DC-DC converter eigenschappen

(Linear)

Andere opamp, C's en spoel of kristal, diode bregrenzing.

Hi René,

Dank je, op deze manier had ik nog niet aan gedacht...
Het is vooral handig dat dit schema met een paar onderdelen te synchroniseren is met mijn 10Mhz Referenties *grin*

Leuk om dat even als ontspanning in elkaar te zetten, tussen het vele administratie werk door...

Gegroet,
Bram

Ha rbeckers,

Ik kon het toch niet laten om nog even m'n meetopstelling te modificeren, en de BNC chassisdelen en koppelbus er tussen uit te halen. Het ziet er nu zo uit:

Nog 1 cm draad, maar goed...
Voor de rest niets veranderd. Ik geloof ook niet dat de linkerkant van het testprintje invloed op de meting heeft, omdat ik die evt. invloeden tijdens het normalizen meeneem (normalize in de complete meetopstelling, zonder gemonteerde filter C's)

Ik heb een 10nF X7R gemeten met de oude- en de nieuwe opzet:

Inderdaad maakt dit dus flink uit! en dat begint al lager dan gedacht.
Met deze nieuwe opzet heb ik een serie kleine X7R C's gemeten:

Maar ook in de nieuwe opzet blijven de curven naar 100MHz convergeren.... Nog maar eens de datasheet nagelezen, en wat blijkt.... Op het plaatje in de datasheet is dat precies zo

En het blijft dus zo dat het lijkt dat eenmaal boven 10MHz het parallel schakelen van kleinere Ctjes niet veel meer gaat opleveren. En de ESR van de kleinere C'tjes is wat minder laag dan die van hun wat grotere broertjes.

Overigens zit je wel naar lage ESR waarden te kijken! De serie weerstand is 1kΩ, dus op de -90dB lijn zit je op 33mΩ.

Over je LM7171 schakeling:
Mijn ervaring met de LM7171 is dat hij (bij hoge freq.) erg soft clipt, en de uitgangsimpedantie bij hoge frequenties flink omhoog gaat, dus ben benieuwd of het zo lukt.....
2 oplossingen: hogere (dubbele) voedingsspanning. (Maar dan heb je die DC-Dc convertor niet meer nodig )
Of een paartje torren er achter als uitgangstrap...

Misschien dat je je gewenste vermogen net haalt met een relatief lage spanning/hogere stroom? Andere door mij geprobeerde opamps waren minder op dit vlak.
(Je hoeft niet de lage vervorming te halen die voor mijn buffer van belang was )

LDO op 11MHz?? Ga je passief filteren, en is de LDO voor de spanningstabilitatie, of ga je een HF LDO ontwerpen?

@ Jochem,
Inderdaad fijn om hetzelfde inzicht en ervaring te hebben
M'n typefout maar even verbeterd....

groet, Gertjan.

Gertjan, bij hoge frequenties zou ik eerder C's kleiner dan 1nF gebruiken. In smd op fr4 ben ik tot boven 4GHz gekomen.

33mΩ is inderdaad erg weinig. Dat zijn weer mooie plaatjes.

M.b.t. tot de LM7171. soft clippen is een voordeel. Er zijn meerdere manieren om dat impedantie probleem op te lossen. Bijv.
met een trafo.

De meeste LDo's zijn op RF slecht. Eerst passief filteren, dan een (standaard) LDO.

Hi Gertjan,

Leuk dat je ook door de koppeling aan de rechterzijde verschil ziet.
Echter de linker kant kan nog steeds invloed hebben.
Ik denk dat dit niet door de normalisatie wordt weggeregeld.
Het verschil tussen het normalisatie niveau en de demping boven de 10Mhz is daar te groot voor volgens mij.

Ik zou als test minimaal een schotje over de 10K weerstand zetten zodat de ingang en de uitgang elkaar niet zien.

Dieper als -60dB meten rond de 30Mhz is geen katte pis

Gegroet,
Blackdog

@ blackdog
Bram, je hebt natuurlijk gelijk. tijdens het meten staat voor de 1k de volle meetspanning, en daar achter 60...90dB zachter. Maar ga ik niet meer uitzoeken. Op zich leuk, maar wil ook ooit die DC-DC convertor af hebben

Ben nu een print lay-out aan het maken voor een eerste volledig prototype. Waar bovenstaand natuurlijk ook van toepassing is, en ik dat inzicht mooi kan meenemen.

@rbeckers
Soft clippen kan je natuurlijk mooi helpen bij de amplitude stabilisatie.

Er zijn meerdere manieren om dat impedantie probleem op te lossen. Bijv. met een trafo.

René, daar doelde ik op met "relatief lage spanning/hogere stroom". Moet ik gaan opletten of ik niet alleen goede dingen, maar ook crypisch taalgebruik van je leer?

groet, Gertjan.

crypisch taalgebruik

Dat is dus toch besmettelijk.

Ik ging van primair hoge spanning/lage stroom uit en secundair het omgedraaide. Als n de verhouding in aantal windingen is van de twee wikkelingen dan wordt de impedantie n²zo laag.
In de appnote staat dat de recovery van het soft clippen bij de LT1190 lang duurt.

René,

Ik ging van primair hoge spanning/lage stroom uit en secundair het omgedraaide. Als n de verhouding in aantal windingen is van de twee wikkelingen dan wordt de impedantie n2zo laag.

Natuurlijk.
Maar je wilt ook met (max!) 12V (top-top!) in 15 à 18V DC uit maken.... Met dezelfde trafo neem ik aan.
Hoe ik dat moet rijmen zie ik even niet....

App Note gelezen. Of dat recovery gedrag ook voor de LM7171 geldt is natuurlijk de vraag.

Ik wacht geduldig af wat je uit je hoge hoed tovert.
Beter je tijd besteden aan inlezen, nadenken en lekker prototypen dan hier over (nog on)gebakken lucht praten.

groet! Gertjan.

en de uitgangsimpedantie bij hoge frequenties flink omhoog gaat

15V in en ±12V uit 25mA zou de minimum eis zijn.
Bij ±5V haalt de LM7171 6V_tt bij 30mA.
Bij ±15V is dat 23V_tt bij 60mA.

Dus geschat bij 15V in ong. 10V_tt bij 45mA ???

Ha rbeckers,

En dan nog het rendement van je trafo....

Toch maar een balanstrapje achter de opamp?
Niet veel onderdelen meer, hogere uitgangspanning & lagere uitgangsimpedantie. Kan ook heel elegant.

Ongeveer zo: http://archive.siliconchip.com.au/static/images/articles/i305/30588_7l…
Of sturen uit de opamp voeding: http://www.solaris.no/electronics/power_amp/op-amps/opamp03.jpg (werkt voor audio verrassend goed)

groet, Gertjan.

En verliezen in gelijkrichtdiodes, LDO...

Of een buffer IC of losse torren.
De LM7171 valt bij lage voedingsspanning te ver terug.

Ha rbeckers,

Heb je LT-AN29 p3-5 gezien? (http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an29f.pdf)

Ultralow Noise 5V to ±15V Converter, sinusvormig (hier 16kHz), wel wat complexer dan jouw idee....
Hier ook een opamp + torren om de trafo aan te sturen.

Een paar quotes: "The sine wave transformer drive combines with special output regulators to produce less than 30μV of output noise".
Maar ook: "The most significant trade-off in this design is efficiency. The sine wave transformer drive forces substantial power loss. At full output (75mA), efficiency is only 30%".....

groet & goede kerst, Gertjan

Hi Heren,

Goedenmiddag en prettige dagen!

Ik heb de schakeling van LT getest en ik kreeg er geen enkele beweging in...
Vele xtallen geprobeerd, bleef dood als een Dodo.
Natuurlijk ook wat componentne aangepast, maar het zel wel aan het gebruikte IC liggen, ik had geen LT1190.
Dus heb ik de LM7171 gebruikt.

Daarna een sinus oscilator gebouwd met een lampje rond de 1Mhz
Dat wordt op die frequentie al vrij lastigdoordat toch de bandbreedte en phase verschuiving al flink meespeeld.
Ik kwam met een simpel weerstand belasting aan de uitgang van de LM7171 niet verder dan 120mWatt vermogen.
Dan moet dit vermogen nog trafo in en gelijk gericht gaan worden.

Dit bij rond de 560mWatt DC in, gemeten met een enkele 15V op de LM7171.
Ook nog een simpel buffertrapje geprobeert om de opamp te ontlasten, dit werkte niet en een IC buffer als een BUF634 vond ik te ver gaan.

Ik denk dat dit een doodlopende weg is en ga eens kijken of een resonerende Royer schakeling een betere manier is.

Gegroet en eet niet te veel
Bram

De LM7171 is bij deze geschrapt om zonder booster voor DC-DC converter te dienen.
Aangezien ik van 12V of 15V in kan uitgaan, zou het rendement toch hoger dan 30% moeten kunnen komen...
Nu is een laag rendement niet zo erg.
Die wat complexere schakeling is te complex.

Een Colpitts kan met een tor en hoger dan 10MHz is geen probleem.

Ha rbeckers

Aangezien ik van 12V of 15V in kan uitgaan, zou het rendement toch hoger dan 30% moeten kunnen komen...

Waarom denk je dat? Sinus maken uit DC levert al minder dan 50% rendement, dan nog trafo, diodes, LDO.....
Natuurlijk is dat rendement bij kleine vermogens niet zo belangrijk...

Misschien toch ook nadenken over de LT manier om een low-noise convertor te maken, door de schakelflanken minder stijl te maken?

Ik heb mijn kerstdagen deels lezend naast de kerstboom doorgebracht.
En wel Murata's "Application manual for Power Supply Decoupling and Noise Suppression". De moeite waard om online te zetten: http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/Power_Suppl…
Alle wat ik de afgelopen tijd aan C's en filtering tegenkwam wordt hier beantwoord, in 85 pagina's, van basic tot in detail.

Hoe filtering/ontkoppeling te meten (50Ω systeem), en hoe dat dan in een laagohmiger (voedings)toepassing ie intepreteren.

Het hoe en waarom van resonantie en antiresonantie bij parallel zetten van C's, en wat mogelijke oplossingen zijn.

Wat een paar milimeter printspoor doet....

Die condensator demingcurven die in het hoog allen naar een asymptoot lopen komt door de ESL van de C. En die ESL wordt grotendeels door de behuizing bepaald. Vandaar gelijk voor verschillende capaciteiten. En dus te verbeteren door kleinere SMDtjes te nemen voor de kleine C's (of murata's speciale C's met meer aansluitingen, ze schijven die app note niet voor niets )

Veel goed & fout voorbeelden met daarbij scoop en SA plaatjes.
Die plaatjes zijn postzegels, maar als je ze uitvergroot komen toch de details te voorschijn.

Ook een eye-opener dat ik dit document uit mijn eigen bibliotheekje viste, en dus al eens gelezen had. Wonderbaarlijk wat een mens ook weer kan vergeten (of beter: half kan onthouden...

groet, Gertjan.

Morge Gertjan,

Kan je voor ons het domain voor de link van de datasheet plakken?
Toch de veel wijn naast de kerstboom gedronken *grin*

Gegroet,
Blackdog

Et voila.....

Ha die Gertjan,

Ja dat is een mooi document, dit had ik op 7 december ook in dit topic laten zien.
Ik dacht dat jij nog een ander mooi document gevonden had.
Maar er is niets mis mee, dit nog een keer onder de aandacht te brengen.

Ik hamer regelmatig hier op CO voor goede ontkoppeling van electronica,
en we beschouwen dit gewoon als nog een hard nodige extra hamerslag

Nog mijn dank voor de condensatoren, ik ga ze meenemen in de testen voor de LAB voeding.
De eerste metingen d.m.v. de rcl meters zien er zeer goed uit.

Moet wel opletten met de OSCON condensatoren deze zijn 20V en dat ik de uitgansspanning van de voeding,
als ik ga testen natuurlijk beneden deze 20V hou of ik moet graag willen weten hoe de magic smoke van een OSCON ruikt...
De Rubicom van 100uF bij 50V, ga ik testen met één of twee stuks parallel daar ik de totale waarde aan capaciteit graag beneden de 200uF hou.
Als ik het voor elkaar krijg om b.v. een van jouw Rubicons of mijn Panasonic te gebruiken met de film condensator van Wima
en de voeding is dan stabiel en snel, ben ik happy

Nog iets buiten dit topic om maar er ook zijdelings bij behorend, de elco's zal ik ook gaan testen in de breedband preamp omdat ze dus laag in impedantie zijn.

Uiteindelijk zou er zomaar een lijstje hier kunnen onstaan van voorkeurs typen/manieren van condensatoren
om breedbandig te ontkoppelen of zoals bij mij te koppelen!

Gegroet,
Bram

Gertjan, die schakeling gaat van +5V naar ±15V.
Als ik dan van +12V uitga worden de stromen bij hetzelfde vermogen, kleiner. De aan stroom gerelateerde verliezen nemen af.
Verliezen t.g.v. spanning over torren zijn voor het rendement minder erg.

mijne Heren,

Ik heb even, want mijn SA staat het uitgangsspectrum van het filter van m'n DC-DC convertor te meten.
Met RBW=100Hz duurt dat 25min....

Overigens is het hiervoor prettig dat de Rigol een DC block ingebouwd heeft. Ik heb het dubbel gecheckt, via specs maar ook via tear-down foto's. Zowel direct aan de ingangsconnector (als ook aan de TG connector) zit een keramische C.
Ik zal er niet de 50V van de frontplaat opdruk opzetten, maar via 1k van een passieve 50Ω probe durf ik 9V wel aan.

@ blackdog
Oeps... niet gemerkt dat dat wat jij postte hetzelfde was wat ik al in m'n archiefje had zitten...
Ik heb meer soortgelijke White Papers, maar deze is het meest to the point. En inderdaad, in elk geval goed om nog eens op te attenderen!
In wat velen beschouwen als goede ontkoppeling zitten nog werelden van nuance!

Volgens mij maakt Panasonic (heeft Sanyo overgenomen) nu wel Os-Con tot 50V. Maar nog geen ervaring mee.
Al ik die 2u2 Wima meet samen met erg mooie elco's dan is er een grote overlap. Krijg je geen grotere bandbreedte door te combineren met een kleinere Wima?
(muRata heeft weer ingewreven dat de ESL beperking grotendeels bestaat uit de grootte van de behuizing, en daarin scoort die Wima slecht)
2 kleinere parallel zou vanuit dat oogpunt ook beter zijn (en geen resonanties opleveren)

@rbeckers
De grootste verliezen bij het maken van een sinus zijn dat de uitgangstorren continue maar half open staan. Daarbij maakt Ub niets uit...
Het rendement van die Jim Williams converter was bij vollast, dus dat zal redelijk optimaal geweest zijn. Overigens vond ik die schakeling ook omslachtig. Maar interessant voor deelschakelingen en algemene observaties.

groet, Gertjan.

Hi Heren,

Gertjan, de Wima heb ik als proef gekocht aan de hand van eerdere testen voor mijn voedings ontwerp.

Ik zal op het lijsje ook nog een paar kleinere waarden zetten, deze was gekozen aan de hand van de 100x kleinere waarde van de elco waar hij aan parallel staat, maar dat kan waarschijnlijk bij de goede elco's een hogere vehouding zijn.

Ik probeer van de week weer even mijn snelle Williams Dummyload te booten,
om aan deze moderne condensatoren metingen te gaan doen, zoals die van ruim 2 jaar geleden.
We zullen zien wat daar dan uikomt.

Oja, welke waarde en spanning heeft de kleine comdensator, ik vermoed 47uF en bij welke spanning?

Gegroet,
Blackdog

Ha Blackdog,

Die kleine zwarte blokjes zijn Panasonic POSCAP, 47uF / 10V, een polymer tantaal.
Het zijn mijn uitverkoren C's voor de filters in m'n DC-DC converter (vandaar ook maar 10V)

Hij doet het erg goed in het hoog. In de condensator vergelijkingen die ik je gemaild heb (2 en 3) zie je dat de POSCAP tussen 2MHz en 100MHz nauwelijke onder doet voor jouw 2,2uF Wima folie C!
En dat hij van 60kHz tot 3MHz onder de 100mΩ zit.

datasheet:http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/Panasonic_P…
Meer technical info over POSCAP: http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/Panasonic_P…

groet, Gertjan.

Heren,

Ik wil nog even een POSCAP ervaring met jullie delen.

Ik heb spectra zitten meten na het eerste filter na de DC-DC.

Dus zeg maar na C6 en C7. Dit filter was uitsluitend bedoeld om alvast de hoogste frequenties er uit te vissen, waar de volgende elektronica de meeste moeite mee heeft. (Die BLM31 ferrieten beginnen bij een paar honderd kHz, en doen pas echt mee vanaf 1MHz)

Ik heb gemeten met een passieve 50Ω probe, een stukje coax met een 1k weerstand. Dat levert een verzwakking van 26dB op.
Om met voldoende diepte te kunnen kijken moest dat met RBW=100Hz, dus elke meting duurde 25 minuten...
Dit was het resultaat:

Paars is voor het fiter.Je ziet de schakelfrequentie, met een reeks harmonischen, en de piekjes op de scoop worden vertegenwoordigd door het bultje rond 15MHz.
Geel is na het filter. Valt toch een beetje tegen....
Wat opvalt is dat er bij 200...400KHz zelfs opslingering plaats vindt, en zelfs de 15MHz piekjes (waar het om ging) zijn niet helemaal weg. (Klopt precies met wat ik op de scoop gezien had)

Nadat ik de standaard configuratie getest had was ik benieuwd hoe het zou zijn als ik m'n huidige favoriete filter combi er in zou zetten: de 47uF POSCAP // 47nF X7R op de plaats van C4 en C6

En dit was het resultaat......

Ik zat hier verbijsterd naar te kijken..... en vroeg me af of ik eigenlijk die capacitance multiplier wel nodig had...
(Het piekje bij de marker hoort niet bij het signaal, bij een nul-meting kwam het ook terug)

Dit zit zo op de ruisvloer van de SA dat ik bang was toch iets stuk gemaakt te hebben met m'n DC in....
Dus na 25 minuten wachten snel ander signaal op de SA en... Alles OK.

Die SA ruisvloer ligt door die passieve probe natuurlijk wel 26dB hoger dan normaal....

Die POSCAP's hebben zo'n lage ESR (rond 70mΩ tussen 200kHz...2MHz) dat ze met het beetje impedantie van de ferrieten (0,9Ω DC + misschien paar Ohm impedantie) toch een prima filter weten te vormen!

Hier een pdf, met signaal rechtstreeks uit DC-DC, origineel filter en POSCAP filter: http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/DC-DC_filte…. Door door de pagina's te scrollen zie je goed de verschillen tussen de signalen.

Ik ga kijken of ik zonder passieve probe (hi-Z naar 50Ω buffer) dieper kan kijken....

Edit:
Nu ook gemeten rechtstreeks (50Ω) de SA in, en via m'n Hi-Z naar 50Ω buffer (10kΩ) in)
Nu kunnen we een stuk dieper kijken:

Nu zien we het hele uitgangsspectrum van de DC-DC convertor weer terug. Dat lag dus net onder de -85...-90dB ruisvloer van de vorige metingen.
Interessant om te zien dat het hele spectrum weer zichtbaar is, inclusief alle harmonischen van de schakelfrequentie. Het deel aan de hoge kant, zoals rond 15MHz is zelfs in verhouding harder dan bij het origineel. Dat doet vermoeden dat er een capacitieve koppeling meespeelt (of instraling?)
We moeten niet vergeten dat we hier naar een stoorniveau van onder -90dB zitten te kijken...

Ook kun je zien dat bij 10k belasting (Hi-Z buffer) de piekjes aan de linkerkant omlaag schuiven... en aan de hoge kant is het stoorspectrum harder (want minder belast)
Dat kun je mooi zien als je in de PDF tussen beide metingen heen en weer toggelt. (PDF is aangepast met de nieuwe metingen)

Blijft de vraag: Ga ik hier nog een capacitor multiplier achter zetten, hoe zinvol is dat??
Van de LDO is niet veel extra verbetering te verwachten. De LMH6702 in m'n buffer heeft 60dB Power Supply rejection bij 1MHz, afvallend naar 30dB bij 30MHz, maar toch....

Eerst maar eens uitzoeken waar die slechtere demping in het hoog vandaan komt...

Groet, Gertjan

Eén enkele opamp bij +12V in en ±15V uit op 11MHz is niet met een sinus te halen.

Volgende opties:
1 powerbooster, is haalbaar (4MHz 1A buffer haalde 10MHz, CO topic )
2 lage frequentie (50 -100kHz) sinus m.b.v, audio IC
3 "langzame" flanken blok
4 Traco DC-DC met "goede" ontkoppeling.

Heren,

Ik heb hier een plaatje waar ik mee in m'n maag zit , en graag jullie mening over wil horen:

De gele trace is het stoorsignaal ongefilterd uit de DC-DC converter. Ik ben er van overtuigd dat ik dit helemaal schoon kan krijgen

Maar.... De paarse trace heb ik gemeten tussen de ground van de input en de ground van de output van de converter.
Niet alleen is dit stoorsignaal hoger. Maar bij mijn gebruik als voeding voor de Hi-Z buffer bij de SA wordt dit stoorsignaal gewoon bij mijn te meten signaal er op gedrukt

Ik ben benieuwd naar jullie ideeën, en hoe hier mee om te gaan...

Mogelijke common mode storing was wel de reden dat ik meteen vanaf het begin alle in- en uit lijnen van de converter van ferriet beads heb voorzien. Ik zou dat kunnen uitbreiden met een C over de converter, zo:

Dat strookt natuurlijk niet met het idee om de koppelcapaciteit zo klein mogelijk te houden....
Maar uiteindelijk gaat het hier om om de impedanties in het massa pad van de voeding groter te houden dan in het meet pad, om aardlussen etc te voorkomen. Echte galvanische scheiding is niet nodig.

Traco beveelt een dergelijke oplossing altijd al aan in hun application notes: http://www.miedema.dyndns.org/fmpics/Circuits_online/dc-dc/Pagina%20ui…
In het verleden heb ik dat C'tje nooit gebruikt, omdat ik geen problemen had. Maar ik had altijd wel een common-mode choke voor èn na de converter zitten.....

Dus..... toch maar terug naar die common-mode chokes?
Het idee van dit experiment was juist om te zien hoe goed het zonder gaat. Ik denk dat ik hier de bottleneck gevonden heb....
Ik ben benieuwd hoe jullie hier tegen aan kijken!

(de dubbele ferrieten zijn een experiment naar aanleiding van bovenstaande metingen, waaruit blijkt dat de demping rond 15MHz slechter is dan verwacht. Daar zouden die dubbele ferrieten helpen, ook i.v.m. verminderen van parasitaire capaciteit)

@ rbeckers
optie 4, Traco DC-DC geeft natuurlijk de kortste weg naar goed resultaat.
De andere opties zijn interessanter als het meer om de uitdaging gaat....
Een net zo hoog rendement als Traco lijkt lastig te halen. Nadeel van de Traco route is, als je LDO's wilt gebruiken, dat er geen geschikte uitgangsspanningen zijn. (Tenzij je met ± 13V ook blij bent)

groet, Gertjan.