Voltaje de salida inestable del convertidor reductor

Lo más importante en un diseño DC-DC es minimizar el área del bucle caliente . Esto minimiza tanto su inductancia (que provoca picos de L.di/dt) como las emisiones.

El bucle caliente es el bucle con mayor di/dt. En el caso de un dólar, la corriente de entrada es una onda cuadrada, la corriente de salida es un triángulo, por lo que el di/dt más alto está en el lado de entrada. Para un impulso, es al revés.

Esto significa que primero debe colocar las tapas de entrada lo más cerca posible del chip con conexiones gruesas y cortas. Idealmente, Vin y GND deberían ser planos o vertidos de cobre, no trazas, porque cuanto más ancha sea la traza, menor será la inductancia.

El límite de entrada más cercano debe tener la inductancia más baja (es decir, SMD MLCC X7R/X5R). Si se utilizan varios casquillos, el de baja inductancia es el físicamente más pequeño. Tenga en cuenta que la única utilidad de los límites de 100nF en este caso es que sean pequeños; la inductancia depende solo del tamaño del paquete y del montaje de PCB (vías, etc.), no del valor. Si suelda a mano y no le gustan las tapas 0402 (¿a quién le gusta?), elija el paquete con el que se sienta cómodo soldando, luego elija la mayor capacitancia en este paquete en X7R, luego colóquelo junto a los pines. Recuerde que los MLCC pierden capacitancia con el voltaje, por lo que un límite de 10 µF 0603 podría tener menos capacitancia real a 12 V que un límite de 4,7 µF 0805. En caso de duda, busque en Google "murata simsurfing", haga clic en las mayúsculas, hay un botón para mostrar C versus V y comparar varias mayúsculas.

A continuación, necesita tapas de entrada que puedan tomar una corriente de ondulación igual a la corriente total del inductor a 500 kHz. A menos que desee utilizar polímeros sofisticados, la opción de inductancia más baja y más barata probablemente sea unos pocos MLCC de 10 µF. Para proyectos de pasatiempos, tenga en cuenta que los MLCC son mucho más baratos en cantidad, por lo que si hace que los límites de entrada y salida sean iguales, ahorrará dinero. Básicamente, obtenga una tira de un valor como 10 µF 25 V, y si necesita más µF, simplemente coloque más.

Una vez que se colocan los límites de entrada, puede colocar el inductor y los límites de salida para optimizar el bucle activo de menor prioridad. Es mejor si los pines GND de las tapas de entrada/salida y el chip están en el mismo vertido de cobre, eso genera menos corriente HF en su plano de tierra.

Hablando de planos de tierra, hay uno en tu tablero, pero no hay vías hacia él, por lo que es inútil. Esto significa que la parte de tierra de ambos bucles pasará por la vía más cercana al plano de tierra, que en este caso es el pin GND de un conector:

Es mejor simplemente colocar las tapas al lado del chip y usar vertidos de cobre anchos, con muchas vías hacia el plano de tierra. Si coloca vías debajo del chip, también puede soldar la almohadilla térmica desde abajo con un soldador.

Dado que el nodo SW tiene un alto dv/dt, su capacitancia debe minimizarse, es decir, usar una traza corta y delgada. Suficientemente ancho para la corriente, pero no más ancho.

Primero, como señaló @Kartman en los comentarios, reemplace los condensadores electrolíticos con cerámica . Ambos, C2 y C3.

En segundo lugar, le recomiendo encarecidamente que rehaga el enrutamiento de PCB.

1. La primera regla de estos convertidores es que la traza SW debe ser lo más pequeña posible . Tienes esos enormes vertidos de cobre que sobresalen más allá de L3 y C3. Deshazte de ellos, ya tienes cobre yendo del chip a los componentes, no te los pases.
2. Lo mismo para la zona GND que sobresale más allá de C4, R3, R2. Deshágase de él y podrá colocar L3, C3 mucho más cerca del chip , que es la segunda regla para estos convertidores. No olvide mover también C2, lo más cerca posible.
3. Agregue VIA térmicos a la traza GND debajo del chip.
4. Retire el espacio libre térmico en las zonas GND, VIN y VOUT conectadas a los componentes del convertidor. Está limitando la disipación térmica Y la capacidad de carga actual de estos rastros críticos. Haga que estas zonas se separen de las mismas redes si desea mantener la separación térmica en el resto del circuito y conecte las zonas fuera de las partes del convertidor.
5. Mientras lo hace, le recomiendo aumentar la separación térmica y el espaciado de trazas para el resto del circuito . Arriba y abajo. Esos bigotes entre los pines son escandalosos y algunos espacios entre trazos son preocupantes.

3,3 μH es demasiado bajo para su aplicación (probablemente copió el circuito de aplicación típico de la hoja de datos).

El valor calculado es de 5,8 μH. No sé qué Pi está usando, pero según el modelo, un RaspPi puede consumir demasiada corriente al inicio. Por lo tanto, debe usar una inductancia más alta con una corriente de saturación más alta. También debe considerar el SRF del inductor durante la selección del inductor.