¿Es este el comportamiento normal del regulador Buck?

Question

Hace poco me puse a probar los reguladores de buck, aunque mis resultados no fueron los que esperaba. Por un lado, el voltaje de ondulación parece un poco alto para mí, es alrededor de 800mV sin carga y sube a 4,5V con un carga constante de 1A . Para ser justos, son sólo los picos cortos los que crean esta ondulación. Aquí hay una captura del regulador sin carga:

A 1A la tensión de salida cae unos 100mV y los picos de tensión son bastante grandes:

Estoy usando el XRP7664 en la configuración dada en la hoja de datos, pero cambió el voltaje de salida a 6V (Esquema en la página 1 con R1 cambiado a 56k). El circuito fue construido en un placa de circuito impreso y las conexiones realizadas con cables. Mi pregunta es la siguiente: ¿Es este un comportamiento normal de funcionamiento para un regulador buck?

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R1 cambió a 56K

Answer 1

En primer lugar, la inductancia de la mayoría de los elementos del circuito y el tamaño de los bucles empiezan a importar cuando se trata de frecuencias altas y \$\dfrac{dI}{dt}\$ o alta \$\dfrac{dV}{dt}\$ .

Alta \$\dfrac{dI}{dt}\$ significa que la corriente cambiará demasiado en poco tiempo, por ejemplo cuando la corriente pasa de 100mA a 2A en 1ns. Vamos a resolver esto:

\$\dfrac{dI}{dt}=\dfrac{(2-0.1)A }{10^{-9}s}=\dfrac{1.9A}{10^{-9}s}=1.9*10^9V\$

Esto sí que es alto. ¿Pero cómo sé que es alto, comparado con qué? Citado de Wikipedia:

El efecto de un inductor en un circuito es oponerse a los cambios de corriente desarrollando una tensión a través de él proporcional a la tasa de cambio de la corriente. de cambio de la corriente.

Y ese voltaje es:

\$v(t)=L*\dfrac{dI}{dt}=(25*10^{-9})*(1.9*10^9)=47.5V\$

Eso significa que si la corriente a través de un inductor de 25nH pasa a 2A desde 0,1A en 1ns, entonces va a producir 47,5 voltios a través de ella, ¡eso es mucho! Como un cable más largo significa una inductancia más larga, significa más voltaje al mismo tiempo. Un cable de 5cm con 5mm de diámetro tiene unos 30nH. Mira este herramienta.

Los transitorios de conmutación (no ripple) que aparecen en las imágenes que has añadido se deben probablemente a que has embebido este circuito con cables largos y finos, o a tus malas técnicas de sondeo, o a ambas cosas.

Ahora que ya sabes que hay que acortar y ensanchar las trazas/cables cuando se trata de SMPS y sabes por qué.

Teniendo esto en cuenta, esta es la lista de comprobación que debe seguir cuando se trata de fuentes de alimentación conmutadas:

• Intenta hacer una PCB con un plano de tierra sólido. Si no puedes, entonces;
• Mantenga los trazos tan cortos y anchos como sea posible donde haya una alta \$\dfrac{dI}{dt}\$ o alta \$\dfrac{dV}{dt}\$ .
• En tu convertidor buck, estos incluyen el cableado de la tierra del condensador de entrada a la tierra del CI y el cableado del condensador de entrada al pin de entrada (IN) del CI.
• Cuando mida el rizado de salida, coloque la sonda de su osciloscopio directamente sobre el condensador de salida y el cable de tierra de la sonda directamente y en breve sobre la tierra del condensador, como se muestra a continuación:

Answer 2

Más allá de los picos de conmutación comentados por otros, veo signos de funcionamiento inestable en la forma de onda 1A.

Si observas una forma de onda típica de un buck, deberías ver una forma de onda en forma de diente de sierra muy parecida a la que muestra tu primera forma de onda. El período debe ser estable de un ciclo de conmutación a otro.

Su segunda forma de onda muestra un período y una frecuencia muy erráticos. Lo más probable es que esté relacionado con el ruido, ya que has indicado que no has implementado este buck en una PCB sino en una placa de prototipo.

Deberías intentar girar una pequeña PCB, o ver si el fabricante tiene una placa de evaluación con la que puedas jugar.