Warum nicht mehr als 100kHz im DC-DC-Converter?
Einer unserer Praktikanten meinte offenbar, dass ein DC-DC-Converter nicht mehr als 100kHz haben sollte... Und auch die nicht immer gleich... die PWM-Frequenz wandert bei ihm zwischen 90kHz und 100kHz... bei ganz niedriger Last geht sie sogar auf 1kHz runter...
Ich finde jetzt immer wieder DC-DC-Controller, die z. B. 400kHz verwenden möchten... Beispiel: TPS54302 von TI...
Muss ich dann damit rechnen, dass iwann die Polizei wieder auftaucht und dieses Mal nich nach ner Plantage sondern nach nem Piratensender suchen will...?
"... dass ein DC-DC-Converter nicht mehr als 100kHz haben sollte..." Hat er das begründet?
ja... mit EMV... weil „Oberwellen“ zu erwarten sind, die selbst bei 100kHz bis zu 1MHz gehen können...
Würde sagen, ein gut geschirmtes 400kHz-Teil gibt weniger Oberwellen ab als ein schlechtes 100kHz-Teil. Amateurfunker können "Lieder" darüber singen...
ok... magst deine Antwort ergänzen mit Abschirm-Tipps?
4 Antworten
Wenn Du den Converter schaltungs- und abschirmtechnisch so baust, dass er keine Störstrahlung über das erlaubte Maß abgibt, dann dürftest Du lange auch die Polizei warten... ;-)
Nach meiner Kenntnis sind Snubber vor Allem dafür gedacht, vor Spannungsspitzen zu schützen. Dass sie dadurch auch positiv bez. Störstrahlung wirken, ist auch ein Effekt, ja. Sie senken "nebenbei" auch Anstiegsgeschwindigkeiten, wodurch "per se" weniger Oberwellen produziert werden.
Für HF-Filter sind eigentlich auch Spulen vonnöten, bei Schaltnetzteilen schaltet man zur Glättung "gerne" kleinere Kapazitäten parallel, weil sich dadurch für hohe Frequenzanteile eine bessere Siebung ergibt. Zusätzlich noch "kleine" Keramikkondensatoren sorgen für noch mehr HF-Filterung.
Etliche (ältere) IBM-Laptop-Netzteile z. B. haben gelochte Metallbleche im Gehäuse.
Einer unserer Praktikanten meinte offenbar, dass ein DC-DC-Converter nicht mehr als 100kHz haben sollte...
Naja es gibt mehrere Gründe dafür, allen vorran die Effizienz. Je schneller er schaltet desto mehr Wandlungsverluste hast du. Allerdings wird die Schaltung kleiner je höher die Schaltfrequenz wird, wo das Optimum ist hängt von deiner Schaltung ab.
Und auch die nicht immer gleich.
Nennt sich Spreadspektrum. Hier wird die Frequenz um +/-10% um den Setpoint ständig geändert. Das führt dazu, dass sich die abgestrahlte Leistung über einen weiteren Bereich verteilt und daher auf einer bestimmten Frequenz die Störung kleiner wird. Manchmal ist es auch eine Notwendigkeit.
bei ganz niedriger Last geht sie sogar auf 1kHz runter...
Das kommt auf den Betriebsmodus des DC DC an. Meist muss er dann mit der Frequenz runter gehen damit er die Minimale ein bzw Ausschaltdauer der Powerstage einhalten kann. Es hat auch Effizienzgründe so steigt bei 1kHz die Effizienz.
Beim normalen PWM Mode wird das durch Pulse Skip erreicht. Weil der Strom in der Induktivität dabei aber immer 0 wird und bleibt erzeugt er einen hohe Oberwellenantei. Im Forced PWM Mode hat man das nicht.
Ich finde jetzt immer wieder DC-DC-Controller, die z. B. 400kHz verwenden möchten...
Viele liegend auch drüber, aber du kannst die Schaltfrequenz bei den meisten mit einem Widerstand einstellen.
Muss ich dann damit rechnen, dass iwann die Polizei wieder auftaucht und dieses Mal nich nach ner Plantage sondern nach nem Piratensender suchen will...?
Nein eher nicht selbst bei schlechten DCDC strahlst du idR so wenig ab dass du eine sonderlich große Störquelle bist.
Allerdings kannst du mit gutem Schaltungsdesign die Abstrahlung aber auch sehr klein halten bzw durch eine EMI Filter am Eingang und Ausgang weiter reduzieren. Auch ein Metallgehäuse senkt die Abstrahlung stark.
Sofern du das Produkt kommerziell einsetzen willst solltest du auch die Notwendigen Tests machen, spätestens beim EMV Test fällt das Ding durch wenn es zu sehr strahlt.
Das Bestreben, alles immer kleiner zu machen führt zu Convertern mit immer höheren Frequenzen, weil dadurch die erforderlichen Transformatoren immer kleiner werden. Aber ich denke, man sollte trotzdem nicht über 50 kHz gegen, weil so ein DC-DC-Converter die erzeugte Frequenz auch abstrahlt – zumindest im Nahbereich. Dadurch können dann z.B. Funkuhren das Zeitsignal nicht empfangen, das bekanntlich auf 77,5 kHz liegt.
So einen Converter so abzuschirmen, dass er keinen HF-Smog verursacht, erfordert einen Metallkäfig, in dem die ganze Schaltung nach außen hin abgeschirmt ist und Durchführungskondensatoren für Ein- und Ausgang. Dass ist ein recht großer mechanischer Aufwand, den man gerne vermeidet.
So kann es durchaus sein, dass der Converter auf seiner Betriebsfrequenz stark strahlt. Ob das in den heutigen Zeiten noch eine nennenswerte Rolle spielt, sei dahin gestellt. Auf Langwelle, wo sich früher viele große Rundfunksender getummelt haben, gibt es heute eigentlich nichts mehr zu hören. Trotzdem sollte man dieses Frequenzband sauber halten, nicht zuletzt deswegen, weil um 300-400 kHz auch Flugfunk-Baken arbeiten, anhand derer sich Flugzeuge orientieren.
Es kann also durchaus sein, dass irgendwann die Polizei nach Deinem »Sender« sucht, weil er den Flugfunk stört. Nicht den Sprechfunk, sondern die Navigationssysteme.
Das wird bei Kommerziellen Produkten sowieso im Rahmen der EMV Tests überprüft.
Gerade in den Frequenzbereichen wo andere Sender wie Radiosender etc sind, sind die Grenzwerte nicht sonderlich hoch.
Defakto können in dem Fall alle Leitungen in der Schaltung störer sein nicht nur der DC DC, so kann zB ein unsauberer Quarzoszillator relativ gut abstrahlen, genau so wie verschiedene Busse zB USB, SPI, usw.
er hat uns Plastikgehäuse besorgt, in denen die Converter festgeschraubt sind... immer auf die Gipsplatten außen an den Studios... sollte man da Alufolie nachrüsten? und die dann erden?
aber passiert ist hier seit fast 4 Jahren nichts...
... Deinem »Sender« sucht, weil er den Flugfunk stört.
Sooo weit reichen die "Sender ganz sicher nicht! Dann würden auch viele andere Systeme ständig in die Irre geführt werden.
erfordert einen Metallkäfig
Das wäre in jedem Fall besser, keine Frage. Aber: Die Schaltungen sind i. d. R. so klein, dass sie bei der Frequenz schlechte "Antennen" darstellen. Wenn die Zu- und Ableitungen gut gefiltert sind, können die auch kaum als Antenne dienen.
Muss ich dann damit rechnen, dass iwann die Polizei wieder auftaucht und dieses Mal nich nach ner Plantage sondern nach nem Piratensender suchen will...?
Ein DC/DC-Converter ist ein Spannungswandler.
Ein Piratensender ist unerlaubter (Rund-)funk, mit dem du viele Straftaten gleichzeitig begehst.
Das einzige, was dein DC/DC mit dem Piratensender gemeinsam hat: Er kann umliegende Geräte oder in extremen Fällen den Funkverkehr stören.
Also ungewollt zum Störsender werden. Wenn ein solcher so sehr stört, schickt die Bundesnetzagentur einen Entstörtrupp auf die Suche.
Das Stichwort heißt: EMV.
Ein Schaltwandler arbeitet mit hohen Frequenzen, die zudem rechteckig sind. Diese Frequenzen können, wenn es dumm kommt, die daran angeschlossenen Kabel als Antenne ansehen und von dort eine Reise in den großen weiten Ether (Gleichtaktstörungen) machen oder leitungsgebunden ins Stromnetz (Gegentaktstörungen) gelangen, was beides sehr problematisch ist - Besonders für Funkgeräte.
Noch dazu kommt: Rechteckiger Spannungsverlauf = oberwellenreich. Das Dingen stört dann breitbandig.
Damit das nicht passiert, verpasst man solchen Leitungen entsprechende Filter: Entstördrosseln, Entstörkondensatoren und Ferritkerne.
Damit baut man den hohen Frequenzen nach der Wandlung Tiefpässe in den Weg, so dass die gewollte Spannung durchkommt aber die hochfrequenten Wellen draußen bleiben - Problem gelöst!
Es gibt da entsprechende Normen einzuhalten (EN55032 und EN55014, glaube ich, irgendwo dort...).
Wegen den 100khz:
Wenn der Wandler bei konstant 100kHz läuft, macht er dort einen Peak in der Störemmissionsmessung. Überschreitet dieser Peak einen bestimmten Schwellwert, fällt der Wandler damit durch die Prüfung. Nun kommt der faule Trick mit den 90-100kHz: Dadurch, dass man den Wandler "pendeln" lässt, wird der Peak im Messdiagramm breitgeschmiert bzw. erscheint dort kürzer und dafür dicker. Prüfung bestanden.... Auf dem Papier.... Geänderte Schaltung stört mehr wie vorher: Der Peak ist ja immer noch in voller Höhe da, er wandert lediglich zwischen 90 und 100Hz und stört sogar breitbandiger. Lediglich die EMV-Prüfgeräte, die die Messwerte etwas integrieren, erfassen ihn nicht mehr so gut.
Die saubere Lösung: Netzgerät 20ct teurer machen und mit dem gewonnenen Budget bessere EMV-Filterbauteile reinpacken, die den Peak tatsächlich besser wegfiltern. Wenn irgendwo mittendrin was rauskommt: Layout überarbeiten.
Wegen 400kHz:
Das hat wohl nicht so viel mit EMV zutun (kann man ja auch wegfiltern), sondern eher mit der Effizienz:
Schalttransistoren reagieren nicht unendlich schnell. Die Flanken stehen, im Oszi betrachtet, gaanz leicht schräg. Alle Abweichungen von der perfekten Rechteckwelle führen zu Wärmeverlusten am Schalttransistor. 4x höhere Frequenzen = 4x so viele schräge flanken = 4x mehr Wärmeverluste. Da braucht man einen 4x besseren (schnelleren) Transistor, um das zu kompensieren - Wozu? Wenn es die 100kHz auch tun...
Und zwischen: Selbstkreierte Schaltung stört im Umkreis von 5m und Flugzeug vom Himmel liegen Welten. Um viel Funk zu stören, braucht es viel Leistung. Wenn 5W in den Wandler reingegen, während du 4,9W sekundärseitig rausziehst, bleiben 0,1W maximal übrig, die den Funkverkehr stören können.
Um den Störwagen herbeizubeschwören, ist fast schon Vorsatz oder gaanz doofe Bauweise nötig. Kennst du jemanden, den sowas mal passiert ist? :)
nö... wir haben hier in der Firma etliche solche DC DC Wandler, um aus dem 100Vdc Netz die Schutzkleinspannung für diverse Feuchträume zu machen... da war noch nie jemand da deswegen... die gehen auch nicht kaputt, obwohl sie schon 4j alt sind...
Je kleiner der Converter aufgebaut ist, desto weniger "Antennen" hat er bautechnisch. Das ist bei WLAN völlig anders wegen der viel höheren Frequenzen.
Ein Metallgehäuse wäre nicht verkehrt (wenn auch aufwendig) wie auch Gegsoft schrieb.
Wichtig sind auch HF-Filter an Ab- und Zuleitungen dicht am, im Converter, damit diese nicht zu Antennen werden.