Snubbing DCM (asincrónico) Convertidor Buck

ACTUALIZACIÓN FINAL:

He publicado un informe de resultados a continuación. Estoy muy satisfecho con el resultado y aprendí mucho en el proceso. Más detalles y tomas antes/después en la respuesta a continuación. Gracias a @Andy y @winny por su ayuda y aliento :)

Solo una nota para ayudar en la búsqueda, el tablero utilizado aquí se conoce coloquialmente como el "Convertidor de dinero de eBay falso LM2596". El chip se comporta como un LM2576 (frecuencia de conmutación de 52kHz en lugar de 150kHz) aunque posiblemente carece del circuito de protección.

Estoy trabajando con un convertidor reductor basado en LM2576 como proyecto de aprendizaje . Básicamente, he convertido un dólar de eBay de $ 0.99 en una placa de demostración muy asequible, aunque algo menos flexible :)

El LM2576 ingresa al modo de conducción discontinua (DCM) con cargas livianas (<500 mA aproximadamente), y cuando lo hace, exhibe un timbre vigoroso en el nodo del interruptor cuando el diodo se apaga, la energía residual en el inductor rebota de un lado a otro entre el inductor y la capacitancia del diodo:

La hoja de datos indica que esto no es motivo de preocupación, pero que se puede abordar con un amortiguador RC a través del inductor si se desea. Entiendo que la mayoría de la gente no se molestaría con eso, pero dado que este es un proyecto de aprendizaje y mi primera oportunidad de diseñar un amortiguador de la vida real, quiero hacer lo mejor que pueda y aprender tanto como sea posible para futuros desafíos de amortiguación.

Además, el timbre cuenta como EMI en mi mundo, y se acopla a la salida:

Investigué mucho sobre amortiguadores, seis fuentes distintas, incluido el libro electrónico de Rudy Severns y todas las notas de aplicación (y una tesis de maestría) que pude encontrar. Debido a que estoy haciendo esto como un proyecto de aprendizaje, quiero dominar los conceptos y procedimientos en general, no solo obtener una solución lo suficientemente buena para una aplicación en particular.

Aquí está el esquema (el diodo real está marcado como SS34, el SS3P5 es el modelo LTspice disponible más cercano):

Y aquí está el diseño del tablero:

reverso con imagen especular para facilitar la coincidencia del orificio pasante:

Siguiendo el procedimiento prescrito (detallado a continuación), obtengo los valores 1nF y 220R. Estos controlan el zumbido sustancialmente:

ACTUALIZAR:

Instalé un potenciómetro en la posición de la resistencia y descubrí que 430 Ω proporciona una amortiguación máxima con un límite de 1 nF (C0G).

Con la resistencia óptima en su lugar, pude hacerlo mejor:

Pero no amortiguan críticamente el timbre, que es lo que se indicó en [1] Todd al menos y lo que buscaba.

En la simulación, descubrí que puedo lograr una amortiguación crítica (o algo bastante similar) con los valores 8.6nF y 350R.

Así que me pregunto por qué las fuentes que encontré están bastante de acuerdo, pero todas me dan valores más bajos de lo que parece ser necesario.

Tengo un par de hipótesis:

1. El mío es un caso especial. La mayoría de las fuentes utilizan convertidores reductores síncronos en su ejemplo. Estos tienen una capacitancia mayor y una inductancia mucho menor. Las fórmulas no funcionan cuando se invierte la situación. (En mi caso, L=47uH, C=100pF.)

2. Nadie quiere desairar a la amortiguación crítica. En mi caso, la energía que se debe amortiguar es pequeña (mW de un solo dígito), en los casos más comunes, el diseñador está haciendo una compensación significativa contra la eficiencia y un par de cambios en la forma de onda son perfectamente aceptables.

¿Alguien puede ayudarme a entender lo que estoy viendo?

Una anomalía que he notado es que todas las fuentes dicen que la constante de tiempo RC del amortiguador debe ser corta en comparación con la frecuencia de conmutación, pero larga en comparación con el tiempo de subida de la forma de onda que se va a amortiguar. Los valores que obtuve (1nF, 220R) tienen una constante de tiempo casi igual al tiempo de subida del timbre (~200ns).

( Actualización: más tarde me di cuenta de que estaba midiendo el tiempo de subida después de instalar el amortiguador. Una medición detallada del circuito no bloqueado reveló un tiempo de subida de 116 ns y el valor R final del amortiguador produjo un RC de 426 ns. Esto aproximadamente 4x$\tau$el valor parecía ser "lo suficientemente grande" :)

Procedimiento prescrito

1. Agregue capacitancia a través del nodo del interruptor hasta que la frecuencia de llamada se reduzca a 1/3 del valor original (algunos dicen que 1/2). Esto determina que el C original es 1/8 del valor agregado (el C total es 9 veces el original, sqrt(9)=3).

2. Calcule la impedancia característica del tanque LC nuevo, sqrt (L/C). Utilice una resistencia de este valor.

   En una segunda lectura cercana, descubrí que las fuentes no están de acuerdo sobre qué valores usar para el cálculo de la impedancia característica. [1] Todd recomienda usar el original $C_{parasitic}$. Otro usa el nuevo total$C_{parasitic} + C_{snubber}$. El valor óptimo que encontré está casi justo en el medio de estos dos (209Ω < 430Ω < 670Ω).

Recursos:

[1] Todd, Felipe C.; Circuitos amortiguadores: teoría, diseño y aplicación