¿Qué está causando grandes oscilaciones en mi convertidor elevador CC/CC? ¿Es este rebote en el suelo o algún otro efecto?

Su esquema es excesivamente grande y está diseñado de manera confusa, lo que desalienta a las personas a responder. No dibuje tierras que vayan hacia arriba, por ejemplo, a menos que las partes realmente provengan de un voltaje negativo. Si quiere que otros miren un esquema, bríndeles un poco de respeto. No nos haga inclinar la cabeza para leer cosas y asegúrese de que el texto no se superponga con otras partes del dibujo. La atención a estos detalles no solo ayuda a su credibilidad, sino que también muestra respeto por parte de aquellos de quienes está buscando un favor. Vi esta pregunta antes, pero todo lo anterior me hizo pensar "demasiado problema, al diablo con esto", y luego pasé a algo con un factor de molestia menor.

Nos diste un montón de detalles, pero te olvidaste de los problemas obvios de alto nivel. ¿Qué voltaje se supone que es la salida? Usted mencionó impulsar en algún lugar de su extenso escrito, pero también parece haber "7.2V" escrito por el conector de salida. Esto no coincide con "2.5V-10V" escrito por la entrada. Por cómo están cableados el inductor, el interruptor y el diodo, tiene una topología de impulso. Esto no funcionará si la entrada excede el voltaje de salida deseado. ¿Cuáles son sus voltajes reales de entrada y salida? ¿A qué corriente?

Ahora al timbre. Primero, algunas de estas cosas son claramente artefactos de alcance. Tiene un inductor muy pequeño (2.2 µH). No miré la hoja de datos del controlador, pero eso suena sorprendentemente bajo. ¿A qué frecuencia de conmutación se supone que opera el controlador? A menos que sea un MHz o más, soy escéptico acerca de la elección de 2,2 µH para el inductor.

Veamos algunos de sus rastros de alcance:

Esto en realidad muestra un pulso de conmutación razonablemente esperado. De esto también podemos ver que la frecuencia de conmutación, al menos en este caso, es de 1 MHz. ¿Es eso lo que pretendías?

La traza comienza a la izquierda con el interruptor cerrado para que el inductor se esté cargando. El interruptor se abre a los 100 ns y, por lo tanto, la salida del inductor aumenta inmediatamente hasta que su corriente comienza a descargarse a través de D1. Eso es a 8 V, por lo que el voltaje de salida es aparentemente algo así como 7.5 V considerando que D1 es un diodo Schottky pero está recibiendo un gran pulso de corriente (sería bueno saber qué tan grande, o al menos qué tan grande es el promedio). Esto continúa durante 300 ns hasta que el inductor se descarga en t = 400 ns.

En ese punto, el lado de salida del inductor está abierto y solo está conectado a la capacitancia parásita a tierra. La inductancia y esta capacitancia parásita forman un circuito tanque, que produce el timbre. Solo hay dos ciclos de este timbre antes del siguiente pulso, pero observe cómo decae ligeramente. La poca energía restante que quedó en el inductor después de que el diodo se apagó ahora se mueve de un lado a otro entre él y la capacitancia, pero cada ciclo se disipa un poco. Todo esto es como se esperaba, y es una de las firmas características de este tipo de fuente de alimentación conmutada. Tenga en cuenta que la frecuencia de llamada es de aproximadamente 5 MHz, que en un diseño comercial real debe tener cuidado de manejar para evitar que se irradie. Este timbre puede ser en realidad la emisión principal de una fuente de alimentación conmutada,

También podemos ver que el timbre está decayendo un poco por debajo de 4V, lo que nos indica el voltaje de entrada que estaba usando en este caso. Esto confirma que realmente está funcionando como un convertidor elevador con un aumento de aproximadamente 2x, al menos en este caso. El aumento de 2x también se confirma por las fases de carga y descarga del inductor aproximadamente iguales, que son de 300 ns cada una en este caso.

La fase del circuito del tanque de timbre libre termina abruptamente cuando el interruptor se enciende nuevamente en t = 800 ns. El interruptor permanece encendido durante aproximadamente 300 ns cargando el inductor y el proceso se repite con un período de aproximadamente 1 µs.

Esta traza de alcance en realidad muestra que las cosas funcionan como se esperaba. No hay ninguna pistola humeante aquí.

Se queja de las oscilaciones de salida, pero desafortunadamente ninguno de los rastros de su osciloscopio muestra esto. Los primeros no son significativos, ya que lo más probable es que muestren artefactos de alcance y rebotes de tierra en modo común que aparecen como una señal diferencial. Incluso este:

No nos dice mucho. Tenga en cuenta la escala de tensión sensible. No hay nada sorprendente aquí a 20 mV/división. Algo de esto es casi seguro que los transitorios de modo común confunden el osciloscopio para que aparezcan como una señal diferencial. Las partes más lentas son el diodo que conduce y luego no conduce, y el pulso de corriente es parcialmente absorbido por el capacitor.

Entonces, ¿todo esto se reduce a cuál es exactamente el problema? Si ve fluctuaciones de voltaje a gran escala en la salida durante varios ciclos de conmutación, muéstrelo. Eso es de lo que pensé que te estabas quejando originalmente. Si ese es el caso, observe detenidamente la red de compensación para el chip conmutador. No busqué la hoja de datos, pero por el nombre "comp" para el pin 12 y el hecho de que C4 y R2 están conectados a él, es casi seguro que esta es la red de compensación de retroalimentación. Por lo general, las hojas de datos solo le dicen qué usar y no le brindan suficiente información para generar sus propios valores de todos modos. Lea detenidamente esa sección de la hoja de datos y vea si ha cumplido con todas las condiciones para usar los valores que cumplió. Esos son los valores sugeridos para esta parte, ¿verdad?

Adicional:

Quise mencionar esto antes, pero se me escapó. Tienes que asegurarte de que el inductor no se esté saturando. Eso puede causar todo tipo de problemas desagradables, incluidos grandes transitorios e inestabilidad de control. Desde la primera traza del osciloscopio que copié, podemos ver que el inductor se carga durante 300 ns desde aproximadamente 3,8 V. 3,8 V x 300 ns / 2,2 µH = 518 mA. Esa es la corriente máxima del inductor en este caso. Sin embargo, eso es a una corriente de salida bastante baja. Una vez más, a partir de la traza del osciloscopio, podemos inferir que la corriente de salida es solo de unos 75-80 mA. A corrientes de salida más altas, la corriente máxima del inductor aumentará hasta que finalmente el controlador funcione en modo continuo (supongo, pero eso es probable). Debe asegurarse de que la corriente del inductor no exceda su límite de saturación en todo el rango. ¿A qué está clasificado el inductor?

Agregado2:

Creo que hay dos problemas básicos aquí:

1. Espera que una fuente de alimentación conmutada tenga poco ruido, como las fuentes de alimentación lineales que ha visto. Esto no es razonable.

2. Obtiene muchos artefactos de medición que hacen que la salida se vea mucho peor de lo que realmente es.

Su diseño original no ayudó en nada. El segundo es mejor, pero todavía quiero ver algunas mejoras:

Desafortunadamente, tiene activada la capa tStop, que abarrota lo que realmente queremos ver, pero creo que aún podemos descifrar esta imagen.

Ahora tiene una ruta directa desde el diodo a través de la tapa de salida hasta el lado de tierra de la tapa de entrada sin cortar el plano de tierra. Eso es una gran mejora con respecto al original. Sin embargo, tiene el plano de tierra dividido con una gran ranura en forma de L en el medio que se extiende hasta el borde inferior. Las partes izquierda y derecha de la parte inferior del plano de tierra están conectadas solo por una ruta larga. Esto podría solucionarse fácilmente reduciendo el requisito de espacio excesivo alrededor de algunas de sus redes y moviendo algunas partes solo un poco. Por ejemplo, no hay razón para que las dos vías muy grandes a la derecha de la entrada + no puedan estar un poco más separadas para permitir que el plano de tierra fluya entre ellas. Lo mismo ocurre a la izquierda de R3, entre el cátodo del diodo y C5, y entre el borde de la placa y D1.

También creo que tiene muy poca capacitancia tanto antes como después del conmutador. Cambie C1 a 22 µF como C5 y agregue otra tapa de cerámica inmediatamente entre los dos pines de JP2.

Pruebe un nuevo experimento con el nuevo diseño. Suelde manualmente otra tapa de 22 µF directamente entre los pines de JP2 en la parte inferior de la placa. Luego sujete la tierra de la sonda del alcance al pin "-" (no a otro punto de tierra en el tablero, directamente al pin "-" ) y enganche la sonda al pin "+" (nuevamente, justo en el pin, no algún otro punto en la red de voltaje de salida). Asegúrese de que no haya nada más conectado a la placa, incluidas otras sondas de alcance, clips de tierra, cables de tierra, etc. La única otra conexión debe ser la batería, que tampoco debe estar conectada a nada más. Mantenga esta configuración al menos a un pie de distancia de cualquier otra cosa conductora, particularmente cualquier cosa conectada a tierra. Ahora mire la forma de onda de salida. Sospecho que verá una cantidad sustancialmente menor del ruido que parecía estar en el primer seguimiento del alcance que publicó.

Primero verificaría que el problema que está persiguiendo realmente existe y no es un artefacto de una mala conexión a tierra del osciloscopio. Pasé bastantes horas persiguiendo el ruido en los rieles de la fuente de alimentación solo para descubrir que desapareció (bueno, casi) cuando usé la conexión a tierra en la sonda del osciloscopio, en lugar de un cable separado al osciloscopio.

La medición "adecuada" de la ondulación y el ruido en el mundo de la fuente de alimentación se realiza de manera muy específica para evitar captar el ruido de CM.

Si no tiene miedo de estropear la sonda de un osciloscopio, intente quitar el gancho, suelde un$10 \mu F$electrolítico y$100 nF$capacitor de cerámica directamente entre la punta de la sonda y el anillo de tierra, luego conecte la sonda lo más cerca posible de su conector de salida (intente usar algunos de los cables sobrantes del capacitor electrolítico para hacer la conexión). Establezca su osciloscopio en un límite de ancho de banda de 20 MHz y$1 M \Omega$Impedancia de entrada.

Si la forma de onda ondulada que ve ahora se ve radicalmente diferente, concluiría que su medición original fue defectuosa debido a la captación de CM. De lo contrario, tiene un problema legítimo de ruido en sus manos.

Actualización 1: Veo que tiene AGND y PGND cableados juntos en su esquema, así como en su diseño, y que sus componentes de compensación van a la conexión a tierra separada del pin AGND. Esto es algo malo". Mire de cerca el diseño de referencia de Micrel. La compensación y los retornos del capacitor de arranque suave se enrutan a una tierra privada, que luego se conecta a AGND y luego a PGND. Esto garantiza que ninguna corriente de conmutación intensa perturbe los sensibles componentes de compensación y control.

Parece haber un timbre de HF cuando se enciende el interruptor, a juzgar por la forma de onda del nodo de conmutación que ha proporcionado. Este IC no le permite controlar el tiempo de encendido y apagado (el FET está integrado), por lo que es posible que deba probar un diodo rectificador de refuerzo diferente o agregar algunos amortiguadores para silenciar el timbre.

Creo que su diseño para el regulador es demasiado grande: consulte el ejemplo proporcionado en la hoja de datos:

Todos los filtros están directamente al lado del IC (C5 en particular). Su límite de salida, por ejemplo (C5), parece estar a más de una pulgada del IC. Tener C3 tan lejos como lo hace para la selección de voltaje también puede causar un problema (¿el ruido inducido en el pin FB podría causar una conmutación errática?)

No dejes que el artículo sobre el rebote en el suelo te lleve en la dirección equivocada; aunque estoy seguro de que sus puntos sobre el tamaño y la orientación del bucle son importantes, probablemente lo más importante sea:

• Minimice la longitud del nodo SW (el suyo se extiende una distancia considerable para llegar a D1, mueva ese cruce D1/L1 directamente a la esquina del IC.

• Reduzca el tamaño del bucle tanto como sea posible.

También permitiría un poco más de margen en su límite de salida: sus especificaciones esquemáticas de 16v pero tiene una selección de voltaje de salida a 15v.

No soy un experto en SMPS pero he tenido algunos éxitos y fracasos en el pasado.

esto es una suposición total y no he mirado la hoja de datos del chip, pero C1 parece un poco pequeño. ¿Has intentado aumentar a ese tipo a algo así como 100uF?