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Desvío del convertidor Buck DCM (no síncrono)

ÚLTIMA ACTUALIZACIÓN:

He publicado un informe de resultados a continuación. Estoy muy satisfecho con cómo este ha salido y he aprendido mucho en el proceso. Más detalles y antes/después de los disparos en la respuesta a continuación. Gracias a @Andy y @winny por su ayuda y ánimo :)

Sólo una nota para ayudar a la búsqueda, la junta que se usa aquí es conocido coloquialmente como el "Falso LM2596 eBay convertidor buck". El chip se comporta como un LM2576 (52kHz frecuencia de conmutación en lugar de 150kHz) aunque posiblemente carece de la protección de circuitos.


Estoy trabajando con un LM2576 basado convertidor buck como un aprendizaje del proyecto. Básicamente he hecho un $0.99 eBay buck en un muy asequibles, si bien algo menos flexible de la placa de demostración :)

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El LM2576 entra en discontinuo modo de conducción (DCM) en cargas ligeras (<500mA o así), y cuando lo hace, se muestra vigoroso zumbido en el interruptor de nodo cuando el diodo se apaga, la energía residual en el inductor rebote de ida y vuelta entre la inductancia y la capacitancia del diodo:

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La hoja de datos de los estados que esto no es nada para preocuparse, pero que se puede abordar con un snubber RC a través del inductor, si se desea. Entiendo que la mayoría de la gente no se moleste con esto, pero ya que este es un proyecto de aprendizaje y mi primera oportunidad para el diseño de la vida real-amortiguador, yo quiero hacer lo mejor que pueda y aprender tanto como sea posible para el futuro de rechazar a los desafíos.

También, la señal de cuenta como EMI en mi mundo, y lo hace a la par de la salida:

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He hecho un montón de investigación sobre amortiguadores, seis fuentes distintas, incluyendo Rudy Severns' eBook y todas las notas de la aplicación (y una tesis de maestría) que podía encontrar. Porque estoy haciendo esto como un proyecto de aprendizaje, quiero dominar los conceptos y procedimiento en general, no solo consigue una solución lo suficientemente bueno para un particular aplicación.

He aquí el esquema (el diodo está marcado SS34, el SS3P5 es el más cercano disponible LTspice modelo):

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Y aquí está el diseño del tablero:

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el reverso del espejo-imágenes para facilitar el taladro de coincidencia:

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Siguiendo el procedimiento prescrito (detallado a continuación), puedo obtener los valores de 1nF y 220R. Estos domar la señal sustancialmente:

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ACTUALIZACIÓN:

He instalado un bote en la resistencia de posición y descubrió 430Ω proporciona la máxima amortiguación con un 1nF (C0G) cap.

Con la óptima resistencia en su lugar, yo era capaz de hacerlo mejor:

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Pero no críticamente húmedo de la señal, que es lo que se indica en [1] Todd, al menos, y lo que fue después.

He encontrado en la simulación de que puedo lograr amortiguamiento crítico (o algo muy cerca) con los valores 8.6 nF y 350R.

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Entonces, me pregunto por qué las fuentes que he encontrado casi todos de acuerdo, pero todas me dan valores inferiores a lo que parece ser.

Tengo un par de hipótesis:

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

  2. Nadie quiere desaire de amortiguamiento crítico. En mi caso, la energía para ser desairado es pequeño (solo dígito mW), en el más común de los casos, el diseñador está haciendo una importante trade-off contra la eficiencia y un par de meneos a la izquierda en la forma de onda es perfectamente aceptable.

Alguien me puede ayudar a entender lo que yo estoy viendo?

Una de las anomalías que he notado es que todas las fuentes dicen que la constante de tiempo RC del amortiguador debe ser corto en comparación con la frecuencia de conmutación, pero largo en comparación con el tiempo de subida de la forma de onda a ser desairado. Los valores que tengo (1nF, 220R) tiene una constante de tiempo de casi el mismo que el tiempo de subida de la señal (~200ns).

(Actualización: más tarde me di cuenta de que me estaba midiendo el tiempo de subida después de la instalación del amortiguador. Un cierre de medición de la unsnubbed circuito reveló un aumento del tiempo de 116ns y el final del amortiguador de R valor producido una RC de 426ns. Esto aproximadamente 4x \$\tau\$ valor parecía ser "lo suficientemente grande" :)


Procedimiento prescrito

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

  2. Calcular la impedancia característica de la nueva tanque LC, sqrt(L/C). Uso de la resistencia de este valor.

    En la segunda lectura, descubrí que las fuentes no están de acuerdo en que los valores a utilizar para la impedancia característica de cálculo. [1] Todd recomienda el uso de la original \$C_{parasitic}\$. Otro usa el nuevo total \$C_{parasitic} + C_{snubber}\$. El valor óptimo que he encontrado es casi justo en el medio de estos dos (209Ω < 430Ω < 670Ω).

Recursos:

[1] Todd, Philip C.; Amortiguador de Circuitos: Teoría, Diseño y Aplicación de

5voto

ianb Puntos 659

Básicamente este es un no-problema. Usted no necesita hacer suprimir el free-wheeling zumbido debido a la inductor y drenaje-fuente de la capacitancia del circuito abierto de los MOSFET (más probable que el diodo) en un convertidor buck porque no pasa nada malo si se la deja sola. La tensión en ambas polaridades nunca es más grande que el voltaje debido a la conmutación de modo que el MOSFET no provoca daño.

Es totalmente diferente en un convertidor flyback, por supuesto, pero esto es un no-sincrónico del convertidor buck.

Sólo sentido es un poco de energía que no podía hacer su camino a la salida.

Después de-pensamiento - si fuera realmente inteligente podría ser capaz de encontrar una manera de aprovechar estas oscilaciones y alimentar la energía de regreso a la entrada del condensador. Que sin duda sería un paso en la ecologicial dirección correcta.

El dispositivo ficha de datos de este circuito para la reducción de la salida de la ondulación hasta 10 veces: -

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La LC de la red va a depender de la ESR del condensador añadido de ser tan bajo como sea posible, y muy probablemente si usted está usando "cualquier edad" condensador en el Cout posición (ref diagrama de arriba), entonces su ESR y ESL serán buenos. TI no recomendar un amortiguador para reducir el rizado!

3voto

DigiSage Puntos 31

INFORME DE RESULTADOS:

Bueno, creo que me he chupado todo el aprendizaje de jugo a partir de este ejercicio, gracias a @AndyAka y @winny por su ayuda y ánimo :)

Aquí antes de que el amortiguador, interruptor-nodo en amarillo, salida en azul:

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Y aquí es después de:

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Los valores que se utilizaron fueron 1nF y 470R para cualquier persona buscando una receta para probar :)

Mi conclusión clave interpretaciones son:

  • Amortiguación es mejorar las formas de onda, no lo hacen perfecto. Siempre es un trade-off y llegar a "ordenada de forma de onda" va a costar más de energía/eficiencia de lo que vale.

  • Rechazar no es una ciencia exacta; el analytics acaba de obtener untenably complejo. Estar satisfecho con los cálculos de llegar cerca de usted, a continuación, simular o soldar una resistencia variable para obtener el resto del camino.

  • Decidir sobre un condensador de valor, a continuación, sintonice la resistencia, dejando que los cálculos de la guía de su punto de partida. La resistencia de la coincidencia de la impedancia característica del tanque es la que absorbe la energía, que es lo que detiene la menea. Así que este paso es donde conseguir la forma de onda óptima. Algunos sobregiro puede permanecer; usted va a querer aprender a vivir con eso :)

  • Si usted realmente no puede vivir con el sobreimpulso, usted va a necesitar un condensador más grande. La desventaja es que la disipación de potencia (y la consecuente disminución en la eficiencia) de las escalas proporcional al condensador de tamaño. Si se cambia el condensador, tendrás que afinar en el valor de R de nuevo, pero probablemente no va a cambiar drásticamente.

  • No se tome el tiempo para medir el tiempo de subida de la señal de forma de onda en la salida. Cuando se la compara a la RC (\$\tau\$) del amortiguador, \$\tau > 3t_{rise}\$ es de alrededor de mínimo, 10x puede ser el límite superior. El mío era de 4x y que funcionaba bien.

Gracias de nuevo a @Andy y @winny, este fue un muy útil "de laboratorio" y he aprendido mucho :)

Si hay cualquier información adicional que podría ser de ayuda, hágamelo saber y voy a añadir.

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