Linearregler spinnt

Jun 05, 2009 28 Replies

Hi, ich bin auf ein merkwürdiges Verhalten gestoßen. Gegeben: Ein 24V-Schaltnetzteil ( ca. 100W) versorgt ein Mainboard. Das Mainboard erzeugt u.a. separate 5V-VCC für eine Peripherie (einzelne mA). Bei einem schmerzlichen Anteil der Mainboards stirbt die Logik der Peripherie; Peripherie wird vom Techiker ersetzt; Ersatz stirbt auch; Mainboard wird getauscht und Peripherie Nr.3 geht dann. Andere üblere Szenarien gibts auch.



Erste Feststellung: Nach dem Einschalten erzeugt der Linearregler für ca. 1s mehr als 5V und regelt anschließend so wie bestellt. D.h. der Funktionstester des Bestückers wird reingelegt. Die Überspannung ist je nach defektem Board mal ein einfaches Rechteck, mal eine NY-Skyline.



Übergabe an den Designer des Boards. Der staunt auch nicht schlecht. Frischen Regler einlöten repariert das Board (wenn noch keine Folgeschäden meßbar sind).

Ein defektes Board wird mit jedem Einschalten immer schlechter, bis der Regler nur noch durchleitet. Das wundert wohl niemanden.



Man kann den Defekt der Regler reproduzieren indem man sie rückwärts betreibt, also eine Spannung an den Ausgang anlegt. Im Betrieb müßten das weit mehr als 24V sein - ausgeschlossen.



Als Schadensquelle fällt uns bis jetzt nur ESD bei der Herstellung oder dem Einbau ein. Der Ausgang ist aber für das Ausschaltverhalten mit 33uF gepuffert. Eine Transiente Spannung aus Entladung könnte natürlich am Elko vorbei in den Ausgang.



Reicht eine ESD-Entladung um so einen Reglerausgang merklich zu quälen? Es ist davon auszugehen, alle Arbeitsplätze "eigentlich sicher" sind. Da testet niemand Zündkerzen oder so. Es könnte höchstens sein, daß mal ein Armgelenkband am gebrochenen Kabel hängt. Der Kittel und Schuhe sollten sowas kompensieren.



Wie kommt das seltsame Einschaltverhalten im IC zustande?



  1. Wahl Bausteine?

Am Montag beginne ich mit der Fahndung nach der Ursache. Aber es läßt mir jetzt keine Ruhe.


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Ich habe da nicht viel Ahnung, aber die Idee mit der Entladung zurück in den Ausgang könnte eine mögliche Erklärung sein. Hier auf dieser Seite:

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wird berichtet, daß in so einem Fall ein Kurzschluß zwischen Ein- und Ausgang entstehen kann, was zu der höheren Spannung führen könnte. 33uF scheint mir aber nicht allzu hoch zu sein, um da Schaden anzurichten und davor ist doch bestimmt noch ein fetterer Siebelko?

Frank Buss, fb@frank-buss.de http://www.frank-buss.de, http://www.it4-systems.de

Du hast also 33uF an den 5V welche nur wenige mA ziehen? Kann es dann sein das beim ausschalten ein Strom vom Ausgang zum Eingang des Reglers fliesst und der das nicht mag?

Olaf

Frage: Wenn Ihr abschaltet, haengt dann noch andere Last an der 24V Seite? Viele Linearregler koennen es nicht ab, wenn der Eingang ruckzuck auf Null gezogen wird, auf dem Main Board zu den 33uF noch etliche Elkos parallel sitzen und sich die dann rueckwaerts zum Eingang entladen.

Auch mal die Einschaltstromspitze in den Regler messen. Scope mit Kanal

1 and Eingang, Kanal 2 an Ausgang und mal wild ein und ausschalten. Welcher Regler-IC ist das denn? Hoffentlich kein LDO ...
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"Raimund Nisius" schrieb im Newsbeitrag news:1j0uxrk.15xnlc3c2ajwvN% snipped-for-privacy@raimund.in-berlin.de...

Du nennst nicht den Typ, sagst aber 33u, klingt nach LowDrop, viele 5V lowdrop Linearregler halten keine 24V am Eingang aus. Man sollte zumindest mal nachgucken....

Ansonsten koennte die Diode helfen +---|

Aber nicht nur für die Einschaltphase...

Wegen der Eigenheiten der Peripherie und deren Preis wurde ordentlich Hirnschmalz in die Schaltung gesteckt, damit die 5V zuletzt abfallen. So manches Board wird im Labor von den Softwerkern ständig ein- und ausgeschaltet. Das Schaltprinzip ist OK. Und der Kollege hat alle relevanten Verbindungen auf Wackelkontakt untersucht. Die Rücklaufdiode könnte natürlich auch defekt sein. Wahrscheinlich sagt er mir aber, daß die auch OK sind.

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Cool, ich kriege ja ein regelrechtes Sperrfeuer an Antworten!

Die allermeisten Exemplare der Boards mögen den Rückstrom. Der Fehler tritt meist gleich nach dem Zusammenbau des Gerätes auf. Und manche Geräte werden klaglos zigfach am Tag ein- und ausgeschaltet.

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Wenn nicht gerade der Stecker mitten in einer Aktion gezogen wird, ist das Netzteil extrem unterfordert. Abgeschaltet wird, wenn ein Relais vom Controller freigegeben wird.

Dieser Regler hat nur den 33u auf dem Board und in der Peripherie so ein Salzkorn mit 100nF oder sowas.

Eingangsseitig gibt es noch reichlich andere Kapazitäten, die die Flanken etwas dämpfen. Aber das Netzteil ist schon Fix - aus gutem Grund.

Den Typen habe ich mir nicht gemerkt, da ich nicht geplant hatte, hier zu fragen. Es ist ein National, den es schon sehr lange gibt und der im Datenblatt für 24V Eingang zugelassen ist. Auf sowas achtet die Elektronikentwicklung, und dieser Kollege erst recht.

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Würde ich gerne, aber nicht vor Montag.

Sicher nicht.

Man hat...

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Duerfte unproblematisch sein.

Hoffentlich ist es kein LM29xx, da koennte ich ein Liedchen von singen. Frage mal nach. Kollegen aus dem Bett klingeln oder so, wir rutschen alle schon vor Neugier auf den Stuehlen rum :-)

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Rutschen hält fit. Hier ist jetzt Mitternacht. Du mußt Geduld bis Montag haben. Ich habe mir mal das Datenblatt vom LM2940 gezogen. Die Bauform SOT-223 paßt. Hmm.

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Der einzige Ungeduldige ist Joerg, will sein übliches LDO Bashing los werden.

In der Bauform gibts viele. Und der LM2940 ist kein Murks, so man ihn richtig verwendet.

Gruß Dieter

Den wollte ein Kunde auch verwenden, kein Scherz, war vor knapp zwei Stunden. Hab's ihnen ausgeredet. LDOs machen keinen Sinn in Situationen wo man Low Dropout nicht braucht, gibt hoechstens Aerger. Die hatten gerade selbigen, Griesel im Video, da schwang wohl was. LM317 reingesetzt -> Ruhe im Karton und zu allem Ueberfluss kostet der auch noch weniger.

Sieh Dir mal die Graphik "Output Capacitor ESR" auf Seite 10 an. Garantiert ist das m.W. auch nicht. Da Du nur einige mA ziehst, muss der ESR im Bereich zwischen 0.1ohm und 1ohm liegen, sonst kann das Dingen instabil werden, die Ausgangsspannung wird ein Lottospiel und eventuell ... pffft ... *POFF*. Zumindest haben sie auf Seite 13 eine fettgedruckte Warnung stehen.

Falls so einer drin ist, wuerde ich das gegen einen nicht-LDO austauschen.

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Warum bauen die Hersteller des 78XX diese Diode nicht gleich mit ein?

Stefan

Ein undefinierte ESR des Kerko wäre vielleicht eine Erklärung. Direkt nach dem Einschalten schwingt das Ding vor sich hin. Im Oszillogramm sehe ich bei 0.5s/Div davon nichts, nur die Überspannung. Dann heizt sich der LM an entscheidender Stelle auf, dämpft die Schwingung und bleibt dank konstanter Last stabil.

WIMRE hat mein Kollege die Ausgangsspannung auch einmal zeitlich hochaufgelöst angesehen. Da war nix...

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ESR bei Kerko ist unsinnig. Zwar gibt es Keramikmassen hoher Dielektrizit=E4tskonstante, deren Verlustfaktor ist aber um Gr=F6=DFenordnungen geringer als die der Elkos. ;-)

--=20 mfg hdw

Falls das wirklich nur das eine 0.1uF Salzkorn ist, eher nicht. 10uF keramisch oder so waere fuer die instabile Sorte von kleinen LDO allerdings verheerend.

Was die Designer von LDO auch zu vergessen scheinen ist, dass in einigen Situationen Fremdgeraete angeschlossen werden muessen, bei denen die internen ESR-Werte unbekannt ist.

Wenn Du sicher bist, dass es schwingt, dann hoert sich das schwer nach LDO an. Entweder hat der 33uF zuwenig ESR, zuviel, oder das Dingen mag die Eingangskonfiguration nicht.

Mein bisheriger Knueller: LM293x (koennte 2931 gewesen sein, habe aus der Serie nichts mehr angepackt), der Kunde bestand absolut darauf. Habe es mit Engelszungen versucht auszureden, nein, der muss rein. "Ok, dann aber auf Eure Kappe". Es kam was kommen musste. Der Kunde wollte kurz darauf fuer Montage in LKW-Containern als Option ein viel laengeres Kabel. Isolierte Versorgung, Reserve hatte ich eingerechnet, und dann schwang der LM293x trotz penibelst eingehaltenen Abgangswerten. Es stellte sich heraus, dass er selbiges tat, wenn der Quellwiderstand einen bestimmten Wert ueberschritt. Keine Woertchen davon im Datenblatt. Anruf bei National. "Kann gar nicht sein" ... "Ist aber so" ... "Ok dann machen wir heute nachmittag eine Telekonferenz mit den IC Designern". Die Telekonferenz fand statt, man hoerte bei National immer mehr Leute in den Raum kommen. Grosses Papiergeraschel, Tuscheln, Stuehleruecken (das war Anfang der 90er). Dann im Hintergrund ein deutlich hoerbares "Oh s..t!" In der Sekunde wusste ich, dass wir mit diesem Regler am Ende der Fahnenstange angekommen waren.

Oben schriebst Du doch das es direkt nach dem Einschalten schwang? Bei dem LM293x in unserem Fall sah man je nach Quellimpedanz die Schwingung auf der Eingangsseite stark oder fast gar nicht. Aber das Ding wurde bei sehr geringer Last so heiss das man sich eine Blase haette holen koennen.

Wie auch immer, wenn Ihr da einen LDO drin habt und von 24V auf 5V oder so regelt dann muss der IMHO durch einen gescheiten nicht-LDO ersetzt werden. Die Kostenersparnis dann in die Weihnachtskasse, das kann sich laeppern ;-)

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...

Der den Abschnitt einleitende Satz ist im Konjunktiv und infiziert damit alle folgenden Aussagen.

Ist meine These richtig, daß eine anfängliche Schwingung durch Dämpfung gestoppt werden könnte? Mir will nicht in den Kopf, daß ein ESD-zerschossener Ausgang quasi selbstheilend ist.

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Das mit dem Konjunktiv habe ich jetzt nicht geschnallt. Vielleicht sollte ich doch mal einen Deutschkurs belegen. Konjunktiv mit Virus, oh weia :-)

Glaube ich weniger. Was die Schwingeigenschaften veraendert ist eher die Chip-Temperatur. Die kann sich bei einem schwingenden LDO sehr schnell erhoehen und wenn der so richtig knallheiss wird kann der Chip Schaden nehmen. Damals bei der LM293x Geschichte sind uns auch einige davon gestorben, teilweise graduell. Letztere wurde immer schlechter und nach x Versuchen ... pfffft ... *POPP*.

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So, nun ist Montag. Der Baustein ist ein LM340S-5, also kein Low Drop. Eine Rücklaufdiode gibt es nicht.

Es schwingt nix.

Und das schärfste: Es erweckt den Anschein, als ob das Problem sich in Luft aufgelöst hat. Seit ich nach dem Anfangsverdacht die entsprechenden Boards eingesammelt hatte gab es keine weiteren Ausfälle dieser Art. Entsprechend gut fiel auch die Prüfung der aufgebauten Geräte und einiger Boards im Anlieferzustand aus. Das einzige, was seither bewußt passiert ist, waren verschärfte ESD-Maßnahmen aus anderen Gründen. Nicht auszuschließen wäre auch ein Billigeinkauf.

Trotzdem will mir dieses Startverhalten nicht in den Kopf. Wie geht das?

Morgen gibt es noch eine Runde in der Entwicklung. Vielleicht fällt denen dazu doch was ein.

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