Problema di rumore con il regolatore di commutazione buck / boost


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Sto progettando un dispositivo elettrico per un progetto di ricerca (sono uno studente di dottorato, ma purtroppo non EE!). Ulteriori informazioni sul dispositivo sono disponibili all'indirizzo http://iridia.ulb.ac.be/supp/IridiaSupp2012-002/

L'ultimo prototipo ha avuto un problema con l'alimentatore, e quindi ho cercato di superare i problemi progettandone uno nuovo e migliore. Poiché il dispositivo è alimentato da una batteria agli ioni di litio, ho deciso di utilizzare un regolatore di commutazione buck / boost LTC3536: http://cds.linear.com/docs/en/datheet/3536fa.pdf

Ho sostanzialmente utilizzato l'implementazione di riferimento (pagina 1 del foglio dati) per un alimentatore 1A / 3.3V come visto qui: (fonte: ulb.ac.be )schematico

Esistono tre piani di massa separati: PGND, proveniente dalla batteria, GND, terra normale e AGND per sensori analogici ecc.

Questa è la tavola come l'ho progettata in Eagle. Ho già notato alcune deviazioni dal progetto di riferimento, ad esempio, C3 e C4 dovrebbero essere molto più vicini all'LTC (U3): (fonte: ulb.ac.be )tavola

Questa è l'output che vedo su VCC (con o senza carico, Vin = 4,7 V) Come puoi vedere, Vpp è enorme! È più piccolo per Vin <4,3 V, ma comunque abbastanza sostanzioso. (fonte: ulb.ac.be )picchi

Ho fatto un po 'di tentativi ed errori avvicinando C3 e C2 all'LTC e aggiungendo un altro tappo da 1µF a C7. Questo non ha aiutato molto. Ho quindi sostituito C7 con un tappo da 220µF invece dei 22µF menzionati nel foglio dati. Con questo, Vpp è ~ 200mV. Questo è molto meglio ma ancora molto lontano da quanto specificato nel foglio dati. Inoltre, questo è solo il caso per Vin> 4,3 V; al di sotto di questa soglia Vpp è ancora superiore a 2 V. Immagino sia il boost rispetto al regolamento buck che apporta il cambiamento, ma non vedo davvero come posso correggerlo.

Ora le domande:

  1. Mi chiedevo se ho fatto un errore evidente per l'occhio allenato?
  2. Perché Vpp è così grande, quando il rumore dato nella scheda tecnica è di soli 40mV?
  3. Esiste un altro modo per risolvere questo problema oltre a far cadere casualmente in diversi condensatori di uscita?

Stai testando l'alimentatore con un carico sulla sua uscita? Quel carico è simile al carico che avrai in normali condizioni d'uso?
The Photon,

Sì, l'ho usato con e senza carico.
arnuschky,

" Vpp è ~ 200mA " - Presumibilmente si tratta di un errore di battitura e Vpp è in milliVolts anziché in milliAmperes. Altrimenti, spiega cosa intendi, grazie.
Anindo Ghosh,

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Oltre a FISSARE il rumore, come lo stai misurando. Dov'è il tuo campo di applicazione? Se si sposta la terra dell'oscilloscopio, il rumore visualizzato cambia. Provare a posizionare la messa a terra del mirino il più elettricamente possibile vicino al punto del segnale. È noto che l'eccessivo entusiasmo di utilizzare un filo corto dall'anello di terra sul naso della sonda alla terra più vicina, quindi la lunghezza del conduttore è di pochi mm.
Russell McMahon,

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Grandi informazioni in questa domanda. OP arnuschky, potresti per favore correggere i collegamenti immagine sopra per mantenere queste informazioni nella comunità?
smoothVTer

Risposte:


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Penso che avrai problemi con il layout. C3 / C4 DEVE essere più vicino al pin 1 (EDIT dovrebbe leggere pin8 / 9 e non pin1) . Quando dico più vicino intendo vivere su di esso! Idem C7 - deve essere posizionato direttamente sul pin 7. Ora non ho mai usato questa parte ma questa è la procedura standard per questo tipo di dispositivo.

Pensa agli impulsi attuali che fluiscono dal pin 7 a C7 e alla lunghezza della traccia tra esso e l'IC - probabilmente 20nH della traccia.

Il ritorno al suolo di C7 - dove sta andando? Sta tornando al pin di terra sbagliato (segnale di terra). Il terreno di C7 dovrebbe essere il più corto possibile ai pin 5 e 13 possibile senza infrangere le leggi di trasgressione. E questo dovrebbe essere il tuo punto di riferimento per eliminare la massa del segnale. La messa a terra del segnale dovrebbe quindi passare ai componenti di feedback e non passare alcun carico o corrente C7.

Rifiuterei di testare questo PCB se mi venisse consegnato. Ci scusiamo per essere improvvisi ma queste sono regole d'oro sui circuiti di commutazione: -

inserisci qui la descrizione dell'immagine


Grazie per la tua rapida risposta. Ci scusiamo per le domande di base, ma sono solo un hobbista, quindi per favore abbi pazienza. :) Cosa sono le "leggi che violano"? Hai una fonte in cui posso leggere alcune informazioni di base? Inoltre non ho capito il "percorso Kelvin dedicato" menzionato nella scheda tecnica? È solo un percorso separato con una larghezza di traccia inferiore? Tenterò domani di reindirizzare la scheda usando i tuoi suggerimenti.
arnuschky,

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@arnuschky Nessun problema. Leggi di trasgressione: solo il mio senso dell'umorismo e il tentativo di dire che il dispositivo è in corto = metto il dispositivo fino al pin sul chip. La rotta Kelvin è un gergo tecnologico lineare che significa usare una traccia separata per un punto stella e sostanzialmente quel punto stella è la giunzione del pin 5 e il pad sottostante (13). Prima di reinstradare ci sono un paio di cose da provare. Prova una ceramica da 10uF in due punti: pin 7 a pin 13 (sotto, forse praticare un foro per far passare un filo) e pin1 a pin5 / 13 - forse usare la stessa tecnica. Prova a vedere se migliora.
Andy aka

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Due dita bruciate dopo ... La prima cosa da fare era correggere la connessione di terra di C3, C4 e C7. Ho saldato i condensatori di elettroliti direttamente sui pin. I percorsi erano lunghi perché potevo inserire solo i componenti del foro passante, ma la dipendenza del rumore su Vin era svanita. Vpp era di circa 900mV. Ho quindi rimosso questi tappi e ho saldato una ceramica da 10µF sull'altro lato (praticare un foro) come proposto da Andy. Vpp è sceso a 350mV, e anche senza limiti di input! Aggiungendo C2, C3 (tappi ceramici 1µF e 10µF) sul retro del pin8 / 9 si ottiene Vpp ~ 100mV. L'aggiunta di un 10µF dal pin1 al pin3 non è cambiata molto.
arnuschky,

Il cappuccio che ho aggiunto praticando un foro era tra il pin 7 e il pin 13 / piano PGND. Successivamente, ho aggiunto l'elca 22µF sul retro, che non ha cambiato nulla. Ho appena visto che mi hai chiesto di aggiungere un 10µF dal pin1 al pin5 / 13. L'ho fatto ora, non è cambiato molto.
arnuschky,

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@ JesúsCastañé Mi sbaglio ma anche tu !!! i pin 8 e 9 sono i pin Vin a cui devono essere vicini e si collegano al pin 1
Andy aka
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