Buck dönüştürücü, gıcırdayan / sızlanan indüktör


10

Ev yapımı kova dönüştürücü ile ilgili bir sorunum var. Ayrık MOSFET sürücüm ile bir TL494 kontrol çipine dayanıyor. Sorun, çıkış akımı belirli bir değeri aştığında indükleyicimin gıcırtısı ve sızlanmasıdır.

Bir indüktör olarak, önce eski bir ATX PSU'dan (bir beyaz yüzlü sarı renk) ortak bir toroidal bobin kullandım. Ancak gerçekten ısındığını fark ettim ve bu bakır telimdeki kayıp değildi, çekirdek anahtarlama uygulaması için değil, filtreleme amaçları için uygun olan çekirdekti. Sonra küçük bir ferrit transformatörünü söktüm, üzerine kendi indüktörünüzü sardım ama yine gıcırdıyordu.

Daha sonra çekirdeklerin ideal olarak birbirine yapıştırılmamasından kaynaklanabileceğini düşündüm, bu yüzden bunu daha büyük bir transformatörde yapmaya karar verdim (muhtemelen yuvarlak orta kısmı olan EPCOS E 30/15/7, ama ne yazık ki hakkında hiçbir fikrim yok Bu çekirdekte kullanılan ve boşluk olup olmadığı), ancak bu kez çekirdeği ayırmadan dikkatlice çıkarılmış sargılarla.

Sonuç kabul edilebilirdi (sinyal jeneratörüm henüz gelmedi, bu yüzden indüktansı tam olarak ölçemiyorum, ancak 10uH, 6 dönüş bölgesinde (cilt etkisini azaltmak için birkaç tel)). Hala gıcırdıyor, ancak sadece LED aydınlatmamla ulaşılamayacak voltaj ve akımlarda (temelde çok fazla EMI oluşturan PWM kullanmak yerine LED'lere uygulanan voltajı kontrol etmek için kendi DC-DC dönüştürücümü oluşturmak istiyorum ).

İşte indüktör göbek olarak demir tozu çekirdeği (sarı-beyaz) kullanırken geri yakaladığım dalga formları (indüktörden akan akım, 0.082 Ω direnç ~ 0.1 across boyunca ölçülen voltaj düşüşü). Her dalga formu DC bağlantılıdır.

Düşük çıkış akımı: ca. 1 A

Akım - Bir indüktörden akan 1A


Orta çıkış akımı: ca. 2A

Akım - Bir indüktörden akan 2A


Yüksek çıkış akımı: ca. 3 A. Bu seviyede gıcırtı başlar. Ancak, vurgulamak zorundayım ki indüktör çekirdeği ca. 90 ° C. Bu temelde yukarıdan bir dalga formuna benziyordu, ancak düşük frekanslı bir sinüs dalgası tarafından modüle edildi.

Akım - Bir indüktörden akan 3A


Mevcut dalga formunu 0A'ya dokunmadan belirli bir seviye arasında salınım yapamadım. Çevrimiçi dalga formlarının resimlerinde ve osiloskoplu bir OSKJ XL4016 kova dönüştürücüsünde ona ulaşmaması gerektiğini gördüm. Şöyle görünüyordu: (Boyalı dalga formu için özür dilerim, ama maalesef kaydetmedim; sadece kanıtlıyor)

CCM

İşte gıcırtı başladığı andaki ferrit transformatör indüktörümle aldığım dalga şekilleri.

Bir indüktör üzerinden voltaj ve akım

Kanal 1 (sarı): akım
Kanal 2 (mavi): indüktör üzerindeki voltaj.

Bu noktada gıcırdıyor. Çıkış kapasitörünü arttırmayı ve azaltmayı denedim, ancak genellikle sorunu çözmedi. Ayrıca, zil sesi söner, izole edilmemiş MOSFET soğutucuya dokunduğumda, bu zil sesinin neden var olduğu hakkında hiçbir fikrim yok.

Bu benim şematiğimdir (PCB'imde tamamen sahip olduğum şey değil, ancak değişiklikler 2 direnç yerine potansiyometre ve 100 kHz'lik bir frekans elde etmek için ince ayarlı kapasitör değeri gibi sadece ince). Pin 2 şu anda Vref'e ve Pin 16'yı GND'ye bağlı olarak dönüştürücüyü kalıcı olarak açmak için Vin - giriş voltajı = 24V. Diyot D5 tarafından görülen yüksek tepe akımı nedeniyle, 5A için daha dayanıklı bir akımla değiştirildi:

Benim şematik

D4, C2, R15 nihayet daha iyi ve daha sağlam bir çözelti ile değiştirildi, ancak L1 indüktörü üzerindeki dalga formları üzerinde bir etkisi yoktur. Bu benim PCB düzeni, farklı bir uygulama için tasarlandı (maksimum 0.5A - 1A gerektiren, bu yüzden orada herhangi bir soğutucu eklemedim). Ayrıca, bazı dirençlerin ve kapasitörlerin değerleri tam yükte ~% 86'lık güzel bir verim elde etmek için manuel olarak ayarlandı, boşa harcanan güç, muhtemelen kapı sinyalinin ve Rds'ın yavaş yükselen ve düşen kenarı nedeniyle MOSFET Q7'de gerçekleşiyor (açık), 0.3 'de.

Benim pcb düzeni

Şimdi (test sırasında) indüktör lehim tabakasının üzerinde asılıdır (çünkü belirlenen alana sığmayacak kadar büyük olduğundan, bu tahtayı tasarlarken geri döndüğümde, normal bir demir tozu çekirdeğini kullanamayacağımı bilmiyordum dönüştürücü, LM2576 dayalı iyi çalıştı, ancak voltaj regülasyonu ile ilgili sorunlar var, bu yüzden bunu tasarlamak istedim). Son olarak, indüktörün duyulabilir şekilde gıcırdamaya başladığı söz konusu voltajda voltaj ve akım kaydettim, işte sonuçlar:

  • 5 V - 0.150 A ← min çıkış gerilimi
  • 6 V - 0,300 A
  • 7 V - 0,400 A
  • 8 V - 1 A
  • 9 V - 2,5 A
  • 10 V - 2,7 A
  • 11 V - 3.1 A ← tasarlanmış çıkış akımı
  • 12 V - 3,1+ A
  • 13 V - 3.1+ A ← maksimum çıkış gerilimi

Bundan sonra 1 tur gevşeyerek endüktansı düşürdüm ve çok daha düşük akımlarda gıcırdamaya başladı. Aynı şey daha fazla sargı eklediğimde olur. Frekansı değiştirdiğimde ilginç bir şey olmaz. TL494 veri sayfasında sağlanan formülleri kullanarak kapasitör ve indüktör değerlerini de hesapladım, ancak bunlarla da gıcırdıyordu. Her akım ölçümü indüktörün çıkış tarafında yapıldı. Çıkış kapasitörünün ESR'sini ölçtüm ve LCR-T4 test cihazı 0.09 showed gösterdi.

Özetlemek gerekirse: Sızma / gıcırdama indüktörü ile ilgili bir sorunum var ve nasıl düzeltileceğini bilmiyorum.

Her seviyede LED ışıklarım, indüktörün gıcırdaması için gerekli olan daha az akım çekiyor, ancak kalbim bunun neden olduğunu ve neyi anlamadığımı veya yanlış anlamadığımı gerçekten bilmek istiyor. Lütfen bana yardım et. Herhangi bir ayrıntıyı kaçırırsam, bunları bu soruya bir yorumda yazacağım. “İngilizce” dilimdeki hatalar için özür dilerim, bu benim ana dilim değil. Bu alanda deneyimli değilim, bu yüzden lütfen bazı büyük hatalar yaparsam beni affet.

Düzenle: "Her seviyede LED ışıklarım, indüktörü gıcırdatmak için gerekli olan daha az akım çekiyor" - Yani, LED'lerin daima daha az akım çekmesi gerekir, bu da indüktörün gıcırdamasını sağlamak için gereklidir. gıcırtı. Çıkış akımını değiştirirken, frekansı ve çıkış voltajını değiştirirken YouTube'a dalga formlarını gösteren bir video yükledim. Yük, bir MOSFET'ten ve MOSFET kapısında voltajı ayarlayan bir potansiyometreden yapılan geçici "sabit akım yüküm", ham, ama işe yarıyor. Mehmet.ali.anil'in yazdığı gibi (ama şimdi cevabını sildiğini görüyorum), yeni bir tel sararak ve videonun sonunda frekansı yanlışlıkla ayarladığımı görebileceğinizi yaklaşık 200uH'a çıkardım. başarılı CCM çalışmasıyla sonuçlanan "mükemmel" bir değer, ancak her zaman ve özellikle çıkış voltajı değişimi sırasında sessizce gıcırdıyor. Ek olarak, frekans gerçekten ~ 300 kHz olan sınıra yakındır. Önceden benzer bir video yüklemeliydim, üzgünüm. İşte bunun için bağlantı:https://youtu.be/tgllx-tegwo


Davayı yanlış anladığım için cevabımı sildim.
mehmet.ali.anil

Gıcırdama yüksek bir akımda meydana gelirse, doyma akımı suçlu olabilir mi? Bir eşik akımından sonra, endüktans aniden sıfıra gider, çünkü alan artık manyetik dipoller oluşturamaz. Bu akım sıcaklığa güçlü bir bağımlılığa sahiptir ve çekirdek malzeme tarafından belirlenir.
mehmet.ali.anil

Soğutucu kapasitansına boşaltın kaynak: ecee.colorado.edu/~ecen5797/course_material/layout.pdf Isı emicisindeki asıl kaynağım EMC'de bu oldu: learnemc.com/pcb-layout İlginç olduğunu düşündüm, bu yüzden hatırladım o.
mehmet.ali.anil

Muhtemelen sorun değil, ancak hem giriş hem de çıkış için sadece elektrolitik kapasitörler her zaman güvenli bir bahis olmaktan uzaktır. Her birine paralel olarak 1 uF film söylerseniz fark eder misiniz? Gıcırdama ne sıklıkta? Çıktınızın LC zaman sabitine yakın bir yerde mi?
winny

1
3A / us di / dt. Endüktans değerinizi iki kez kontrol ederim. Bir indüktör için di / dt = V / L
sstobbe

Yanıtlar:


1

Güncelleme

594'ün 494'ten çok daha yüksek GBW ve daha sıkı 5V toleransı olmasına rağmen, anahtarlama hızı için 100 kHz'in aksine 20 kHz kullanan bir referans tasarıma sahiptir. Aynı zamanda f kontrolü için daha düşük bir C değeri sağlar. 494'ün bazı değişikliklerle daha iyi çalışmasını sağlayabilmek için diğer her şey aynı gibi görünüyor.

Tasarımınız, belki de zayıf itme-çekme akımı veya ölü zaman Gerilimi nedeniyle garip ölü zamanlara sahip gibi görünüyor. Push-pull sürücü tasarımınız f / 2 (sub-harmonik) f'nin zayıf baz akımı ile bir miktar dengesizliğe neden olur. Bu nedenle, temel dirençleri 10 K yerine 330 Ohm'a düşürmenizi ve VG'yi 20V ile sınırlamak için FET'i bir voltaj bölücü veya Zener ile çalıştırmak için 20kHz tek uçlu Rc = 10x Rb'ye kullanmanızı öneririm.

Bu kombinasyon,% 1 PWM'den% 99'a kadar% 1 ölü zaman ve daha sıkı düzenlemeye izin verir. Ancak ölü zaman ayarını kontrol edin.

===============================

Manyetik bileşenler, bobinler, izolasyon bantları ve bobinler gibi fiziksel olarak hareket edebilen birçok öğe içerdiğinden sesli gürültü üretebilir. Bobinlerdeki akım, bobinler arasında itici ve / veya çekici kuvvetler üreten elektromanyetik alanlar üretir. Bu, bobinlerde, ferrit çekirdeklerde veya izolasyon bantlarında mekanik bir titreşim üretebilir ve güç kaynağının anahtarlama frekansı 20Hz ila 20 KHz aralığında olduğunda insanın kulakları gürültüyü duyabilir.

Olası düzeltmeler

  • Flux salınımlarını Bpp'yi Imax / Imin ve anahtarlama oranı seçenekleriyle düşürün
  • minimum> =% 5 yükte CM akımı ile DC modunda kullanılıyorsa akı tersini önleyin. ( Uygun değil)
  • L direncini en aza indirin, DCR, mevcut rampadan önce bir adım yükselmesine neden olur ve etkili kontrol döngüsüne dalgalanma ve böylece gürültü ekler. L / R oranını hesaplayın ve düşük ESR kapağı için C * ESR zaman sabiti ile karşılaştırın ve böylece reaktör zaman sabitlerini azaltın.

Ferrit, mevcut ters yönde histerezise neden olan manyetik alanlara sahiptir. Bunları akımla heyecanlandırmak ve sonra 0 A geri dönmek biraz Titreşimi uyarır, ama neden?

Hipotez

Subharmonik f / 2 dengesizse sonuçlanan modüle edilmiş darbe genişliği ve alt döngü hızında kullanılan ana 100kHz f ile karışırsa, bu sesi 0 ila 50kHz üreten 100k - 50k arasında bir vahşi süperhet ses cızırtısı olabilir.

  • Geri Besleme filtresindeki değişiklikler gecikmeli filtredir bunu iyileştirebilir.

Güncelleme # 2

Op kazayla stabiliteyi artırmak için bir faz Lead filtresinin nasıl yapılacağını keşfetti https://m.imgur.com/nBEd18F , bir sonraki iyileştirme stabilite marjını optimize etmek için bir faz "gecikmeli filtre" dir. İki kapak ve 1 kapak yerine bir R serisi kullanabilir. Bir kapak 10x daha büyüktür ve Vdc'yi kontrol eden R'nin yaklaşık 1 / 10'u serisidir. Darbe kablosu düzeltme voltajı aralığını azaltmak için daha büyük bir C ve daha düşük R'ye sahiptir, ancak dalgalanmayı 1/10. Daha küçük bir şönt kapağından çok fazla yükseltmez. //, dalgalanmalarda daha yüksek frekans içeriğini azaltmak ve çıkış dalgalanmasını azaltmak için bir HPF'ye etki eden geri besleme R ile. (Üzgünüm, dokunmatik ekranda parmağımla şematik değil)

  • Son Güncelleme

İndüktörde akım durduğunda, bunun Süreksiz Modda (DCM) çalıştığını ve Anahtarın şu anda açık olması ve az akım yükünün uygulanması gerektiğini söylüyoruz. Anahtar, L ile seri olarak küçük bir kapasitans sunar, bu da <10us'ta azalan son eğrinizde 6MHz'lik yüksek empedans paralel // rezonans oluşturur. Bu, cilt direnci ve cilt + vücut kapasitansı ile daha düşük frekans ile nemlendirilir. (? 100k // 200pF ??) soğutucuya dokunulduğunda ancak gürültü sorunu olmadığında.


Bu, MOSFET sürücümün geçerli şematik diyagramıdır: imgur.com/VWLBdt3 . Eskisinde voltaj düşüşleri vardı (kaynağı bulamadım, belirli akımın üstünde voltaj zener diyot yerine LM317 regülatörü kullandığımda bile sihirli bir şekilde düştü) bu sorunu düzeltti.
KamilWitek

Çalışırsa, Tamam ama BJT empedansı azaltma,
FET'e

Görünen o ki, direncin pimi toprağa çekmesi nedeniyle herhangi bir ölü zamanım yoktu. Şimdi, voltajı 0V ila 5V arasında düzenlemek için bir potansiyometre eklediğime göre, belirli bir çıkış voltajı ve akımında ölü zamanı ince ayarlayabildim, voltajı düşürdüğümde sızlanmayı tamamen çıkardı, tıslama döndü, Ölü zamanı arttırdım, tamam, ama sonra azalan zamanında nedeniyle daha yüksek voltaja geri dönemedim. Başka bir sorun, istenen voltajı seçip akımı artırabilmem; Başka bir şekilde yaptığımda tıslama geri döner.
KamilWitek

1
Tıslama genellikle Kapak ESR çok yüksektir, bu nedenle İndüktör dalgalanması Akım çok yükselir.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Seri olarak bir film kondansatörü ekledim (ESR'sini LCR-T4 test cihazımla kontrol ettim ve 0.00 showed gösterdi), ancak hiçbir şey yapmadı. Yine bir demir tozu çekirdeği ile denedim, ancak bu sefer CCM'de, ancak daha önce olduğu gibi aynı hikaye: belirli çıkış gücü ile çalışıyor, ancak başka biriyle gıcırdıyor. Sonunda ferrit transformatörü, 6 tur tel, DCM olan son "çalışma" durumuma geri döndüm. Bu biraz işe yarıyor ama çalışmasını istediğim gibi değil. Gelecekte kesinlikle bu konuya döneceğim, ama şimdi hiçbir fikrim yok, farklı ne yapabilirim (ikinci karşılaştırıcıyı akım sınırlayıcı olarak kullanmanın yanı sıra).
KamilWitek

1

Bu sorunu çözmenin çözümü, bu videoda açıklandığı gibi olumsuz bir geri bildirim eklemektir. Https://youtu.be/wNnOfF1NkxI?t=1584. İlk olarak TL494'ün çıkış ve geri besleme pimi arasına bir kondansatör ekledim, sorunu çözmüş gibi görünüyor, ancak uygun bir olumsuz geri bildirim eklemek kadar iyi çalışmıyor. Bunu kanıtlayan bazı testler yaptım: İlk önce akımı 0A'dan 3A'ya yükseltirim ve sonra osilatör frekansını ~ 170 kHz'den ~ 20 kHz'e değiştiririm ve sonra "çökme" ye (sanırım) TL494 300 300 kHz'den daha sonra ~ 170 kHz'e geri dönün. Sarı iz - osilatör kondansatöründeki voltaj, Mavi iz - indüktörden akan akım. İndüktör şimdi sızlanmıyor, tıslıyor, kullanılan çekirdeğe bağlı, çünkü EI ile denediğimde, daha az fark edildi (gece boyunca bant gevşedi ve indüktör gıcırdamaya başladı, şimdi oje ile deniyorum çekirdeği yapıştırmanın ve yine de ayırabilmenin) Bu test fabrikada yapıştırılmış bir EE çekirdeği ile yapılmıştır. "Spektroid" uygulamasının ekran görüntüsü çıkış akımı 3A ve altta olduğunda yapılır. 20 kHz moment ve en üst 300 kHz'de görebilirsiniz.

Negatif geri besleme + kapasitör https://youtu.be/S9KfA9NNXkE negatif geri besleme + kapasitör

Olumsuz geri bildirim https://youtu.be/h1AN7rQTDa4 olumsuz geribildirim

Kapasitör https://youtu.be/7h7OzDj9q8Y kondansatör

Hiçbir şey (ilk sorun) https://youtu.be/nVOfPynJRGE hiçbir şey değil

Negatif geri besleme ve kapasitör ile, demek istediğim: açıklama

Daha sonra push-pull MOSFET sürücümün düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol edeceğim. Bir ihtiyaç varsa, daha gelişmiş bir kayıt yapabilir ve osilatör frekansına karşılık gelen indüktör tarafından üretilen frekansı gösterebilirim.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.