Ho un problema con il mio convertitore buck fatto in casa. Si basa su un chip di controllo TL494 con il mio driver MOSFET discreto. Il problema è che il mio induttore scricchiola e geme, quando la corrente di uscita supera un certo valore.

Come induttore, ho usato per la prima volta un induttanza toroidale comune da un vecchio alimentatore ATX (colore giallo con una faccia bianca). Tuttavia ho notato che si stava davvero surriscaldando, e che non era la perdita del mio filo di rame, era il nucleo non adatto per la commutazione dell'applicazione, ma piuttosto per scopi di filtraggio. Poi ho smontato un piccolo trasformatore di ferrite, ho avvolto il mio induttore ma stava cigolando di nuovo.

Poi ho pensato che potrebbe essere dovuto al fatto che i nuclei non fossero incollati idealmente insieme, quindi ho deciso di farlo su un trasformatore più grande (probabilmente EPCOS E 30/15/7 con parte centrale rotonda, ma sfortunatamente non ho idea del materiale utilizzato in questo nucleo e se è vuoto o meno), ma questa volta con avvolgimenti accuratamente rimossi senza smontare il nucleo.

Il risultato è stato accettabile (il mio generatore di segnale non è ancora arrivato, quindi non posso misurare con precisione l'induttanza, ma è nella regione di 10uH, 6 giri (di un paio di fili per ridurre l'effetto pelle)). Sta ancora cigolando, ma solo a tensioni e correnti che probabilmente non saranno raggiunte con la mia illuminazione a LED (fondamentalmente voglio creare il mio convertitore DC-DC per controllare la tensione applicata ai LED invece di utilizzare PWM, che ha creato troppa EMI ).

Ecco le forme d'onda (corrente che fluisce attraverso l'induttore, caduta di tensione misurata attraverso un resistore 0,082 Ω ~ 0,1 Ω), che ho catturato indietro quando stavo usando il nucleo di polvere di ferro (giallo-bianco) come nucleo dell'induttore. Ogni forma d'onda è accoppiata a corrente continua.

Bassa corrente di uscita: ca. 1A

Corrente di uscita media: ca. 2A

Alta corrente di uscita: ca. 3A. A questo livello inizia lo scricchiolio. Ma devo sottolineare che il nucleo dell'induttore è stato riscaldato a ca. 90 ° C. Fondamentalmente sembrava una forma d'onda dall'alto, ma modulata da un'onda sinusoidale a bassa frequenza.

Non sono riuscito a far oscillare la forma d'onda corrente tra un certo livello senza toccare 0A. Ho visto che non dovrebbe raggiungerlo nelle immagini delle forme d'onda online e in un convertitore buck OSKJ XL4016 con un oscilloscopio. Sembrava così: (Mi dispiace per la forma d'onda dipinta, ma sfortunatamente non l'ho salvata; dimostra solo il punto)

Ecco le forme d'onda che ho ottenuto con il mio attuale trasformatore-induttore di ferrite nel momento in cui inizia lo scricchiolio.

Canale 1 (giallo): corrente
Canale 2 (blu): tensione attraverso l'induttore.

A questo punto appare un cigolio. Ho provato ad aumentare e diminuire il condensatore di uscita, ma in genere non ha risolto il problema. Inoltre, lo squillo viene smorzato, quando tocco il dissipatore MOSFET non isolato, non ho idea del motivo per cui esiste anche questo squillo.

Questo è il mio schema (non è completamente quello che ho sul mio PCB, ma i cambiamenti sono solo sottili, come potenziometro invece di 2 resistori e valore del condensatore messo a punto per ottenere una frequenza di 100 kHz). Il pin 2 è attualmente collegato a Vref e il pin 16 a GND per accendere permanentemente il convertitore, Vin - tensione in ingresso = 24V. A causa dell'elevata corrente di picco vista dal diodo D5, è stata sostituita con una più duratura per 5A:

D4, C2, R15 sono stati infine sostituiti da una soluzione migliore e più robusta, ma non influiscono sulle forme d'onda sull'induttore L1. Questo è il mio layout PCB, è stato progettato per un'applicazione diversa (richiede 0,5 A - 1 A max, quindi non ho aggiunto alcun dissipatore di calore). Inoltre, i valori di alcuni resistori e condensatori sono stati regolati manualmente per ottenere una buona efficienza di ~ 86% a pieno carico, la maggior parte della potenza sprecata si verifica in MOSFET Q7, probabilmente a causa del lento fronte di salita e discesa del segnale di gate e Rds (acceso), essendo a 0,3 Ω.

Ora (durante il test) l'induttore è sospeso sopra lo strato di saldatura (perché è troppo grande per adattarsi allo spazio designato, quando stavo progettando questa scheda non sapevo che non posso usare un normale nucleo di polvere di ferro, sull'altro convertitore, basato su LM2576 ha funzionato bene, ma ci sono problemi con la regolazione della tensione, quindi volevo progettarlo). Infine ho registrato la tensione e la corrente a detta tensione, a cui l'induttore ha iniziato a squittire in modo udibile, ecco i risultati:

• 5 V - 0,150 A ← tensione di uscita min
• 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 ← corrente di uscita progettata
• 12 V - 3.1+ A
• 13 V - 3,1+ A ← massima tensione di uscita

Dopo di ciò ho abbassato l'induttanza svolgendo 1 giro e ha iniziato a scricchiolare a correnti molto più basse. Lo stesso succede quando aggiungo più avvolgimenti. Quando cambio la frequenza, non succede nulla di interessante. Ho anche calcolato i valori di condensatore e induttore usando le formule fornite all'interno della scheda tecnica TL494, ma anche con quelle cigolava. Ogni misurazione corrente è stata eseguita sul lato di uscita dell'induttore. Ho misurato l'ESR del mio condensatore di uscita e il tester LCR-T4 ha mostrato 0,09 Ω.

Riassumendo: ho un problema con l'induttore piagnucolio / cigolio e non so come risolverlo.

Ad ogni livello le mie luci a LED assorbono meno corrente, il che è necessario per far cigolare l'induttore, ma il mio cuore vuole davvero sapere perché sta succedendo e cosa non capisco o capisco male. Mi aiuti per favore. Se ho perso qualche dettaglio, li scriverò in un commento a questa domanda. Ci scusiamo per eventuali errori nel mio "Engrish", non è la mia lingua madre. Non ho esperienza in questo campo, quindi per favore, perdonami se ho commesso alcuni grossi errori.

Modificare: "Ad ogni livello le mie luci a LED assorbono meno corrente, il che è necessario per far cigolare l'induttore" - Voglio dire, i LED dovrebbero sempre assorbire meno corrente, che è necessario per far cigolare l'induttore ⇒ durante il normale funzionamento l'induttore non dovrebbe superare di poco. Ho caricato un video che mostra le forme d'onda su YouTube durante la modifica della corrente di uscita, della frequenza di commutazione e della tensione di uscita. Il carico è il mio "carico di corrente costante" di fortuna fatto da un MOSFET e un potenziometro che regola la tensione alla porta MOSFET, è grezzo, ma funziona. Come ha scritto mehmet.ali.anil (ma ora vedo che ha eliminato la sua risposta), ho aumentato l'induttanza a circa 200 uH avvolgendo un nuovo filo e alla fine del video Potete vedere che ho sintonizzato accidentalmente la frequenza su un valore "perfetto", che ha portato a un lavoro di CCM di successo, ma cigola in silenzio tutto il tempo e specialmente durante la variazione della tensione di uscita. Inoltre, la frequenza è molto vicina al limite, essendo ~ 300 kHz. Avrei dovuto prima caricare un video simile, scusa. Ecco il link per questo:https://youtu.be/tgllx-tegwo

Aggiornare

Sebbene il 594 abbia un GBW molto più alto e una tolleranza 5 V più stretta rispetto al 494, hanno ancora un design di riferimento che utilizza 20 kHz rispetto a 100 kHz per la velocità di commutazione. Consente inoltre un valore C inferiore per il controllo f. Tutto il resto sembra essere identico, quindi puoi far funzionare meglio il 494 con alcune modifiche.

Sembra che il tuo progetto abbia strani tempi morti a causa della debole tensione push-pull corrente o del tempo morto. Il design del driver push-pull ha una combinazione di f / 2 (sub-armonica) di f con corrente di base debole che causa una certa instabilità. Pertanto, suggerirei di ridurre i resistori di base fino a 330 Ohm invece di 10 K e utilizzare 20kHz single ended a Rc = 10x Rb per pilotare il FET con un divisore di tensione o Zener, se necessario, per limitare Vgs a 20V.

Questa combinazione consente l'1% di tempi morti e una regolazione più rigorosa dallo 0% PWM al 99%. Ma controlla l'impostazione del tempo morto.

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I componenti magnetici possono produrre rumore udibile, poiché contengono molti elementi fisicamente mobili, come bobine, nastri di isolamento e bobine. La corrente nelle bobine produce campi elettromagnetici che generano forze repulsive e / o attrattive tra le bobine. Ciò può produrre una vibrazione meccanica nelle bobine, nei nuclei di ferrite o nei nastri di isolamento, e le orecchie umane possono solo sentire il rumore, quando la frequenza di commutazione dell'alimentatore è nell'intervallo da 20Hz a 20 KHz.

Possibili correzioni

• abbassare le fluttuazioni di flusso Bpp scegliendo Imax / Imin e la velocità di commutazione
• impedire inversioni di flusso se utilizzato in modalità CC con corrente CM con un carico minimo> = 5%. (non ideale)
• minimizzare la resistenza L, DCR che provoca un aumento di gradino prima della rampa di corrente ed efficace aggiunge l'ondulazione, quindi il rumore al circuito di controllo. Calcola il rapporto L / R e confrontalo con la costante di tempo C * ESR per il limite ESR basso, riducendo così le costanti di tempo del reattore.

La ferrite ha domini magnetici che causano isteresi quando l'attuale direzione inversa. Eccitandoli con la corrente, quindi restituire 0 A stimola alcune vibrazioni, ma perché?

Ipotesi

Se la subarmonica f / 2 è instabile risultante in ampiezza di impulso modulata e si mescola con i principali 100kHz f utilizzati nella frequenza di ciclo inferiore, potrebbe esserci uno squittio audio del superhet selvaggio di 100k - 50k che produce questo suono da 0 a 50kHz.

• le modifiche al filtro Feedback sono il filtro lead-lag può migliorare questo.

Aggiornamento n. 2

L'op ha scoperto per caso come realizzare un filtro lead in fase per migliorare la stabilità https://m.imgur.com/nBEd18F , il prossimo miglioramento è un “filtro lead-lag” di fase per ottimizzare il margine di stabilità. Potrebbe usare due tappi e una serie R invece di 1 tappo. Un cappuccio è 10 volte più grande con una serie di circa 1/10 dell'R utilizzato per il controllo Vdc Ha una C più grande e un'R più bassa per ridurre la gamma di tensione di correzione del cavo impulsivo ma non amplificare troppo l'ondulazione di un shunt cap 1/10 più piccolo in // con il feedback R che agisce come un HPF per ridurre il contenuto di frequenza più elevata negli impulsi per ridurre l'ondulazione di uscita. (Scusa, nessuno schema con il dito sul touchscreen)

• fine aggiornamento

Quando la corrente si arresta nell'induttore diciamo che sta funzionando in modalità DisContinuous (DCM) e lo Switch deve essere aperto in questo momento e viene applicato un carico di corrente ridotto. L'interruttore presenta una piccola capacità in serie con L che crea una risonanza // parallela ad alta impedenza di 6 MHz sull'ultima curva che si decompone in <10us. Ciò viene inumidito dalla resistenza della pelle e dalla frequenza inferiore dalla capacità della pelle + del corpo. (? 100k // 200pF ??) quando viene toccato il dissipatore di calore ma non è un problema di rumore.

La soluzione per risolvere questo problema è aggiungere un feedback negativo, come spiegato in questo video https://youtu.be/wNnOfF1NkxI?t=1584. In primo luogo ho aggiunto un condensatore tra l'uscita e il pin di feedback del TL494, sembra che abbia risolto il problema, ma non funziona come l'aggiunta di un feedback negativo adeguato. Ho fatto alcuni test, che lo dimostrano: all'inizio, aumento la corrente da 0A a 3A e poi cambio la frequenza dell'oscillatore da ~ 170 kHz a ~ 20 kHz e poi salgo allo "schianto" (suppongo) di TL494 ⇒ oltre 300 kHz e poi tornare a ~ 170 kHz. Traccia gialla - tensione sul condensatore dell'oscillatore, traccia blu - corrente che scorre attraverso l'induttore. L'induttore ora non sta piagnucolando ma sibilando, dipende dal nucleo utilizzato, perché quando ho provato con EI, era meno evidente (durante la notte il nastro si è allentato e l'induttore ha iniziato a squittire, ora sto sperimentando lo smalto come un modo di incollare il nucleo ed essere ancora in grado di smontarlo), Questo test è stato eseguito con un nucleo EE incollato in fabbrica. Lo screenshot di un'app "spectroid" viene eseguito quando la corrente di uscita è a 3A e nella parte inferiore È possibile vedere il momento di 20 kHz e nella parte superiore di 300 kHz.

Feedback negativo + condensatore https://youtu.be/S9KfA9NNXkE

Feedback negativo https://youtu.be/h1AN7rQTDa4

Condensatore https://youtu.be/7h7OzDj9q8Y

Niente (problema iniziale) https://youtu.be/nVOfPynJRGE

Per feedback negativo e condensatore, intendo:

Successivamente verificherò se il mio driver MOSFET push-pull funziona bene ora. Se è necessario, posso fare una registrazione più avanzata e mostrare la frequenza generata dall'induttore corrispondente alla frequenza dell'oscillatore.