¿Qué está causando los picos u oscilaciones en mi convertidor Buck-Boost?

Actualmente, tengo un problema con el convertidor Buck-Boost. El esquema de mi convertidor Buck-Boost se puede ver a continuación:

El esquema de mi convertidor Buck-Boost

Usé los transductores de efecto Hall, LV25-P y LA25-NP, para medir el voltaje de entrada y la corriente de entrada para Buck-Boost. Luego, los transductores miden la señal y la envían al circuito de condición de la señal (a la derecha de esta figura). Para el circuito de condición de señal, utilicé LM358 para hacer los seguidores de voltaje. Finalmente, la señal se envía a los ADC.

El IGBT que utilicé es IRG4PH50U. El controlador es TLP250. El suministro de energía para TLP250 es de +15 V y su conexión a tierra se refiere a "Medio". La frecuencia de conmutación es de 20 KHz.

Usé el emulador PV, Chroma ATE-62050H-600S, como fuente de entrada para Buck-Boost. La salida está conectada con una resistencia electrónica de 20 Omh. Mantuve el ciclo de trabajo del IGBT al 49%. Los resultados se muestran a continuación:

donde el canal 1 refiere la señal en el puerto "LA", que está al frente del circuito de condición de señal. el canal 2 se refiere a la señal en el puerto "1", que está al final del circuito de condición de señal con un filtro de paso bajo LC. El canal 3 es la corriente de entrada que mido con la sonda de corriente del osciloscopio.

Los resultados no son muy buenos. Tengo muchas ganas de quitar estos picos. Recientemente, leí algunos documentos sobre el rebote del suelo, como ¿Qué está causando grandes oscilaciones en mi convertidor elevador de CC/CC? ¿Es este rebote en el suelo o algún otro efecto? Asumí que es causado por el rebote del suelo. Sin embargo, no sé cómo resolverlo.

Cualquier ayuda será muy apreciada.

Hola, @BruceAbbott. Sí, tengo 3 terrenos.

Un terreno está relacionado con los transductores y LM358, y lo marqué como "triángulo". El segundo terreno está relacionado con el controlador, TLP250, lo marqué como "D_GND". El tercero es el terreno para Buck-Boost, lo marqué como "GND". Usé resistencias de 0 Omh para unirlas, como se puede ver en la parte derecha de la figura. Cuando medí las señales en el canal 1 y el canal 2, la tierra que conecté es P6.

Como la solicitud de @PlasmaHH, agregué el prototipo y el diseño de PCB.

Prototipo Diseño de placa de circuito impreso

Recientemente, probé la solución de @PlasmaHH y los resultados se muestran a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El canal 3 es la corriente de entrada que mido con la sonda de corriente del osciloscopio. El canal 1 y el canal 2 se refieren al mismo puerto, puerto "1". Sin embargo, el canal 1 usó la antena terrestre, mientras que el canal 2 no. Podemos ver que algunas ondas se reducen, pero no todas.

También probé mi circuito Boost, que es mi trabajo anterior. Los resultados se muestran a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

donde el canal 1 usó la antena de tierra, mientras que el canal 2 no. De esta figura, podemos ver que todas las ondas se reducen.

De la discusión anterior, creo que @PlasmaHH tiene razón, pero no todo. @carloc y @rioraxe brindaron algunas soluciones, y creo que pueden funcionar. Leí el artículo de Jeff Barrow, http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.html . Creo que el rebote en el suelo es el culpable. Hice algunos análisis para mi Buck-Boost, como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Estas cifras dan los dos bucles de corriente diferentes cuando el interruptor está encendido o apagado. A partir de esta figura, se pueden ver los cambios de las áreas de bucle actuales. Propuse una solución para diseñar el diseño de PCB, como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La razón por la que quiero usar este diseño es que encontré que la dirección actual para los dos bucles actuales es la misma. Por lo tanto, solo necesito pensar cómo reducir el área rosa y el área verde.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí está mi diseño de PCB, que aún no está terminado. Solo quiero saber si funciona.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Las líneas rosadas se refieren al bucle de corriente cuando el interruptor está encendido y las líneas verdes se refieren a que el interruptor está apagado. El área blanca son los cambios de los bucles actuales.

Entonces, todos, ¿creen que está bien?

———————————————————————————————————————————— Hola, hice algunos nuevos cambios. En primer lugar, reduje el tamaño del capcitor, porque descubrí que realmente no necesito uno tan grande. Luego, reduzco la traza entre el inductor GND y Cout. ¿Es esto efectivo para reducir las inductancias parásitas?

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hola, acabo de actualizar mi diseño de PCB. ¿Podrías ayudarme a comprobarlo?

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hice algunos cambios:

  1. Hice el IGBT y el diodo en un disipador de calor para reducir el área del bucle.
  2. Hice algunos componentes en la parte inferior, pero realmente no sé si está bien.
  3. Conecte los terrenos juntos, como los círculos blancos que marqué en la figura.

ingrese la descripción de la imagen aquí

No sé cómo medir la ESR para gorras. Pero revisé algunos documentos al respecto. Dice:

"El límite de entrada es de 100 V 470 uF. Su ESR es de 0,06 ohmios. El límite de salida es de 250 V 47 uF. Su ESR es de 0,6 ohmios".

Recientemente, hice la nueva placa PCB, como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

El resultado está bien como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El pico de la corriente de entrada es más pequeño. Sin embargo, no estoy seguro de si puedo hacer una mejora adicional.

Por cierto, también probé la corriente y el voltaje de salida, como se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por qué la salida de forma de onda es tan rara? ¿Cómo mejorar esto? Por favor ayúdame a verlo.

Parece que tienes 3 terrenos separados. ¿Cómo están conectados entre sí físicamente? ¿A qué punto estaba conectado el alcance? Muestre su diseño.
También muestre cómo conectó las sondas (es decir, si usó la antena de tierra o una conexión adecuada de baja inductancia)
Hola, @BruceAbbott. Sí, tengo 3 terrenos. Un terreno está relacionado con los transductores y LM358, y lo marqué como "triángulo". El segundo terreno está relacionado con el controlador, TLP250, lo marqué como "D_GND". El tercero es el terreno para Buck-Boost, lo marqué como "GND". Usé resistencias de 0 Omh para unirlas, como se puede ver en la parte derecha de la figura. Cuando medí las señales en el canal 1 y el canal 2, la tierra que conecté es P6. Lamento mucho no poder actualizar el diseño de PCB porque soy un nuevo registro. Entonces no puedo actualizar más cifras en mi pregunta.
Hola, @PlasmaHH. Usé la oscilloprobe común. No estoy seguro acerca de la "antena de tierra" o la "conexión adecuada de baja inductancia". Solo puedo describir mi sonda de tierra: es un cable corto con una pinza de cocodrilo.
@Lecio: sí, ese cable es una antena bastante pequeña. Use el accesorio de resorte de tierra de baja inductancia para su sonda y Google sobre inductancia y sondas gnd
Además, el diseño de pcb no ayuda. Los dos bucles representados aquí enlazan portan una corriente de conmutación alta y rápida. Introducen bastante inductancia parásita que luego es propensa a oscilar con tapas parásitas. Pero, lo que es peor, inducirán ruido en cualquier parte de los circuitos cercanos. Esas conexiones solo deben hacerse con áreas de cobre pesado, siempre tratando de tener caminos de ida y vuelta, uno encima del otro en dos capas.
[1] Con los circuitos de conmutación, más grande no es necesariamente mejor debido a la mayor capacitancia y los elementos parásitos. Intente usar un MOSFET y un diodo de salida con una clasificación de voltaje más adecuada (es decir, no 1200 V). [2] Las tapas electrolíticas tienen una ESR alta, intente agregar algunas tapas de cerámica de un rango de unos pocos uF en paralelo con Cout y Cin. [3] Intente conectar un cable grueso desde el pin Cout+ directamente al pin del inductor, lo que reduce las áreas de bucle de corriente de conmutación.
Su PCB "no" funcionará. Debe mantener todas las inductancias parásitas al mínimo. Dado un margen de voltaje suficiente y sin consideración por EMI, puede transferir energía de la entrada a la salida bien, pero depende de lo que defina como "trabajo".
Hola, @winny, ¿las "inductancias parásitas" son lo mismo que las "inductancias parásitas"?
@Lecio En este caso si.
Aún le falta plano de tierra. Pero mejor debido a las distancias más cortas. Además, ¿cuál es la ESR de los condensadores que está utilizando?
Hola, @winny. ¿Qué es el "plano de tierra"? ¿Quieres decir "avión de cobre"? Por cierto, no conozco la ESR de mis condensadores.
La baja inductancia parásita en la PCB y la baja ESR en sus capacitores son vitales para cualquier diseño de modo de conmutación. Consulte analog.com/library/analogDialogue/archives/43-09/… , electronics.stackexchange.com/questions/216116/… y ti.com/lit/an/szza009/szza009.pdf . Consulte la hoja de datos de sus condensadores. Simule su circuito con paracíticos antes de producir la PCB. A menos que necesite una retención de energía, probablemente esté mejor con tapas de plástico que electrolíticas.
Hola, @winny, acabo de actualizar mi diseño de PCB. ¿Podrías ayudarme a comprobarlo?
@Lecio Cada vez mejor. La suposición de que el área en la que la circunferencia de la corriente circulante es igual a su inductancia parásita no es realmente cierta, pero es un buen punto de partida. ¿Podría tener su ruta GND como la parte inferior completa del tablero? ¿Cuál es la ESR de los límites de entrada y salida? ¿Los electrolíticos contribuyen en algo? ¿Puedes montar el MOSFET y el diodo en el mismo disipador de calor y mucho más cerca uno del otro? Tal vez incluso un disipador de calor de doble cara con uno a cada lado si eso ayuda a reducir la longitud.
Hola, @winny, hice el nuevo. Por favor ayúdame a verlo~
Nuevamente, mejor, pero aún me gustaría ver un plano de tierra en la parte inferior en lugar de una pista de tierra separada en la parte superior. La distancia total desde la tapa de plástico de entrada-IGBT-inductor-diodo-salida de plástico es corta, lo cual es muy bueno. ¿Cuánta corriente planea ejecutar? ¿Cuánta inductancia tienes? Digamos 10 A de corriente de salida y 0,6 ohmios, eso es una ondulación de voltaje de 6 V a la derecha del bate. Nuevamente, lo más probable es que sea mejor con una tapa de plástico grande y sin electrolíticos tanto en el lado de entrada como en el de salida. Ingrese todos los valores, incluida la ESR en un simulador y verá.
Hola, @winny, (1) mi sistema funciona con una corriente de aproximadamente 1A a 3,5A. (2) la inductancia es 1mH. (3) Tengo dos tapas para entrada y salida respectivamente. Tengo una tapa electrolítica (100V 470uF) y una tapa de cerámica (1000V, 0.1uF), porque la tapa de cerámica en paralelo puede reducir la ESR. Tengo tres preguntas ahora: (1). ¿Qué quiere decir con "un plano de tierra en la parte inferior en lugar de una pista de tierra separada en la parte superior". Realmente no entiendo. (2). ¿La tapa de plástico es la tapa fime? (3). ¿Necesito usar la tapa de plástico para reemplazar mi tapa electrolítica?

Respuestas (2)

En primer lugar, debe asegurarse de medir correctamente. Su sonda tiene un efecto de antena de tierra, puede leer la nota de aplicación " Medición de ondulación de salida y conmutación de transitorios en reguladores de conmutación ", para obtener más detalles.

En segundo lugar, los diodos ultrarrápidos trr<=30ns ayudarán con su problema de picos. Para encontrar capacitores de baja ESR, también puede seleccionar capacitores de corriente de ondulación alta/temperatura alta; por ejemplo, los condensadores de 105 °C pueden solucionar su problema. Su PCB también parece tener un problema de capacitancia parásita. Puede llenar con la parte inferior del plano Gnd del interruptor, reduce la capacitancia parásita.

Sus Spikes parecen estar comenzando en el encendido de IGBT. En su configuración, la corriente del inductor es bastante alta al encenderse. La mayoría de los convertidores están configurados de esta manera, por lo que sería una blasfemia de mi parte decir que esto es incorrecto. Esta configuración de modo continuo necesita un diodo rápido como dijo m derecik. También debe ralentizar el encendido de la puerta del IGBT por cualquier medio. La resistencia de la puerta que se ve comúnmente es fácil de entender y probar. Omita la resistencia de puerta experimental con un diodo pequeño y rápido para que el apagado de IGBT no se ralentice. Esto quemará un poco más de energía, pero a los 20 KHz que elija debería funcionar. La resistencia de puerta depende del diseño de su PCB. Cuanto mejor sea su placa se necesita menos resistencia de puerta para llevar los picos a un nivel aceptable. Puede comenzar con una resistencia de 47 ohmios con un diodo BAV21 en paralelo.

¿Qué está causando los picos u oscilaciones en mi convertidor Buck-Boost?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v