El convertidor reductor de alta corriente tiene un timbre excesivo y una regulación deficiente

Estoy diseñando una fuente de alimentación para alimentar dos conjuntos de diodos acoplados por fibra para un láser de estado sólido. Los conjuntos de diodos necesitan una fuente de corriente controlada de aproximadamente 50 A y tendrán una caída de voltaje de < 2,2 V. Las longitudes de onda del diodo se desvían con la temperatura, por lo que necesito poder controlar la salida de corriente desde el umbral de prueba del diodo (~12 A) hacia arriba al máximo de 50 A.

Mi prototipo para esto usa un MAX20096 . A primera vista, esta parte parece ideal: controladores reductores síncronos duales con control MOSFET externo y una interfaz SPI para controlar la corriente y el estado del controlador.

Mis parámetros de diseño son:

• VIn: 8 voltios nominales (rango 7,3-8,4 V)
• Vsalida: 2,2 voltios
• Conjunto actual: 50 A
• Ondulación de entrada: 1%
• Ondulación de salida: 1%
• Frecuencia de conmutación: 500 kHz

Mi esquema para esto está abajo. Mis cálculos en realidad se basaron en la hoja de datos MAX20078: esta es una versión de un solo canal de la misma parte y su hoja de datos era más completa. La hoja de datos MAX20096 se centra principalmente en la interfaz SPI. Construí una placa prototipo para que las partes cruciales (mosfets, inductores) estén en una placa de circuito y no en una placa de prueba para minimizar el ruido y permitirme tomar medidas térmicas razonables:

Para una carga, tengo dos diodos de alta potencia en serie con una resistencia de 100 mohm. He creado un programa simple en un Arduino para comunicarme con el MAX20096 y parece funcionar bien.

El MAX20096 me permite configurar la corriente como un % del máximo. He configurado una corriente de aproximadamente 2 A para probar y los resultados no son los que esperaba:

1. Todo el circuito suena como loco. El ruido aparece en todas partes y es tan malo que inunda la conexión en serie entre el Arduino y mi computadora portátil, por lo que una vez que lo enciendo, no puedo leer el estado del chip de manera confiable.
2. La frecuencia de conmutación está muy lejos. Diseñé para 500 kHz pero estoy midiendo 100 kHz. Y la frecuencia no es lo suficientemente estable como para que el alcance se bloquee (¿tal vez confundido debido al timbre?). He medido los valores de la red R/C que forman la selección de frecuencia y están dentro de la tolerancia.
3. Independientemente del porcentaje de corriente máxima que elija, siempre leo una salida de 3,1 A de un amperímetro conectado y el ciclo de trabajo es el mismo. Los 3.1 A varían si cambio la carga, por lo que esto no regula en absoluto.
4. Cuando puedo leer el estado desde la interfaz SPI, las lecturas actuales del MAX20096 van aleatoriamente de 0 a 9 A. Esto probablemente sea periódico, pero no estoy leyendo lo suficientemente rápido.

Aquí hay un ejemplo del timbre. El trazo amarillo superior es la salida, con una lectura de aproximadamente 2 V. El trazo inferior es la entrada al inductor a aproximadamente 8 V. La frecuencia aquí es de aproximadamente 96 kHz (las lecturas de frecuencia del osciloscopio se confunden con el timbre):

Un primer plano de la parte que suena de la forma de onda muestra que está sonando a unos 4,5 MHz:

¿Alguna idea de qué está causando esto?

Además, tengo algunas preguntas específicas sobre el MAX20096 si alguien tiene experiencia con él:

1. El chip usa osciladores independientes para cada canal y me preocupa que esto pueda configurar una frecuencia de pulso en el suministro de entrada que podría requerir un filtro de entrada más grande. ¿Sería mejor usar un chip con un solo oscilador que ejecute los canales fuera de fase? Estoy considerando usar el MAX17559ACJ+ y reconfigurarlo para la regulación actual. Esto requeriría más partes para interactuar con un microcontrolador.
2. Estos convertidores síncronos dependen del diodo del cuerpo para cierta conducción en el MOSFET inferior para evitar disparos. Con corrientes altas, ¿sería mejor usar un diodo externo grande además del MOSFET?
3. ¿Por qué la frecuencia de conmutación está tan alejada?
4. ¿Por qué la lectura actual de la interfaz SPI está tan lejos? (Me pregunto si el timbre excesivo está causando ruido en las entradas de detección actuales. No estoy usando una conexión Kelvin a las resistencias de detección actuales y podría estar recogiendo basura aquí).
5. La lectura de voltaje de la interfaz SPI también está muy lejos. Incluso leo valores aleatorios de los canales cuando están apagados. También podría deberse al ruido aquí.

De todos modos, cualquier idea que pueda empujarme en la dirección correcta sería muy apreciada. Este es mi primer convertidor de dinero, así que estoy seguro de que cometí un montón de errores de novato.