Stabilität Step-Down Schaltregler MP2307

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Johannes Bauer vor 7 Jahren

Hallo Gruppe,

es gibt diese fertigen Module aus China, üblicherweise "Mini-360" genannt, die einen MP2307 Step-Down Regler drauf haben und so die Beschaltung drumrum. Sind kleine schnuckelige Dinger und ganz okay von der Effizienz her.

Nachdem meine erste Charge aufgebraucht war, habe ich mir eine zweite gekauft von, natürlich, irgendeinem anderen Händler. Und die war plötzlich *erschreckend* schlecht, die Performance war unter der eines Linearreglers. Das Oszi hat auch gezeigt, woran das lag: Der Regler war teilweise massiv instabil:

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Jetzt habe ich nochmal eine Charge (10 Stück) gekauft und die ist wieder "hin". Nicht so schlimm wie die 2., aber trotzdem in der Form unbenutzbar. Außerdem habe ich den MP2307 in einem meiner eigenen Designs verbaut, da funktioniert alles wunderbar, aber ich wollte gerne wissen wie weit ich vom "Abgrund" weg bin. Also habe ich versucht, systematisch den Fehler einzugrenzen.

Die Hauptverdächtigen waren bei meiner Suche Cin Cout und L. Insbesondere ESR der Cs hatte ich im Verdacht, da waren 10µF Vielschickt-Kerkos verbaut. Ich hab auch systematisch Bauteile ersetzt, gemessen, aufgeschrieben, aber teilweise war es dann so, dass ich bei der Verifikation der Reproduzierbarkeit meiner Ergebnisse wieder die komplette Originalbestückung eingebaut hatte und dann "ging" es. 20 Minuten liegen gelassen, die Schaltung, nochmal probiert und sie war wieder "hin".

Ich habe auch die Parameter der Bauteile vermessen, insbesondere ESR, habe da aber jetzt kein supergutes Messinstrument dafür und kann auch nur bei 10 kHz messen. Die lagen aber sowohl bei "guten" Schaltregler-Modulen als auch bei "schlechten" im selben Bereich. Also entweder ist mein Messgerät zu schlecht oder es ist was anderes.

Was mir aufgefallen ist: Wenn ich an den Ausgangs-C einen Feld/Wald/Wiesen Elko parallel dran hänge, z.B. 47µF 85° 25V. Also nix mit Low-ESR, echt ein stinknormales bedrahtetes Cent-Bauteil, dann scheinen die Regler stabil zu werden.

Jetzt ist meine Frage: Kann es sein, dass es tatsächlich gar nicht am ESR oder anderen Parametern liegt, sondern wirklich schlicht an der Kapazität? Weil wenn ja, dann könnte ich ja, wenn Platz keine Rolle spielt, einfach ein fettes Ding reinbauen (hat auch automatisch weniger ESR als Nebeneffekt) und der Drops wär gelutscht, oder? Oder handele ich mir damit dann andere Probleme ein, was die Stabilität angeht?

Ich würde halt gerne meine zwei kaputten Chargen reparieren und dem Problem endgültig auf den Grund gehen. Zum Wegwerfen sind die auch zu schade.

Viele Grüße, Johannes

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Andreas Neumann vor 7 Jahren

Schuss ins Blaue: Hattest Du eine Last dran? Viele Schaltregler brauchen eine Mindestlast um sauber zu laufen. Wie Du siehst, reicht manchmal schon ein Elko.

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Johannes Bauer vor 7 Jahren

Yep, erstmal so eine Glühbirne (im Test 12V -> 6V, 100mA Sekundärseitig) aber auch meine elektronische Last, in allen Bereichen dasselbe von

10-500 mA Sekundärseitig.

Die Instabilitäten werden offenbar auch schlimmer, je näher die Ausgangsspannung an die Eingangsspannung geht (da ist ein Poti drin), und dementsprechend vergrößert sich auch der Duty Cycle. Alles über 20% führt bei den kaputten Modulen dann zu dem beschriebenen kaputten Verhalten.

Bei einigen meiner Messungen habe ich allerdings auch ohne Last gemessen, das werde ich in Zukunft dann nicht mehr machen, ist ein guter Tipp.

Viele Grüße, Johannes

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Uhu vor 7 Jahren

Am 24.08.2019 um 10:43 schrieb Johannes Bauer:

Meist sind die Kerkos der letzte Mist.

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Helmut Schellong vor 7 Jahren

Am Ausgang sind Low-ESR meist nicht gut! Also keine Keramik dorthin, NP0 schon gar nicht. Das Layout sollte auch absichtlich etwas 'Induktivität' haben, also erzwungene Stromflußrichtungen.

Tantal ist ideal. 2,7 .. 15 µF.

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Johannes Bauer vor 7 Jahren

Ah, interessant. Keramik war da von vornherein bestückt.

Tantal hat aber doch üblicherweise geringeren ESR?

Viele Grüße, Johannes

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Helmut Schellong vor 7 Jahren

Aber ja, das soll auch so. Tantal ist aber besser als Alu-Elko.

In Datenblättern ist oft angegeben, welche ESR-Werte bei Reglern am Ausgang verwendet werden sollen!

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Uhu vor 7 Jahren

Da kann schon Keramik ran, nur muss man aufpassen wegen der stark spannungsabhängigen Kapazität. Auf sowas achtet der sparsame chinesische Einkäufer nicht.

Tantalelkos sind nur kleiner als nasse Aluelkos, ansonsten gibts bei beiden normale und low-ESR. Keramikkondensatoren haben eigentlich immer noch kleineren ESR.

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Helmut Schellong vor 7 Jahren

Wenn Keramik, dann mit der richtigen Keramik-Art. NP0 ist zu gut und hat zu wenig Kapazität. X7R oder X5R kann richtig sein.

Ein Tantal 1 µF kann bei hohen Frequenzen so gut sein wie ein 25 µF Alu-Elko.

Mit Tantal meinte ich Standard-Tantal.

Letztlich kommt es auf den richtigen ESR-Wert an im betreffenden Frequenzbereich. Z.B. 0,2 Ohm.

In Schaltnetzteilen sollen die hochkapazitiven Ladekondensatoren sehr geringen ESR haben. Das ist ein ganz anderes Thema! Man darf das nicht auf Linear-Regler übertragen.

LowDrop-Regler sind auch ein anderes Thema als die mit 3,5 V Abfall.

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Hanno Foest vor 7 Jahren

Am 24.08.19 um 14:57 schrieb Uhu:

Die diesbezüglichen Probleme sollten sich am Ausgang eines Spannungsreglers in Grenzen halten... problematischer dürfte sein, daß meist keine Drossel zur Filterung verbaut wird. Wenn ich bei ollen 80er Jahre Homecomputern den 7805 durch so einen Schaltregler ersetze, brauche ich oft noch eine Serieninduktivität, damit ich die Schaltfrequenz nicht im Bild sehe.

Hanno

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Markus Faust vor 7 Jahren

Am 24.08.19 um 15:55 schrieb Helmut Schellong:

Wir reden hier nicht über Linear- oder gar Low-Drop-Regler, der MP2307 ist ein Schaltregler (Abwärtswandler mit Synchrongleichrichtung).

Es gibt tatsächlich auch Schaltregler, bei denen Low-ESR-Kondensatoren am Ausgang (ohne Zusatzmaßnahmen) zu Problemen führen können. Dazu gehören z.B. der MC34063 und auch einige aktuelle TI-Designs, siehe z.B.

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Den MP2307 betrifft das aber aus meiner Sicht *nicht*, der hat Current-Mode-Regelung und einen Kompensations-Anschluss.

Ich würde eher vermuten, dass da entweder an der Drossel oder den Kondensatoren gespart wurde. Ganz übel sind z.B. Keramik-Cs aus Y5V-Keramik, die haben eine starke Spannungs- und eine starke Temperaturabhängigkeit. X7R ist in der Hinsicht schon besser, die haben wenigstens nur eine geringe Temperaturabhängigkeit (im ungünstigen Fall aber trotzdem starke Spannungsabhängigkeit - das musst Du halt im Design berücksichtigen).

Markus

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J

Johannes Bauer vor 7 Jahren

Super, danke für den Tipp!

Das ist superspannend für mich. In der Tat habe ich 10µF 0805 als X7R eingekauft, aber, muss ich ganz offen gestehen, wenn die Dinger von Ebay/Übersee kommen habe ich überhaupt keine Möglichkeit, nachzuvollziehen, was für ein Material da eingesetzt wurde. Und rausmessen kann ich es auch nicht, mein XJW01 LCR-Meter zeigt da zwar irgendwas an, aber ich konnte zumindest Messtechnisch mit dem Equipment keinen Unterschied zwischen "guten" und "schlechten" Ausgangs-C nachvollziehen. Falls jemand ein HM8118 verschenken möchte... :-D

Und das Thema mit den Induktivitäten ist auch für mich ein Buch mit sieben Siegeln. Optisch erkennt man da wohl einen Unterschied, aber wie ich das ordentlich messen soll, weiß ich nicht so recht.

Viele Grüße, Johannes

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J

Johannes Bauer vor 7 Jahren

Das ist alles Hobby-Gebastel und würde vermutlich natürlich keine EMV-Prüfung überstehen. Was nicht heißt, dass ich mir nicht gerne Mühe geben würde, das so gut wie möglich hinzukriegen. Nicht dass die BNetzA irgendwann mal vor meiner Tür steht. Wie dimensionierst du denn die Serieninduktivität, rechnest du da, misst du oder schätzt du das grob ab?

Viele Grüße, Johannes

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H

Hanno Foest vor 7 Jahren

Am 24.08.19 um 18:05 schrieb Johannes Bauer:

Einfach ausprobiert. Wenn man einen ZX81 modifiziert, ist der Schaltregler sicherlich das geringste Problem bei der erzeugten Störstrahlung. Ich hab immer ein paar Induktivitäten von der Resterampe (Pollin) rumliegen, einige bis einige zig uH verringern das Moire im Bild hinreichend - ich glaube, ich hatte zum Schluß 22uH drin. Mit besserer Masseführung und besseren bzw. besser positionierten Kondensatoren würde sicherlich auch weniger reichen. Vielleicht optimiere ich das nächste Mal ein wenig mehr.

Hanno

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H

Helmut Schellong vor 7 Jahren

Ja, wie ich es bereits schrieb. Ich nannte X7R und X5R.

Ich reagierte hauptsächlich auf folgenden Text des OP:

|Was mir aufgefallen ist: Wenn ich an den Ausgangs-C einen |Feld/Wald/Wiesen Elko parallel dran hänge, z.B. 47µF 85° 25V. Also nix |mit Low-ESR, echt ein stinknormales bedrahtetes Cent-Bauteil, dann |scheinen die Regler stabil zu werden.

Ich schrieb auch vom Layout als mögliche Ursache.

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Helmut Schellong vor 7 Jahren

Es soll 10 µF in 0805 geben? Das überrascht mich. Mit welcher Spannung?

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H

Helmut Schellong vor 7 Jahren

Sie muß den Strom durch sie aushalten. Induktivität groß, aber nicht zu großen Ri. Baugröße und Kosten vertretbar.

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B

Bernd Laengerich vor 7 Jahren

Am 24.08.2019 um 21:35 schrieb Helmut Schellong:

10V als X7R und 16V als X5R.

Reichelt KEM X7R0805 10U und X5R-G0805 10/16

Mit 6,3V bekommst Du die auch in 0603.

Bernd

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U

Uhu vor 7 Jahren

Gibts bis 35V.

Und 10µF gibts sogtar in 0402, dann aber nur bis 10V.

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K

Klaus Butzmann vor 7 Jahren

Am 24.08.2019 um 14:35 schrieb Johannes Bauer:

Wenn der Vergleich ein Standard Elko von 1980 ist ja, gegen aktuelle MLCC verliert der Tantal. Dafür aber mechanisch empfindlich und Kapazität über Spannung beachten.

Butzo

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