijken zijn stukken stabieler maar dienen ook per stuk bekeken te worden voor hun toepasbaarheid...

[Bericht gewijzigd door fatbeard op vrijdag 11 november 2022 19:18:59 (60%)

Op 11 november 2022 14:57:23 schreef rew:
Alleen van: "eigenlijk raden we het je aan om het zelf te meten voordat je ze gebruikt". .. k zou niet weten hoe ik het moet meten met m'n beprekte infrastructuur.

Twee condensatoren in serie zetten, te weten het te meten exemplaar en een echte condensator met minstens 10x de capaciteit van de te meten exemplaar. Via een hoogohmige weerstand zet je op de te meten exemplaar een DC-voorspanning, bij voorbeeld 5V DC. Dan ga je de capaciteit van de serieschakeling van de twee condensatoren meten.

Ik gebruik meestal de TPS54xxx van TI, dan weet je wat je krijgt...
Bij zo'n onbekend Chinees baksel wat maar 9 cent kost krijg ik een wat ongemakkelijk gevoel... (de TPS kost ook maar een paar dubbeltjes meer)

[Bericht gewijzigd door Arco op vrijdag 11 november 2022 21:54:10 (13%)

Nou ja, Taiwan, daar weten ze wel iets van chippies.