DC-DC converter eigenschappen

C4 en zijn in de DC-DC aanwezige parasitaire collega moeten zo klein mogelijk zijn.

C4 en zijn in de DC-DC aanwezige parasitaire collega moeten zo klein mogelijk zijn.

Jaaaaa......??

Ik ben benieuwd naar je ruimere blik. Soms hebben meer woorden ook daadwerkelijk meerwaarde
Wat te denken van common mode storing in deze toepassing? ervaringen?
zelf ondervonden problemen & oplossingen? alternatieve gezichtspunten?

Ik heb overigens besloten om dit ding sowieso te maken, om in de praktijk te ondervinden hoe het uitpakt. Waarbij het niet uitgesloten is dat ik daarna ( met voortgeschreden inzicht) gauw een andere ga maken....

Groet, Gertjan.

Hi Gertjan,

Ik heb overigens besloten om dit ding sowieso te maken, om in de praktijk te ondervinden hoe het uitpakt. Waarbij het niet uitgesloten is dat ik daarna ( met voortgeschreden inzicht) gauw een andere ga maken....

Kijk, volgens mij helemaal de goede instelling, hoe frustrerend het ook soms is

Behalve de opendeur van zo'n klein mogelijke waarde van C4 en zijn paracitaire broertje inwendig denk ik toch aan het EM veld met allerlij effecten die hierdoor optreden.

Ik heb nu geen tijd er voor om verder te meten aan mijn frutsels maar een meting met de DC converter ingebouwd (tijdelijk) in een blikje en dan de DC converter gevoed uit batterijen en dan de filtering ook weer in een blikje op minstens 1M afstand.

Door de grote afstand van de converter t.o.v. de filtering heb je samen met de batterij voeding geen last van commonmode en EM veld van dit deel.
Dan heb je meer zekerheid van wat je filtering zelf doet.

Gegroet,
Bram

Ha Heren

Alvast dank voor de 1e reacties...

Ik denk dat die C4 toch al gauw zo'n 47....100nF gaat worden, wil hij bij 100KHz effectief filteren...
De vermindere isolatie weerstand wordt deels natuurlijk door door de ferriet beads opgevangen. Ik overweeg om secundair ook kleine serie weerstandje te plaatsen, om ook bij lage frequenties nog wat impedantie in de massa lijn te hebben.

Om de gedachten helder en to the point te krijgen zet ik de uitgangspunten nog eens op een rijtje:

- De DC-DC converter is de voeding voor m'n Hi-Z naar 50Ω converter, bedoelt als frontend voor de SA.
- Het idee is om te voeden via de USB van diezelfde SA.
- De eis is dat voeden met de DC-DC converter net zo schoon is als nu met mijn labvoeding.
-Zelf opgelegd punt (maar geen functionele eis) is om te kijken in hoeverre die schone voeding lukt met elektronische filtering, zonder de common-mode chokes die ik normaliter zou gebruiken.

Met die SA kijk je van 10KHz tot 1,5GHz, en soms 110dB diep... Dan wil je je meetsignaal zien,en geen resten van je eigen voeding...

Juist omdat ik wil voeden uit hetzelfde apparaat als waar ik mee meet, kijk ik kritisch naar die common mode storing. En het is precies dat aspect waarop ik het leuk zou vinden om ervaringen en meningen van jullie te horen.

Jullie hebben andere ervaringen en inzichten. Die kunnen me helpen om dingen van een andere kant te zien.

groet, Gertjan.

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)

Gaat door het zware filteren met bv een capcitance multiplier of met een LDO of beide je efficiëntie niet enorm naar beneden zodat je net zo goed een minder efficiënte maar schonere DC-DC converter kan pakken?

Ik heb verder nog nooit gewerkt met een DC-DC converters anders als standaard toepassingen en heb daarom ook zeer weinig input.

Ha benleentje,

je aangehaalde quote slaat op een antwoord van me aan rbeckers, "capcitance multiplier of met een LDO of beide" slaat op mijn huidige ontwerp.

Natuurlijk gaat zwaar filteren etc. ten koste van het rendement. Maar in mijn geval heb ik maar ±5V bij 10...30mA nodig, dus dat is niet erg.
Wel gebruik ik die DC-DC converter om een buffer voor m'n Spectrum Analyser te voeden. Als ik vervolgens naar de ruisvloer van m'n meetobject zit te kijken (op zo'n -110dB) wil ik natuurlijk dat meetobject zien en niet de storing van m'n DC-DC.... Vandaar dat ik daar extra moeite voor doe.

groet, Gertjan.

Gertjan, als de galvanische scheiding belangrijk is, dan moet c4 klein zijn. Vergelijk bijvoorbeeld een Traco voor medische toepassing zoals de THB3 serie met een gewone Traco.
Als de galvanische scheiding minder of niet belangrijk is, dan mag C4 groter zijn.

Maar in mijn geval heb ik maar ±5V bij 10...30mA nodig, dus dat is niet erg.

Vandaar mijn vraag is het dan niet gunstiger op een minder efficiënte converter te nemen die daarmee hopelijk ook minder erg stoort en hooft te filteren.

Net zo iets als met een race wagen zwaar gaan afregelen om toch op de openbare weg te kunnen rijden. Waarom dan toch een racewagen aanschaffen?

@rbeckers

Galvanische scheiding is er niet, want via de uitgang van de Hi-Z naar 50Ω buffer naar de SA zitten de massa's ook aan elkaar vast.
Wel van belang is dat er geen meetfouten ontstaan door aardlussen via die dubbele massa verbinding, of stoorsignalen die op die massa gedrukt worden, zoals dat common-mode signaal van de DC-DC converter. Wat betreft die aardlussen denk ik dat als ik de impedantie in het voedingspad boven 50...100 Ohm kan houden daar geen problemen zijn, Maar dat is audio ervaring, geen HF....

@ benleentje

Ik geloof niet dat er converters bestaan die zó schoon zijn dat ik ze niet meer zou hoeven filteren....
Bedenk dat je met een SA kijkt tot 1,5GHz, en 110dB diep...

Ik ben nu een prototype print aan het maken.
Ik kwam er achter dat tegenwoordig fotoprint en chemicalien kopen net zo duur is als een paar "naked prototype" printjes door Euro Circuits laten maken. Maar die zijn dicht, en zouden dan pas rond 11 jan. leveren.... En mij voorraadje print+ chemicaliën alweer 10 jaar oud...

Dus zit ik nu met tandartsfreesjes een printje te maken...

groet, Gertjan.

Gertjan, een SA is zo gevoelig dat dit lastig is.

Volgend idee:
Een sinus oscillator op 1kHz op 5V met trafo, 3 wikkelingen, 2 spoelen, diodes etc..
Geen regel lus.

René,

Dat is een goed idee.

Maar eerst van de huidige opzet de grenzen verkennen. (en zo ver mogelijk verleggen...)

Uiteindelijk antwoord kan ook zijn dat het toch niet zo'n goed idee was om (lekker makkelijk) uit die USB poort te voeden...

Printje ligt nu met lötlack te drogen, dus met een paar dagen weten we meer. De converter zelf krijgt nu een omhulsel van mooi Limburgs blik

groet, Gertjan.

rbeckers,

Volgend idee:
Een sinus oscillator op 1kHz op 5V met trafo, 3 wikkelingen, 2 spoelen, diodes etc..
Geen regel lus.

Dat idee verdient een uitgebreider antwoord.....
Het is een "clean slate" idee, waarvan de basis gedachte uitstekend is.

Een SA is een breedbandig en gevoelig meetinstrument. Dus wil je bij voorkeur een converter hebben die buiten het meetgebied schakelt/oscilleert. En als dat niet boven het meetgebied kan, dan er onder....

1KHz is dan een prima keuze. Zo gezien is de 50Hz van m'n labvoeding ook een prima keus

En het lijkt vrij makkelijk te maken.
Hoewel ik eerst m'n bestaande ontwerp ga afmaken kon ik het niet laten om hier alvast over te denken.
Opamp oscilator met paartje torren, omgekeerde balansuitgangstrafo uit transistorradio, bestaande LDO's (die hier een stuk meer op hun gemak zullen zijn)
Filter componenten zullen groter zijn, maar er is minder filtering nodig.

Belangrijkste realizering is dat ik mij bij m'n oorspronkelijke opzet toch teveel heb laten leiden door wat er te koop is....
(Dat kwam ook wel door m'n uitstekende ervaring met (Traco) off the shelf converters. Maar dat komt natuurlijk mede omdat het voor mij fijn is dat die dingen werken op 300kHz, waar m'n toepassingen werken op 10Hz....80kHz)

groet, Gertjan.

Gertjan, precies mijn redenatie!

De Rig0l begint bij 9kHz.
Filters zijn "beperkt" dus niet in de buurt van 9kHz.
Voor lage frequenties wordt alles groot.
De 3e en 5e harmonische zijn vaak het grootst.
Een mooie frequentie is herkenbaar,

Ha heren,

Ik heb m'n XP Power DC-DC module ingeblikt:

Ditmaal met mooi, dikker Limburgs blik. (met dank )
Onder het "hoedje" zit een bodem van blik, zodat de afscherming dicht is. Daaronder zit een dun stukje print, zodat ik het geheel geïsoleerd op de print kan zetten.

Indachtig de waarschuwing van Blackdog heb ik de maten wat ruimer genomen.
Inblikken lijkt bij deze XP Power geen probleem. Voor de zekerheid nog even het rendement gemeten. Bij 2x76mA uit kwam ik op 79% (spec is 77%). Golfvormen lijken erg op de niet ingeblikte toestand.
Wel is de nullast spanning wat hoger, belast weer normaal.

Het slechte nieuws is dat de converter nog steeds straalt...
Het goede nieuws is dat m'n meetwaarden van die straling wel minimaal een factor 10 lager zijn

groet, Gertjan.

Hi Gertjan,

Het is weer een mooi stukje loodgieters werk
Even kort door de bocht, ja het is niet een perfecte afscherming...
De veldlijnen gaan ook door je dikkere vlaaiblik heen
Ook heb je er voor gekozen de naden "stuitend" te maken en niet omgeslagen.
Dit speeld allemaal mee net als de eigenschappen van het mu metaal, dat kan b.v. verzadigen en dan wordt het weer als helder glas voor de veldlijnen.

Ik heb ik een dikke mumetalen behuizing met van de fabriek er wat gaten in.
Deze zal ik je opsturen, dan kan je meten of dat nog iets uitmaakt.
Ik doe het straks even op de bus voor je.

Gegroet,
Bram

Gertjan, ik moest je van Margareth ( ) een prettige jaarwisseling wensen.
En dat wens ik alle mee lezers hier ook, een goed 2016 voor jullie!

Gertjan, nog even over de 1 kHz DC-DC.
Misschien dat er een audio eindtrap IC is, dat op 5V werkt en dan voldoende vermogen kan leveren.
DC-DC boven de 1,5GHz is mogelijk maar te lastig, te laag rendement etc..

Verder is een SA zo gevoelig dat zelfs de complexe schakelingen van Williams (LT appnotes) er moeite mee hebben. Je SA haalt grofweg, zonder pre-amplifier, -100dBm. En dat is weinig.

Traco is inderdaad goed.

Ha Blackdog,

Ik was me er van bewust dat ik geen perfecte afscherming maakte...
Ook niet nodig. Het idee achter de huidige opzet was juist om door elektronische filtering i.p.v. spoelen het geheel minder gevoelig voor straling te maken. Daarom ook een print met SMD, en met minimale lusjes opgezet.

De nu verkregen ruim 20dB reductie is mooi meegenomen. Als het geheel blijkt te voldoen komt het in zo'n spuitgiet kastje, dat helpt dan ook weer.

Eerst maar onderzoeken of die common mode storing niet de bottleneck gat worden....

En als dat niet voldoet / niet voldoende goed te krijgen is ga ik een hele andere weg bewandelen. (zie wisseling met rbeckers)

Hou dus a.u.b. je mu-metalen doosje nog even thuis, dat zou niet m'n volgende stap worden.... (maar wel bedankt voor het erg aardige aanbod )

En ook van deze kant de beste wensen voor een goed en gezond 2016!
Voor jou, alle CO'ers, en Margareth in het bijzonder

groet, Gertjan.

Hi Gertjan,

Het doosje is al naar je onderweg, je moet niets, maar het lijkt me wel leuk om te kijken of het nog verbetering geeft.
Het is geen optie om meerdere keren toe te passen door de moeilijke verkrijgbaarheid en de kosten hiervan.
Dit doosje komt uit de dump en heeft meerdere lagen Mu metaal en de wanden zijn daardoor nogal dik.

Dus doe je best of leg het naast je neer, allemaal goed

Wat de DC-DC converter betreft met een audio IC, daar denk ik al jaren over.
Het lastige is een trafo te vinden, ik denk dat je in ieder geval boven de 10Khz moet gaan zitten wil het volume van het geheel niet te groot worden.
Het mooiste is denk ik, iets gebouwd met een potkern, alleen ook niet meer makkelijk te krijgen.
Of toch weer een resonerende Royer met een ferriet kern, of... of...
Stoppen nu Blackdog, verder met je administratie en je voedings project

Gegroet,
Blackdog

Ha Blackdog,

Dan ben ik toch blij met je doosje

Het idee van die nieuwe opzet is om juist vér onder die 10kHz te blijven, omdat de SA op 9kHz begint! Als trafo dacht ik aan een omgekeerde balanstrafo uit een oude transistorradio (of autobooster, er zwerft hier nog van alles)

Maar eerst kijken hoe ver ik met mijn huidige ontwerp kom. Het prototype draait inmiddels (net..., nog niks gemeten)

Ondertussen ook bezig met het meten van de lange termijn drift van m'n Masterclock. Post ik later nog over.
Ik lijk net een kleine zelfstandige...

groet, Gertjan.

L.S.

HP, toen Agilent, nu Keysight besteedde altijd veel aandacht aan ontkoppeling. De meeste HP SA's zijn uitgerust met een aansluiting voor het voeden van een externe probe. Spanningen +15V en -12,6V, rechtstreeks afgeleid van de op 40 kHz werkende schakelende voeding. Het kan dus wel op die manier.

Eveneens allen een voorspoedig 2016 toegewenst.

N.

NB Mijn SA begint bij 30Hz!

Heren,

Eindelijk tijd om om jullie bij te praten over de ontwikkelingen...
Gister ging al mijn tijd op aan het elders volschrijven van CO.
Laat staan dat ik aan soldeerbout of meten toe kwam...

Ik heb een prototype gemaakt, en daar, omdat ik zo compact mogelijk in SMD wilde bouwen, een print voor ontworpen.

Helaas bleken mijn fotoprint en chemicaliën inmiddels te oud, Euro Circuits duurde te lang. Dus heb ik een printje met tandarts freesjes gemaakt. Was eigenlijk met een uurtje klaar.

Hier de bovenzijde van m'n prototype:

Hiet zo heel veel te zien.... De bovenvlakken gebruik ik uitsluitend als afscherming. (daar later meer over...)

En hier de andere kant:

Hier is al meer te zien. voor de duidelijkheid nog 1 recht van boven:

Ik heb geprobeerd de gevoelige nodes zo kort mogelijk te maken. De capacitor multipliers en LDO's hebben beide een eigen steraarde als referentie. Waar langere verbindingen nodig zijn zit de lengte in de ongefilterde kant. Ik heb geprobeerd dit ook in het schema weer te geven:

Achter de converter zitten nu 10Ω weerstandjes. Dit om ook bij gebruik van C4 (voor common mode onderdrukking) bij alle frequenties wat impedantie tussen de ingangs- en uitgangsmassa te hebben.

De belasting (weerstanden of de Hi-Z buffer) hangt via een meter afgeschermde kabel aan de print.

Toen ik begon te testen had ik al meteen een merkwaardige ontdekking!
Op de print, aan de uitgang meette ik met de scoop nog ong. 0,5mV_tt HF pulsjes op de voeding. Maar aan de andere kant van de kabel, bij de belasting meette ik 40...50mV_tt HF pulsen!! Huh?!?
Verschuiven / afstanden veranderen maakte niet uit. Dus geen instraal probleem.

Daar had ik niet meteen een antwoord op... Eerst maar eens kijken wat dat ik de praktijk betekend.
Dus Hi-Z buffer voeden met de DC-DC, en eens kijken hoe dat op de SA er uit ziet:

We kijken naar de ruisvoer van de SA, zo gevoelig mogelijk, geen externe of interne verzwakking.
Geel is de ruisvloer van de SA zelf, met een 50Ω afsluiter op de ingang.
Daarna de Hi-Z buffer aangesloten op de SA, gevoed uit de DC-DC. Ook de ingang van de Hi-Z buffer was afgesloten met 50Ω.
De blauwe trace is met de DC-DC gevoed uit een labvoeding, de paarse trace is de DC-DC gevoed via USB uit de SA zelf.

Eigenlijk valt dit niet eens tegen...
Maar eens nog 20dB gevoeliger kijken door de ingebouwde Pre-Amplifier van de SA in te schakelen:

Nu zien we meer. Dat bultje was de top van de ijsberg, en dit resultaat is duidelijk niet goed genoeg....
Toch stemde me dit wel hoopvol, omdat:
- Hieruit blijkt dat de buffer (LMH6702) inderdaad een zeer goede voedingsonderdrukking heeft.
- De resultaten van externe voeding of via de USB van de SA min of meer hetzelfde zijn. Dus het gevreesde roet in het eten door common mode noise lijkt mee te vallen.

Eerst de aandacht gericht hoe het nu kon dat op de print weinig storing op de voeding staat, en aan het einde van de kabel wel.
Dit bleek toch grotendeels veroorzaakt te worden door common mode noise. Kennelijk via vage capacitieve koppelingen. Een C4 van 47nF bleek een groot verschil te maken:

We kijken hier naar spectra van de (positieve) voedingsspanning
Op de paarse trace zie je de Ub op de uitgang van de print. Dit zag ik op de scoop als naaldjes van ±0,5mV_tt
De blauwe trace is het Ub spectrum aan het einde van 1mtr kabel, bij de belasting. Dit zie je op de scoop als naaldjes van 40..50mV_tt
De gele trace is ook na de kabel, maar met de common mode storing kortgesloten via C4=47nF.

Nog getest met grotere waarden voor C4, t/m vol kortsluiten leverde geen verdere verbeteringen meer op.

Ook nog getest met extra C'tjes aan de uitgang etc. Maakte weinig verschil.
Geprobeerd om common mode storingen te omzeilen door de DC-DC te voeden uit een loodaccu+LM317. Maakte ook weinig uit...

Wat wèl een probleem bleek was mijn afschermvlak, aan de bovenkant van de print.... Zoals je op de 1^e foto kunt zien loopt dat vlak door tot onder de converter, deze straalde er op in, en maakte zo een loop, precies via het steraarde punt van de LDO's. Niet goed....
Optimaal bleek verder om het massavlak op te delen. Nu heeft elke deelschakeling zijn eigen afschermvlakje, verbonden met de eigen steraarde. Dit halveerde de storing op de uitgang van de LDo's tot ong. 0,2mV_tt

Zo ziet dat massavlak er nu uit:

Gezamenlijk levert dat flinke verbeteringen op:

We kijken weer naar de ruisvloer van de SA, met Pre-Amp aan, dus maximale gevoeligheid!
Paars is weer de ruisvloer van de SA, 50Ω afgesloten.
Geel is nu de ruisvloer van de Hi-Z buffer plus SA. Waarbij de Hi-Z buffer gevoed wordt met de DC-DC, uit de USB aansluiting van de SA. Een flinke verbetering met de eerste plaatjes!
Blauw is het spectrum van de voeding aan het einde van de kabel, op de ingang van de Hi-Z buffer. Dit is zo'n 15...20dB beter dan aan het begin, maar bepaald niet schoon....

Om te zien hoeveel slechter dit is dan de Hi-Z buffer gewoon gevoed uit een labvoeding heb ik dit vergeleken:

Weer staat de SA op max. gevoeligheid, Pre-Amp aan.
Paars is de ruisvloer van de 50Ω afgesloten SA.
Blauw is de ruisvloer met de Hi-Z buffer (50Ω afgesloten) rechtstreeks gevoed door m'n TTi labvoeding.
En geel is dezelfde buffer, maar nu gevoed door de DC-DC uit de USB aansluiting van de SA.

Eigenlijk helemaal niet slecht.....

Om dit resultaat te verifiëren heb ik de meting vanochtend herhaald, nu met alles (meetspul, PC's etc.) uitgeschakeld:

Eigenlijk hetzelfde resultaat. (wat schoner door minder stoorbronnen)
Zonder gebruik van de Pre-Amp (ruisvloer rond -100dBm) is de DC-DC converter al perfect bruikbaar.
Wat opvalt is dat beide voedingsmethodes hun eigen stoorpiekjes opleveren.

Voor verder werken is beter afschermen denk ik noodzakelijk. We zitten nu op -110dBm te kijken....
(Ik denk dat de piekjes bij 100MHz gewoon de FM zenders zijn)
Vooralsnog worden die 2 pieken bij 170 en 350kHz (schakelfreq. + 2^e harm.) de belangrijkste aandachtspunten.
En staat het 1kHz DC-DC idee weer op de lange baan...

Vanavond weer naar Hapert om te filmen, dus het duurt weer een paar dagen voor ik verder kan....

groet, Gertjan.

Weer mooie plaatjes!!

Misschien een volgende keer een foto van je opstelling posten?

Ha Heren,

Vandaag weer wat tijd besteed aan het verbeteren van mijn DC-DC converter.

De laatste vrije dagen besteedde ik 80% van m'n tijd aan posten op CO, zodat er maar 20% over bleef om aan m'n DC-DC te werken.
Omdat er op die posts nauwelijks respons was (niet alleen dit topic) heb ik besloten die percentages maar om te draaien

Dus in het kort: Inmiddels heb ik mijn DC-DC voldoende storingsvrij:

Paarse trace is weer de ruisvloer van de SA (met pre-amp aan)
Gele trace is de ruisvloer van het complete systeem, Hi-Z buffer gevoed door de DC-DC vanuit de USB van de SA.

Belangrijkste verbeteringen waren extra 1uF X7R parallel aan C4, en de ferrieten L1 en L2 vervangen door een Epcos 2x1mH common mode choke.
Het verschil in ruisvloer komt deels omdat de buffer 6dB versterkt.

Misschien een volgende keer een foto van je opstelling posten?

René, er is weinig te zien....
SA, kabeltjes naar DC-DC en buffer printje. Thats all...
Alles open & bloot op tafel. En voor de rest allemaal spul dat zorgvuldig uit gezet is.

groet, Gertjan.

Gertjan, of er iets te zien is op een foto hangt ook af van de kijker.

Afgezien van de FM is dit een zeer goed resultaat.
En dat is toch een beetje vreemd. (die FM piekjes)

M.b.t. de respons. Misschien te moeilijk?

Hallo Gertjan,

Mooie metingen. Welke van de twee wijzigingen zorgde voor de meeste verbetering? Of was het om het even?

Dat de common mode choke verbetering zou brengen lag wel in de lijn der verwachting. Tenminste voor mij dan, mede doordat ik laatst bij een EMC testhuis was in de buurt van Utrecht. Dan leer je dat soort dingen wel.

De meting met accu of labvoedingen hebben we daar ook gezien. Beide bij conducted emission als bij radiated emission. Daarom ook altijd nulmetingen, zelfs bij gerenomeerde meetapparatuur die dan ook in de 'kooi' staat. Dat hadden we niet direct verwacht.

Groeten,
Giovanni

EDIT:
Die FM piekjes worden toch gewoon hard ingestraald?