El amplificador DC-DC falla con la fuente de la batería de plomo

Question

Tengo una placa de refuerzo DC-DC nominal de 10A con ajuste de voltaje/amperios. Está pensado para cargar una LiPo de 5C y está ajustado para la salida de 17,5V y 5A para la carga.

Funciona muy bien cuando se alimenta con una fuente conmutada de 12V/20A. Pero cuando se alimenta con una batería de plomo-ácido de 12V, el amplificador DC-DC se rompe (cortocircuito en la entrada del amplificador después de un corto tiempo).

Sencillamente, no entiendo este comportamiento y ya he destruido dos impulsores en esta maniobra. Debe haber algo diferente con el modo de interruptor frente a la batería - aunque ambos son una fuente de 12V para el booster DC-DC.

¿Qué ocurre? ¿Alguien puede explicar esto?

La imagen muestra las 3 partes (fuente conmutada, amplificador DC-DC y batería)

Actualización:

El daño se hace después de unos segundos (5-10) presumiblemente después de la desconexión de la LiPo en la salida (mientras que la prueba). Tal vez habría que desconectar primero la batería, aunque esto no es necesario con la alimentación conmutada. Sin embargo algo apunta a que esta puede ser la causa, ya que no parece haber ningún problema mientras la carga está en curso desde la batería (aunque esto sólo se prueba durante los mencionados 5-10 segundos).

Es cierto que se produce un rápido aumento de la temperatura de la placa de circuito impreso, que no se observa con la alimentación conmutada. El fabricante sólo sugiere añadir refrigeración por encima de 6A (su eficiencia es del 96%). Así que no es un verdadero problema de refrigeración.

Como se ha descrito, la entrada del amplificador se pone en cortocircuito, lo que puede deberse a una corriente excesiva que pone en cortocircuito la placa de circuito impreso con la placa de aluminio subyacente. Me inclino a pensar que se trata de un fenómeno de resonancia, pero nunca he oído hablar de ello ni lo he visto. El fabricante de la batería indica una resistencia interna de 37mOhm a 1kHz.

No me gusta probar nada antes de que las cosas estén más claras.

Actualización-2:

Con un fusible en la entrada del DC-DC, he descubierto que se funde cuando la salida del DC-DC se desconecta de la batería LiPo a cargar. Esto sólo ocurre cuando se utiliza una batería de plomo como fuente de alimentación (es decir, no con el modo sw).

La diferencia es que la batería de plomo puede reventar hasta 40A y por lo visto el DC-DC se autodestruye comiendo todo esto.

La clave para resolver este problema es: Por qué el DC-DC sukcs todo ese Amp. cuando su salida está desconectada.

La trivia es gaussiana: cuando se retira la corriente de una bobina, ésta intenta mantener la corriente aumentando la tensión y se producen situaciones de desbocamiento en el circuito de control (IC). El modo sw evita esto simplemente por su protección de sobretensión, etc., lo que no hace una batería LA.

El non triva es: Por qué diseñaron este DC-DC para que se autodestruyera, sabiendo que posiblemente alguien utilizaría una batería potente (y no un modo sw) como fuente de alimentación.

La solución no tan feliz es utilizar un fusible que se pueda activar con los dedos en la entrada, pero se recomienda uno mejor.

Answer 1

Un análisis completo de la resonancia es difícil sin fichas técnicas y un modelo para cada pieza. Pero el principal fallo es el diseño del sistema, que no tiene en cuenta las pérdidas térmicas y la refrigeración. Se necesita un ventilador y un disipador.

La teoría simple es la ganancia de resonancia en serie \$Q = \dfrac{X(f)}{R}\$ que es la ganancia de corriente reactiva también aumenta las pérdidas en serie \$I^2R=Pd\$ en su trayectoria, como RdsOn del MOSFET de entrada. Aunque la pila C da una constante de tiempo muy larga \$T=C*ESR\$

El MOSFET puede tener un PTC tempco. y se calienta con el aumento de la temperatura que conduce a la fuga térmica cuando se producen oscilaciones espurias en el interruptor del lado primario. La alimentación de LEDs no es un problema, la alimentación de una carga de baja impedancia y alto Q es un gran problema para una fuente de tensión conmutada.

La naturaleza de las baterías de carga de alta frecuencia es que las corrientes de CA también pueden ser elevadas, lo que aumenta las corrientes de ondulación en los tapones y las pérdidas de conducción en los MOSFET.

A menos que haya un diseño adecuado del sistema de impedancias y corrientes de pico y resonancias, pueden producirse muchos fallos. Para reducir las corrientes de resonancia hay que entender cómo contribuye la impedancia de cada pieza al bucle de control del sistema.

No se trata de un análisis exhaustivo, sino de un debate de bajo nivel sobre algunos principios.

• La impedancia de salida se "transforma" en fuente a una impedancia "media" más baja en virtud del regulador boost en tensión y \$\dfrac{V_{IN}}{I_{IN}}< \dfrac{V_{OUT}}{I_{OUT}}\$ para un regulador de refuerzo al igual que en un transformador de tensión de inducción. Lo que significa que la baja impedancia de la batería parece aún más baja al interruptor primario.

El tablero DC-DC está en un sustrato de aleación de aluminio de aproximadamente 2 pulgadas cuadradas que en aire libre sin disipación de calor normalmente se calentará con aproximadamente 2 vatios de pérdida debe ser montado a un gran disipador de calor para la transferencia de potencia máxima con grasa térmica. ( detalles retenidos)

Teniendo en cuenta que la aplicación admite una potencia de hasta 85W , ¿cuáles son sus expectativas? para peor caso de eficiencia en una carga "casi" de cortocircuito. (es decir, una batería) ¿Cómo de caliente se puso? ¿Cómo de rápido reaccionaste para apagarlo?

Se trata de errores del usuario, no de fallos de los componentes.

• la batería SLA tiene una ESR de 12V/44A o 0,25 Ohm mínimo que aumenta a medida que la carga de la batería se reduce o envejece. Esto puede estirar la duración de la corriente primaria cuando la tensión baja durante los ciclos. Los reguladores Boost transforman la tensión hacia arriba a expensas de una mayor corriente primaria y las impedancias resonantes pueden aumentar las pérdidas de energía. Esto puede conducir a oscilaciones con una batería que tiene un efecto de memoria y una alta ESR que resulta en una operación inestable.

  • solución sugerida: utilizar tapones apropiados de baja ESR que estén dimensionados para la corriente continua primaria. por ejemplo, 5Arms a la frecuencia de la corriente de conmutación. Se necesitan varios tapones para apoyar al de a bordo en una gama de valores de tantalio de baja resistencia y plástico para abarcar el espectro de la corriente de entrada.

La batería también tiene una ESR más alta que los reguladores reductores con tapas de salida de muy baja ESR e incluso algunos con filtros de salida de post regulación LC de ferrita.

Esto puede hacer que la corriente primaria de refuerzo resuene más. Además, utilizar el regulador boost para cargar una batería con una ESR muy baja significa ahora una impedancia aún más baja aplicada al interruptor RdsOn de entrada, lo que significa más corriente de carga.

La solución es reducir el límite de corriente, añadir un disipador y un microventilador a la placa y añadir varias cápsulas grandes en la entrada del regulador con una ESR de <=10mOhm.

Las cargas LED son de baja ESR con, por ejemplo, 47V @ 1,3A = 61W implica ESR <<1 Ohm a menos que se regule con un disipador de corriente.

Pero las cargas de batería equivalentes a 100k Faradios tienen una ESR acorde con los cambios de tensión de las corrientes de paso V/I=ESR que está estrechamente relacionado con la corriente de cortocircuito a Voc/Isc y será de un rango de xx m.