¿Qué hay en una placa de circuito impreso digital que pueda afectar a la salida del convertidor boost?

Question

He diseñado un módulo convertidor de 12 voltios fijo y funciona.

Traté de implementar el mismo booster en mi proyecto de PCB, pero con todos los mismos componentes no puede proporcionar 12 voltios cuando recibe cualquier carga en la salida. Traté de pasar por alto el convertidor de refuerzo a bordo y se adjunta el módulo que he diseñado (mismo mencionado en primer lugar) y funciona con la carga también.

Todos los componentes, así como la anchura de la traza, parecen ser capaces de soportar la carga. He intentado encontrar lo que es diferente pero no he podido ver nada.

Ahora lo único que queda es el aislamiento. ¿Es posible que algunas trazas en mi PCB puedan causar problemas aquí? Todos los componentes del convertidor boost están en la capa superior, pero en la capa inferior hay un interruptor de cúpula montado en la PCB y otra red de alimentación junto con las líneas de datos. El inductor que he utilizado no está blindado.

El esquema y la placa de circuito impreso de la parte del convertidor boost están abajo. Utilicé un CI MT3608, el condensador en la salida de entrada es de 22uF. Número de parte del inductor CD54NP-330LC

Answer 1

Aquí hay un fragmento de la hoja de datos que debería haber seguido. Como puedes ver, tu PCB parece que alguien fue intencionadamente utilizando cada recomendación al revés . Especialmente esa traza del pin 1 es escandalosa. Le sugiero que deseche su diseño actual y empiece de cero.

Un consejo que puede ayudar: no te apresures a colocar los componentes y empezar a trazar. En primer lugar, gira y mueve los componentes para minimizar la longitud del nido de ratas en la medida de lo posible, y para reducir las intersecciones, todo ello teniendo en cuenta los requisitos específicos de los trazados importantes.

Ten en cuenta que, aunque la disposición sugerida en la hoja de datos sigue la mayoría de las reglas, dista mucho de ser la óptima. Colocando los componentes más cerca y con un poco de rotación aquí y allá la mayoría de las trazas se pueden acortar al menos a la mitad. Los condensadores deben ser movidos más cerca de los pines del regulador (reglas #1 y #3) y los VIAs térmicos añadidos a GND (regla #2). Aquí hay un ejemplo de tal reordenación:

Otro consejo, específico para las aplicaciones de potencia, es tener en cuenta que los sistemas CAD limitan la anchura máxima posible de las trazas por las holguras de los pines locales. Por lo tanto, después de realizar todas las conexiones necesarias, hay que complementarlas con zonas de cobre para la capacidad de corriente y la disipación térmica. Alternativamente, puedes hacer todas las conexiones sólo con zonas de cobre, asegurándote de desactivar su holgura térmica.

Por último, como ha señalado @Andyaka, el inductor que has utilizado no es adecuado. De nuevo, es como si alguien hubiera cogido la hoja de datos y hubiera hecho lo contrario de lo que estaba escrito allí.

Answer 2

Te has tomado muchas libertades en este diseño, especialmente en la disposición, pero creo que una preocupación importante es algo que has insinuado inadvertidamente en el segundo comentario bajo la pregunta: -.

La corriente alta es también de hasta 500mA

Así, se espera una corriente de salida de hasta 500 mA. Eso es a 12 voltios, por lo tanto, la corriente de entrada en el amplificador va a ser mucho más que 500 mA. Usted dice esto en otro comentario: -

La tensión de entrada es de 3,7 voltios (célula suministrada) y la salida debe ser de 12Volts.

Así que, suponiendo que la potencia de salida es el 90% de la de entrada, parece que la corriente de entrada de la batería de 3,7 voltios será de unos 1,8 amperios.

Luego dices que la entrada al booster está controlada por un transistor y yo veo un BJT FMMT720 donde el colector alimenta tu circuito boost. Del FMMT720 ficha técnica Veo este gráfico y en él he marcado en rojo dónde se producen 1,8 amperios: -

Por lo tanto, a menos que esté conduciendo la base a un nivel bastante bueno, el transistor estará cayendo varios cientos de milivoltios al suministrar 1,8 amperios. Esto significa que el voltaje de los terminales que llega a su circuito de refuerzo no es de 3,7 voltios, sino tal vez sólo de 3,4 voltios y que ahora significa que tu corriente de entrada debe ser de unos 2 amperios (para mantener la carga de salida) y, eso hará caer aún más el voltaje a través del transistor y las cosas no terminarán bien (una espiral descendente se podría decir).

Pero qué pasa con el inductor: -

Sólo tiene una potencia nominal de 0,88 amperios y eso es mucho menos que 1,8 amperios. Además, hay que tener en cuenta la resistencia máxima de CC de 0,23 Ω. De acuerdo, es un valor máximo pero, normalmente, puede ser de 0,2 Ω y, con 1,8 amperios fluyendo, la caída de voltios de CC es de 0,36 voltios y eso es otra reducción de la tensión de alimentación de entrada. Usted podría estar operando de manera realista con una tensión de entrada efectiva de sólo 3,0 voltios y que requiere una corriente de entrada de más de 2,2 amperios para poder suministrar una carga de 500 mA en la salida de 12 voltios. Además, la hoja de datos del chip dice que el valor máximo recomendado del inductor es de 22 μH; el tuyo es de 33 μH.

En mi opinión, eso no va a suceder.

Es una tormenta perfecta de componentes erróneos, errores de cálculo y un terrible diseño de la placa de circuito impreso.

Answer 3

Hacer que el nodo de conmutación sea largo es buscarse problemas. Sólo hay que ver lo larga que es la traza entre el pin-1 del CI y el inductor. Tienes que hacer este bucle lo más pequeño posible. Y tienes que colocar el condensador o condensadores de entrada lo más cerca posible del pin de entrada del CI.

Mirando el esquema, no veo ninguna conexión desde el condensador de salida (el de abajo a la izquierda, justo al lado del diodo grande) a GND. Sin ningún condensador de salida, no puedes obtener ninguna salida regulada cuando la salida está cargada.

Y has tenido la amabilidad de ocultar el vertido de GND para que veamos las pistas con claridad, ¿no es así? Hay un vertido de GND adecuado, ¿verdad?

Answer 4

He rediseñado el esquema y he cambiado el inductor a 22uH (blindado esta vez,) y ya funciona. Adjunto diseño de la disposición a continuación si alguien está buscando una respuesta específica.