Frage:
Welche Art von Induktivität für das EMV-Filter des DC-DC-Wandlermoduls?
jonathanjo
2020-05-07 00:07:19 UTC
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Ich sehe mir die Datenblätter für eine Reihe von schaltenden DC-DC-Wandlern an. Sie schlagen vor, dass für die EMV-Filterung ein Induktor und ein oder zwei Kondensatoren auf der Eingangsseite des Wandlers hinzugefügt werden.

The Frage: Welche Art von Induktivitäten werden benötigt? Wie kritisch sind die Werte?

Ich bin nicht nach Produktempfehlung, ich bin nach Klärung des Komponententyps.

Sind sie "axial geführte Hochfrequenzinduktoren" in einem widerstandsähnlichen Gehäuse? Spulen öffnen? Ich habe mir Epcos BC + ( Datenblatt), Bourns 78F ( Datenblatt) und Wurth WE-TI ( Datenblatt) angesehen. P. >


Die Datenblätter des Konverters zeigen eine Filterschaltung wie folgt:

schematic

simulieren diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Ich versuche im Moment wirklich nur, meine Leiterplatte auszulegen (Raster ist 0,127 mm, V in sub> ist oben links.) enter image description here


Als Referenz sind dies die Werte aus den Datenblättern des DC-DC-Wandlers:

Recom R78E-0.5 Serie ( Datenblatt) schlägt EN 55032 EMV-Filterung vor: Filter der Klasse A L1 3,9 μH, C1 4,7 μF / 50 V, kein C2; Filter der Klasse B L1 12μH, C1 10μF / 100V, C2 4,7μF / 50V.
Traco-Leistung TSR-1-Serie ( Datenblatt) schlägt Filter der Klasse A L1 5,6 μH / 3,5 A, C1 10 μF / 50 V, C2 10 μF / 50 V vor.

Wenn Sie einen Front-End-Filter \ $ LC \ $ hinzufügen möchten, stellen Sie sicher, dass die Gesamtstabilität unter Berücksichtigung des negativen Inkrementalwiderstands des DC-DC-Moduls nicht beeinträchtigt wird.Sie müssen den Filter wahrscheinlich dämpfen, da sonst die Leistung schlechter sein kann als ohne Filter.Ich habe die Details in einem [APEC-Seminar] (https://cbasso.pagesperso-orange.fr/Downloads/PPTs/Chris%20Basso%20APEC%20seminar%202017.pdf) erklärt, das ich 2017 unterrichtete.
Hallo @VerbalKint, vielen Dank dafür, aber alle Antworten, die ich bekomme, beziehen sich auf das Design des Filters, ob es notwendig / gut ist usw. Was ich eigentlich suche, ist ein Satz über die Induktoren, der vielleicht diesem nachempfunden istein Transistor: "Der 2N3904 ist ein üblicher NPN-Bipolartransistor, der für allgemeine Verstärkungs- oder Schaltanwendungen mit geringer Leistung verwendet wird. Er wird als niedriger Strom und niedrige Leistung, mittlere Spannung und mäßig schnell angesehen."(Wikipedia).
Fünf antworten:
#1
+4
Andy aka
2020-05-14 19:22:01 UTC
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Die Frage: Welche Induktivitäten werden benötigt? Wie kritisch sind die Werte?

Sehen Sie sich das Datenblatt für das RECOM-Modell genau an: -

enter image description here

Beachten Sie die Teilenummern in den roten Feldern?

RLS-126

enter image description here

RLS-397

enter image description here


Und für die Traco-Lieferung empfehlen sie diesen Teil: -

enter image description here

Ich bin nicht nach \ $ \ color {orange} {\ text {Produktempfehlung}} \ $ span>, ich bin nach Klärung der Art der Komponente.

Es ist ziemlich schwierig, diese Frage zu beantworten, ohne einen \ $ \ color {orange} {\ text {Produktempfehlung}} \ $ span> anzugeben, da die Datenblätter für die Traco und Recom geben tatsächlich spezifische Produktempfehlungen. Nur weil dies der Fall ist, bedeutet dies nicht, dass Sie ähnlich spezifizierte Komponenten nicht zu einem möglicherweise niedrigeren Preis finden können. Dies erfordert jedoch etwas mehr Sorgfalt.

Sind sie "axial geführte Hochfrequenzinduktoren" in einem widerstandsartigen Paket? Offene Spulen?

Die Bilder (oben) aus den Datenblättern sagen es Ihnen und wenn Sie weitere Hilfe benötigen, hinterlassen Sie einfach einen Kommentar.


Zusätzliche Informationen

Wenn Sie glauben, eine Alternative zum TRACO TCH-141 (zum Beispiel) gefunden zu haben, müssen Sie hinsichtlich seiner Eigenresonanzfrequenz (SRF) sehr vorsichtig sein. Bei der SRF (ca. 35 MHz in den obigen Bildern) wirkt sie als hohe Blockierungsimpedanz, und dies kann ganz oben auf der Liste der Gründe für ihre Wahl stehen - diese Blockierungsimpedanz kann sehr gut mit einem hohen spektralen Rauschgehalt zusammenfallen vom Konverter und der Wahl sagen wir, dass ein Induktor mit einer signifikant anderen SRF möglicherweise überhaupt nicht gut funktioniert.

Für den RLS-126 hat er eine SRF bei etwa 25 MHz: -

enter image description here

Für den RLS-397 hat er eine SRF um 50 oder 60 MHz: -

enter image description here

Wenn Sie bei der Auswahl von Alternativen, die die Anforderungen an den Sättigungsstrom, den Induktivitätswert, die ESR-, SRF- und SRF-Blockierungsimpedanz weitgehend erfüllen, mit gebührender Sorgfalt vorgehen, sind Sie in Ordnung.

Danke Andy, ja ich hatte die gefunden.Was ich suche, ist die allgemeine Beschreibung für diese Art von Induktor, damit ich Teile von anderen Herstellern und Händlern finden kann.Außerdem: Können Sie kommentieren, wie kritisch die Werte sind?Dh wenn Design 12uH sagt, kann ich 10uH oder 15uH wählen, wenn dies der Lieferant hat?Wie bestimme ich den geeigneten Sättigungsstrom?(Außer aus den von mfr empfohlenen Teilen zu schließen?)
@jonathanjo Sie müssen die angegebenen Induktivitätswerte verwenden, wenn Sie keine eigenen EMV-Tests durchführen möchten, und sich daher auf die Aussagen in den Datenblättern von Recom und Traco verlassen.Alle Geräte sind oberflächenmontiert, wobei die Recom-Teile als ungeschirmt bezeichnet werden.Das Traco-Teil ist abgeschirmt.Für den Sättigungsstrom können Sie ein alternatives Gerät mit einem höheren Wert auswählen.Sie sollten auch versuchen, die in den Datenblättern angegebenen Eigenresonanzfrequenzen anzupassen, da diese das EMI-Rauschen stark blockieren und möglicherweise tatsächlich dafür ausgelegt sind.
Leider denke ich, dass Sie sich in einem leicht gefährdeten Bereich befinden, wenn Sie versuchen, diese Teile NICHT zu verwenden.In den Datenblättern des Konverters ist nicht angegeben, warum diese Induktivitäten das Bestehen der EMV-Tests ermöglichten und wie nahe sie waren.
#2
+1
hacktastical
2020-05-07 01:17:40 UTC
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Das Hauptproblem bei der Auswahl des Induktors sind nicht die Werte, sondern der Strombedarf gegenüber dem Sättigungsstrom des Induktors I (sat). Dies verringert seine Wirksamkeit als Filter.

Die EMI-Probleme mit DCDC entstehen vom Ausgang über die Ausgangsfilterkappe zurück zur unteren DCDC-Seite. Dies hat eine sehr hohe Stromspitze, wenn der Spuleneingang von Vin auf GND umschaltet. Minimieren Sie diesen Schleifenbereich so weit wie möglich und verwenden Sie niedrige ESR-Kappen für das Ausgangsfilter.

Der Eingang hingegen hat eine stufensägezahnartige Stromwellenform mit niedrigeren Strömen als der Ausgang und ist daher für EMI nicht so kritisch. Verwenden Sie die empfohlene Umgehung des Eingangs mit guten niederohmigen Verbindungen zu Vin und Masse. Für einen Regler dieser Größe würde ich ungefähr 10 uF verwenden.

Mehr hier: https://www.electronics-notes.com/articles/analogue_circuits/power-supply-electronics/switching-step-down-buck-regulator-dc-dc-converter.php

Während in den verknüpften Datenblättern eine Art LC-Filter empfohlen wird, kann eine Lösung des Problems auf Systemebene einen Gleichtakt-Eingangsfilter verwenden, um das Rauschgeräusch für die externe Versorgung zu blockieren. Ich musste jedoch nie einen einsetzen, da sich das Umgehen der Vin-Ebene als ausreichend erwies, um die durchgeführte EMI über einen Gleichstromeingang zu erfüllen.

Vielen Dank, das ist sehr hilfreich.Aber könnte ich Sie bitten, die genaue Schleife zu erläutern, die Sie "Minimieren Sie diesen Schleifenbereich" meinen.Und es tut mir leid, aber könnten Sie einen Link bereitstellen, um den "Gleichtakt-Eingangsfilter" zu erklären? Konkret schaue ich konkret nach der richtigen Art von Induktivitäten?
Schleifenbereich bedeutet, dass ein ausgehender und ein zurückgehender aktueller Pfad versuchen sollten, kurz und so nah wie möglich beieinander zu sein.Je weiter auseinander, desto größer die Fläche.Ein Gleichtaktfilter ist wie ein Transformator, jedoch auf die Seite gedreht.Es lehnt Ströme gleicher Polarität stark ab und lässt entgegengesetzte Ströme durch.Einige verwenden verlustbehaftete Ferritkerne, um Geräusche zu absorbieren und in Wärme umzuwandeln.
Nochmals vielen Dank @hacktastical,, aber es ist schwer, Ihre Antwort zu verstehen.Meine Frage ist wirklich: Über welche Art von Induktoren sprechen die Datenblätter?
#3
+1
bobflux
2020-05-17 17:00:58 UTC
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Ihre Traco-Steine ​​sind Buck-Wandler, was bedeutet, dass die Ausgangsstromwellenform ein Sägezahn und die Eingangsstromwellenform eine hochfrequente Rechteckwelle ist. Somit ist die höchste Menge an HF-Stromoberwellen auf dem input, daher dem Filter.

enter image description here

Hier ist ein ordentliches Bild, das aktuelle Wellenformen zeigt ( Quelle):

enter image description here

Dies sind 0,5A- und 1A-DC-DC-Wandler, sodass der maximale Eingangsstrom etwas über der 1A-Spitzenrechteckwelle liegt, z. B. 1,5A, was die Welligkeit des Induktorstroms berücksichtigt. Frequenz um 500kHz. Es wird durch die inneren Keramikkappen etwas geglättet, aber wenn man es nicht tatsächlich misst, kann man nicht wissen, wie abgehackt es sein wird.

C-Kondensatortyp:

Kappen sollten einem Welligkeitsstrom von 1A bei 500 kHz standhalten.

Die Rauschspannung an den Eingangskappen hängt von ihrem ESR und ESL (Equivalent Series Resistance and Inductance) ab. Wenn der Eingangsstrom von 0A auf 1A springt, verursacht dies einen Spannungsabfall an der Kappe, der wie folgt lautet: \ $ R di + L \ frac {di} {dt} \ $ span> .

Die von Ihnen ausgewählten kleinen Elektrolyte haben einen ESR über 10 Ohm und können den Welligkeitsstrom nicht aufnehmen, sodass sie ausfallen. Außerdem haben bleihaltige Kappen dieser Größe einen ESL über 3 nH, was unnötig hoch ist

Der richtige Kappentyp ist X7R SMD-Keramik gemäß Datenblatt. Es ist nicht erforderlich, 4,7µF- und 10µF-Kappen zu kaufen. Es ist wahrscheinlich billiger, nur 10x 1206 10µF X7R-Kappen in der Spannung zu kaufen, die Sie am Eingang verwenden, z. B. 25V, und mehrere verschiedene Werte zu kaufen. Diese haben einen ESR von einigen Milliohm und einen niedrigen ESL.

Inductor type

Traco spezifiziert den Induktor; Wichtige Parameter sind Sättigungsstrom, Wert und Eigenresonanzfrequenz (SRF). Letzteres ist die Resonanzfrequenz der durch den Induktor gebildeten parallelen LC-Schaltung und ihre eigene Kapazität

enter image description here

Hier beträgt SRF ungefähr 35 MHz. Hinweis über SRF: Die Impedanz nimmt ab, bleibt jedoch bis zu 100 MHz ziemlich hoch, sodass der Induktor über der SRF weiterhin wirksam ist. Es hört nicht abrupt auf, über dem SRF zu arbeiten.

Wenn Sie also einen anderen Induktor auswählen möchten, stellen Sie sicher, dass Sie 5,6 µH (oder mehr), einen Sättigungsstrom über etwa 2 A, einen SRF über etwa 20 MHz und einen Serienwiderstand auswählen, je nachdem, wie viel Verluste Sie für akzeptabel halten. Auch ein abgeschirmter Induktor bereitet weniger Kopfschmerzen. Sortieren Sie nach Preis und wählen Sie einen Gewinner aus.

Wenn es sich um ein einmaliges persönliches Projekt handelt, ist es sinnvoller, 50c in einen LC-Filter zu investieren, als ihn über 2 Stunden zu überdenken und zu testen, um festzustellen, ob Sie 50c in Teilen einsparen können.

Layout

Kappen haben eine Serieninduktivität, einschließlich einer Spurinduktivität. Die Verwendung einer Masseebene gewährleistet eine möglichst niedrige Induktivität, was bedeutet, dass Ihre Kappen das HF-Rauschen besser gegen Masse kurzschließen können.

Dieser Filter ist einfach ein Stromteiler. Wenn Sie den HF-Strom aus dem Versorgungskabel heraushalten möchten, fügen Sie eine hohe Impedanz in Reihe mit dem Kabel (der Induktivität) und eine niedrige Impedanz gegen Masse (den Kondensator) hinzu. Aus diesem Grund ist es wichtig, Kondensatoren mit niedriger Induktivität zu haben.

Wenn Sie nicht wissen, wo Sie die Eingangskappe anbringen sollen, platzieren Sie sie so nah wie möglich an den DC-DC-Pins. Es ist in Ordnung, es sehr nahe an den Stiften unter die Platine zu legen, wenn Sie dies von Hand löten.

Da auf Ihrem Board-Screenshot nur eine Ebene verwendet wird, verwenden Sie auf der anderen Ebene eine Grundebene. Außerdem ist Kupfer frei, sodass Sie Stromspuren mästen und Kupfergüsse verwenden können.

Vielen Dank für eine so vollständige Antwort.Vielleicht könnten Sie die direkte Antwort ("Induktortyp") nach oben verschieben;und haben Sie etwas zu Abschirmung und Q für diese Art von Anwendung zu sagen?
Ich bin ein wenig verwirrt, wenn Sie sagen "Investieren Sie 50c in einen LC-Filter": Sie meinen etwas anderes als den LC-Filter, der auf den Datenblättern angegeben ist?
Ich meine, der im Datenblatt angegebene LC-Filter hat bereits die zeitaufwändige Arbeit für Sie erledigt, sodass Sie dies nicht tun müssen.
Die auf den Datenblättern vorgeschlagenen Teile sind SMD, wir wollen eine Durchgangsbohrplatte.Ich versuche nicht, den Filter neu zu gestalten, sondern zu verstehen, was sie auf tiefere Weise vorschlagen als "Verwenden Sie unser passendes Produkt".
Bei der Auswahl der Komponenten geht es um die Parameter, die ich in der Antwort erläutert habe.Die zusätzliche Induktivität von Durchgangsbohrungsteilen spielt für einen Induktor keine Rolle, daher kann es sich um Durchgangsbohrung oder SMD handeln.Durchgangslochkappen haben jedoch eine höhere Induktivität, was zu einer schlechteren Filterung führt.Verwenden Sie Keramik, keine Elektrolyse.
Danke für das Kopfgeld!
#4
  0
analogsystemsrf
2020-05-07 03:16:43 UTC
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um weitere Details zur physischen Platzierung zu erhalten und die EMI zu minimieren:

Bei diesem Kondensator auf der Eingangsseite sollte die Erdungsleitung so nahe wie möglich am Source-Pin des Schalt-FET oder an der Erdungsleitung der Schottky-Flyback-Diode liegen.

Die Frage betrifft kleine All-in-One-Module mit drei Anschlüssen: Es gibt keine Möglichkeit, sich einer bestimmten internen Komponente zu nähern.
#5
  0
InTheShed
2020-05-17 15:49:55 UTC
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Der Induktortyp an diesem Teil der Schaltung wird als "Drossel" bezeichnet, wie oben bereits erwähnt. Die Eingangsschiene sieht aufgrund der Schaltfrequenz des Geräts eine Sägezahnentleerung. Diese Eingangsspule (Induktor / Drossel) ist etwasauf diese Schaltfrequenz abgestimmt und glättet den Sägezahneffekt, um mögliche Störungen anderer Teile des Stromkreises auf derselben Stromschiene zu vermeiden. Ich hoffe, das hilft Ihnen, die Dynamik zu verstehen.;)



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