Apa yang menyebabkan lonjakan atau osilasi di konverter Buck-Boost saya?

11

Saat ini, saya memiliki masalah dengan konverter Buck-Boost. Skema konverter Buck-Boost saya dapat dilihat seperti di bawah ini:

Skema konverter Buck-Boost saya

Saya menggunakan transduser Hall Effect, LV25-P dan LA25-NP, untuk mengukur tegangan input dan arus input untuk Buck-Boost. Kemudian, sinyal diukur oleh transduser dan dikirim ke sirkuit kondisi sinyal (kanan gambar ini). Untuk rangkaian kondisi sinyal, saya menggunakan LM358 untuk membuat pengikut tegangan. Akhirnya, sinyal dikirim ke ADC.

IGBT yang saya gunakan adalah IRG4PH50U. Pengemudi adalah TLP250. Pemasok daya untuk TLP250 adalah + 15V, dan ground-nya disebut "Tengah". Frekuensi sakelar adalah 20KHz.

Saya menggunakan emulator PV, Chroma ATE-62050H-600S, sebagai sumber input untuk Buck-Boost. Output terhubung dengan hambatan elektronik pada 20 Omh. Saya mempertahankan siklus tugas IGBT sebesar 49%. Hasilnya ditunjukkan seperti di bawah ini:

di mana saluran 1 merujuk singal di port "LA", yang ada di depan sirkuit kondisi sinyal. saluran 2 mengacu pada singal di port "1", yang berada di ujung sirkuit kondisi sinyal dengan filter lowpass LC. Saluran 3 adalah arus input yang saya ukur dengan probe osiloskop saat ini.

Hasilnya tidak terlalu bagus. Saya benar-benar ingin menghapus paku ini. Baru-baru ini, saya membaca beberapa dokumen tentang pentalan bumi, seperti Apa yang menyebabkan osilasi besar dalam konverter boost DC / DC saya? Apakah tanah ini memantul atau efek lainnya? Saya yakin bahwa itu disebabkan oleh pentalan tanah. Namun, saya tidak bagaimana menyelesaikannya.

Bantuan apapun akan sangat dihargai.

Halo, @BruceAbbott. Ya, saya punya 3 alasan.

Satu landasan terkait dengan transduser dan LM358, dan saya menandainya sebagai "segitiga". Tanah kedua terkait dengan driver, TLP250, saya ditandai sebagai "D_GND". Yang ketiga adalah dasar untuk Buck-Boost, saya ditandai sebagai "GND". Saya menggunakan 0 resistansi Omh untuk menghubungkan mereka bersama-sama, seperti yang Anda lihat di bagian kanan gambar. Ketika saya mengukur sinyal di saluran 1 dan saluran 2, ground yang saya hubungkan adalah P6.

Sebagai permintaan untuk @PlasmaHH, saya menambahkan prototipe dan tata letak PCB.

Prototipe Tata Letak PCB

Baru-baru ini, saya mencoba solusi dari @PlasmaHH, dan hasilnya ditunjukkan seperti di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Saluran 3 adalah arus input yang saya ukur dengan probe osiloskop saat ini. Saluran 1 dan saluran 2 merujuk ke port yang sama, port "1". Namun, saluran 1 menggunakan antena ground, sedangkan saluran 2 tidak. Kita dapat melihat bahwa beberapa riak berkurang, tetapi tidak semuanya.

Saya juga mencoba sirkuit Boost saya, yang merupakan pekerjaan saya sebelumnya. Hasilnya ditunjukkan seperti di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

di mana saluran 1 menggunakan antena ground, sedangkan saluran 2 tidak. Dari gambar ini, kita dapat melihat bahwa semua riak berkurang.

Dari diskusi di atas, saya pikir @PlasmaHH benar, tetapi tidak keseluruhan. @carloc dan @rioraxe menyediakan beberapa solusi, dan saya pikir mereka mungkin wokr. Saya membaca airticle oleh Jeff Barrow, http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.html . Saya pikir pentalan tanah adalah penyebabnya. Saya melakukan beberapa analisis untuk Buck-Boost saya, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Angka-angka ini memberikan dua loop arus yang berbeda ketika sakelar hidup atau mati. Dari gambar ini, dapat dilihat perubahan dari area loop saat ini. Saya mengusulkan solusi untuk merancang tata letak PCB, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Alasan saya ingin menggunakan tata letak ini adalah karena saya menemukan arah saat ini untuk dua loop saat ini sama. Karena itu, saya hanya perlu memikirkan cara menyelamatkan area merah muda dan hijau.

masukkan deskripsi gambar di sini

Berikut ini adalah tata letak PCB saya, yang belum selesai. Saya hanya ingin tahu apakah itu berhasil.

masukkan deskripsi gambar di sini

Garis merah muda mengacu pada loop saat ini ketika sakelar hidup, dan garis hijau merujuk sakelar dimatikan. Area putih adalah perubahan dari loop saat ini.

Jadi, semuanya, menurut Anda tidak apa-apa?

——————————————————————————————————————————— Halo, saya membuat beberapa baru perubahan. Pertama, saya mengurangi ukuran capcitor, karena saya merasa saya tidak benar-benar membutuhkan yang besar. Lalu, saya mengurangi jejak antara induktor GND dan Cout. Apakah ini efektif untuk mengurangi induktansi nyasar "?

masukkan deskripsi gambar di sini

Hai, saya baru saja memperbarui tata letak PCB saya. Bisakah Anda membantu saya memeriksanya?

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya membuat beberapa perubahan:

  1. Membuat IGBT dan dioda dalam satu heatsink untuk menggunakan kembali area loop.
  2. Membuat beberapa komponen di sisi bawah, tetapi saya benar-benar tidak tahu apakah itu OK.
  3. Hubungkan pekarangan bersama, seperti lingkaran putih yang saya tandai pada gambar.

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya tidak tahu cara mengukur LED untuk topi. Tetapi saya memeriksa beberapa dokumen tentang hal itu. Ia mengatakan:

"Tutup input adalah 100V 470uF. ESR-nya 0,06 Ohm. Tutup outputnya 250V 47uF. ESR-nya 0,6 Ohm."

Baru-baru ini, saya membuat papan PCB baru, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini masukkan deskripsi gambar di sini

Hasilnya baik seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Spike untuk arus input lebih kecil. Namun, saya tidak yakin apakah saya dapat melakukan perbaikan lebih lanjut.

Omong-omong, saya juga menguji arus dan tegangan keluaran, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Mengapa output bentuk gelombang sangat aneh? Bagaimana cara meningkatkan ini? Tolong bantu saya untuk melihatnya.

ground layout Lecio
sumber
Anda tampaknya memiliki 3 alasan terpisah. Bagaimana mereka terhubung secara fisik? Titik mana ruang lingkup terhubung? Tampilkan tata letak Anda.
Bruce Abbott
Juga tunjukkan bagaimana Anda menghubungkan probe (yaitu jika Anda menggunakan antena ground atau koneksi induktansi rendah yang tepat)
PlasmaHH
1
@Lecio: ya, kabel itu adalah antena yang cukup kecil. Gunakan attachment ground spring induktansi rendah untuk probe Anda dan Google tentang induktansi dan probe gnd
PlasmaHH
2
Tata letak PCB juga tidak membantu. Kedua loop yang digambarkan di sini memiliki tautan membawa arus switching yang tinggi dan cepat. Mereka memperkenalkan beberapa induktansi nyasar yang kemudian cenderung berosilasi dengan topi nyasar. Tetapi, yang terburuk, mereka akan menimbulkan kebisingan di mana saja di sirkuit terdekat. Koneksi tersebut harus dibuat hanya dengan area tembaga berat, selalu berusaha untuk pergi dan mengembalikan jalur masing-masing di atas yang lain pada dua lapisan.
carloc
1
[1] Dengan sirkuit switching, yang lebih besar belum tentu lebih baik karena kapasitansi dan elemen parasit yang lebih tinggi. Coba gunakan MOSFET dan dioda keluaran dengan nilai tegangan yang lebih sesuai (mis. Bukan 1200V). [2] topi elektrolit memiliki ESR tinggi, coba tambahkan beberapa tutup keramik dari beberapa kisaran uF secara paralel dengan Cout dan Cin. [3] Cobalah menambal dalam kawat tebal dari pin Cout + langsung ke pin induktor, yang mengurangi area loop saat ini.
rioraxe

Jawaban:

1

Pertama-tama, Anda harus yakin bahwa Anda mengukur dengan benar. Probe Anda memiliki efek antena ground, Anda dapat membaca catatan aplikasi " Mengukur Riak Output dan Mengalihkan Transien dalam Switching Regulator ", untuk detail lebih lanjut.

Kedua, dioda ultra cepat trr <= 30ns akan membantu masalah spike Anda. Untuk menemukan kapasitor ESR rendah, Anda juga dapat memilih kapasitor riak arus tinggi / suhu tinggi; misalnya kapasitor 105 ° C dapat membantu masalah Anda. PCB Anda juga sepertinya memiliki masalah kapasitansi parasit. Anda dapat mengisi dengan Gnd bidang bawah saklar, ini mengurangi kapasitansi parasit.

Bapak. derecik
sumber
0

Paku Anda tampaknya mulai saat IGBT dihidupkan. Dalam pengaturan Anda, arus induktor cukup tinggi saat dihidupkan. Sebagian besar konverter diatur dengan cara ini sehingga akan menghujat saya untuk mengatakan bahwa ini salah. Pengaturan mode kontiniu ini membutuhkan dioda cepat seperti kata derecik. Juga Anda harus memperlambat gerbang menyalakan IGBT dengan cara apa pun. Gerbang resistor yang biasa dilihat mudah dipahami dan dicoba. Lewati resistor gerbang eksperimental dengan dioda kecil cepat sehingga IGBT matikan tidak melambat. Ini akan membakar lebih banyak daya tetapi pada 20KHz yang Anda pilih itu harus bisa diterapkan. Gerbang resistor tidak tergantung pada tata letak PCB Anda. Lebih baik papan Anda adalah resistensi gerbang kurang diperlukan untuk membawa paku ke tingkat yang dapat diterima. Anda bisa mulai dengan resistor 47 ohm dengan dioda BAV21 secara paralel.

Autis
sumber