Induttanza negativa e instabilità del convertitore CC / CC in cascata


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Sto cercando di eseguire il debug di una coppia di convertitori DC / DC in cascata e ho incontrato un muro di mattoni. La FAE locale ha affermato che probabilmente ha a che fare con "Induttanza di ingresso negativa" sul secondo convertitore che compromette la stabilità del primo convertitore (ma la FAE non è in giro per "aiutare" di più). Il problema è che non riesco a trovare note, documenti, libri sull'app, ecc. Su questo problema.

La mia domanda è: conosci qualche letteratura su tali problemi? O meglio ancora, alcune idee su cose da provare o da guardare?

Ecco la mia configurazione ...

Convertitore 1: convertitore da + 4v a +12v @ 1 amp out boost. La frequenza di commutazione è di circa 350 KHz. Convertitore 2: questo è in realtà un amplificatore audio di Classe D da 10 watt di watt (che è fondamentalmente un convertitore buck di commutazione). La frequenza di commutazione è di circa 310 KHz.

E il problema ...

Il convertitore 1 funziona bene con un carico resistivo invece del convertitore 2. Funziona anche se il resistore viene attivato / disattivato alle frequenze audio.

Converter 2 funziona bene se alimentato da un alimentatore da banco.

Quando il convertitore 1 alimenta il convertitore 2, C1 si spegne a causa di sovracorrente attraverso il MOSFET. Si spegne più facilmente se la frequenza audio è inferiore. Sopra un'onda sinusoidale da 1 KHz sembra funzionare bene. Quando si spegne, la potenza erogata è solo circa il 50% di ciò che i convertitori sono in grado di fare separatamente.

Idee? Puntatori?

Aggiornamento: ho riscontrato il problema.

C'erano due bug ...

  1. Fondamentalmente, Olin aveva ragione. Ho fatto un errore di calcolo. Il primo convertitore avrebbe dovuto essere in grado di fornire il doppio della corrente che stava fornendo. Invece di + 12v a 1A, avevamo bisogno di 2 ampere.

  2. Il convertitore 1 è un convertitore in modalità corrente, il che significa che ha un resistore di rilevamento corrente tra MOSFET e GND. Sembra che le tracce PCB e le vie per questo percorso del segnale non fossero all'altezza del compito. Ho provato diversi resistori nella gamma da 4 a 24 milli-ohm, ma sospetto che le tracce / vie aggiungessero altri 5 o 10 mOhm. Il risultato finale è che abbiamo sovracorrente prima di quanto volessimo.

Nel processo di debug, ho isolato il convertitore 1 dal resto del circuito e l'ho modificato per fornire 2 ampere solidi in un carico di resistenza. Una volta che è stato solido, l'ho collegato di nuovo all'amplificatore audio e ha funzionato bene sotto tutti i carichi previsti e le frequenze audio.

Quindi, apparentemente, non aveva nulla a che fare con l'induttanza negativa o altro.

Per essere un ragazzo per lo più digitale, sto sicuramente migliorando molto con le cose analogiche! :)


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Almeno si spegne. La nostra esplode. :( Il carico resistivo che funziona sul primo convertitore sta assorbendo una potenza uguale o maggiore rispetto al test dell'amplificatore, giusto? Inclusa l'inefficienza dell'amplificatore? Non stai valutando il resistore equivalente a un'onda sinusoidale su vasta scala e quindi testando l'amplificatore con un'onda quadra su larga scala o qualcosa del genere?
endolith

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Hai provato un condensatore molto grande sull'uscita 1? Così grande che PUOI dover caricare una resistenza per fermarlo, impedendo l'avvio del primo convertitore.
Russell McMahon,

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@endolith Sì, quando Converter1 si spegne sta funzionando al 50% di ciò che potrebbe fare con il carico resistivo, in base alle misurazioni RMS.

@Russell Abbiamo provato a mettere tra loro tappi e / o induttori con scarso successo. Ma non abbiamo ancora provato cappellini spaventosi enormi.

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Se hai risolto il problema, pubblica come risposta alla tua domanda, non modificare la domanda.
mjh2007,

Risposte:


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Dai tuoi numeri sembra che il sorteggio istantaneo quando l'uscita audio al picco massimo della forma d'onda sia troppo per il convertitore 1. Questo spiegherebbe perché funziona a frequenze più alte, dal momento che il convertitore 1 vede più la media piuttosto che il picco istantaneo sorteggio attuale.

Dici che il convertitore 1 emette 12V a 1A, che è 12W. Emettere una potenza audio di 10 W RMS significherebbe che i picchi delle forme d'onda audio si disegnano il doppio istantaneamente. Questo sovraccaricherebbe il convertitore 1 di quasi 2x secondo la tua descrizione. All'uscita audio 1kHz, il sovraccarico si verifica solo per circa 250µs alla volta. Dato che l'estrazione media è OK, il convertitore 1 non si guasta.

Questa è solo una supposizione, ovviamente, ma è coerente con le informazioni fornite.


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Penso che la tua FAE sia confusa.

L'amplificatore è un carico a potenza costante per il primo stadio DC-DC. Se la tensione di uscita del primo stadio diminuisce, l'amplificatore assorbirà più corrente per mantenere la stessa potenza di uscita. L'amplificatore presenta quindi una caratteristica di impedenza negativa, non una "induttanza" negativa (qualunque cosa significhi).

Un carico di impedenza negativa ha implicazioni per la stabilità. Se l'entità dell'impedenza negativa annulla la rete di smorzamento del filtro LC in uscita dell'alimentatore, l'alimentatore può oscillare.

Venable Industries ha una serie di articoli sul tema della stabilità (H. Dean Venable = guru del sistema di controllo) - controlla TP-12 (è richiesta la registrazione gratuita).

Se non vedi segni di instabilità sullo stadio DC / DC (impulsi erratici, ondulazione sinusoidale), l'arresto prematuro non è dovuto a interazioni di loop.


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