Negatywna indukcyjność i kaskadowa niestabilność przetwornika DC / DC

13

Próbuję debugować parę kaskadowych przetwornic DC / DC i wpadłem na ścianę z cegły. Lokalna FAE powiedziała, że ​​prawdopodobnie ma to coś wspólnego z „ujemną indukcyjnością wejściową” na drugim przetworniku, co psuje stabilność pierwszego przetwornika (ale FAE nie jest w pobliżu, by „pomóc” więcej). Problem polega na tym, że nie mogę znaleźć żadnych notatek, dokumentów, książek itp. W tej sprawie.

Moje pytanie brzmi: czy znasz literaturę na takie tematy? A może jeszcze kilka pomysłów na rzeczy do wypróbowania lub obejrzenia?

Oto moja konfiguracja ...

Konwerter 1: Konwerter doładowania + 4 V na + 12 V @ 1 amp. Częstotliwość przełączania wynosi około 350 kHz. Konwerter 2: To tak naprawdę 10-watowy wzmacniacz audio klasy D (który jest w zasadzie konwerterem buck przełączającym). Częstotliwość przełączania wynosi około 310 kHz.

A problem ...

Konwerter 1 działa dobrze z obciążeniem rezystancyjnym zamiast konwertera 2. Działa nawet wtedy, gdy rezystor jest włączany / wyłączany na częstotliwościach audio.

Konwerter 2 działa dobrze, gdy jest zasilany z zasilacza stacjonarnego.

Kiedy konwerter 1 zasila konwerter 2, C1 wyłączy się z powodu przetężenia przez MOSFET. Łatwiej się wyłącza, jeśli częstotliwość dźwięku jest niższa. Powyżej fali sinusoidalnej 1 KHz wydaje się, że działa dobrze. Kiedy się wyłącza, moc wyjściowa wynosi tylko około 50% tego, co konwertery są w stanie zrobić osobno.

Pomysły? Wskaźniki?

Aktualizacja: Znalazłem problem.

Były dwa błędy ...

  1. Zasadniczo Olin miał rację. Popełniłem błąd. Pierwszy konwerter powinien był być w stanie dostarczyć dwukrotnie prąd, który dostarczał. Zamiast + 12 V przy 1 A potrzebowaliśmy 2 wzmacniaczy.

  2. Konwerter 1 to konwerter trybu prądowego - co oznacza, że ​​ma rezystor wyczuwający prąd między MOSFET i GND. Wygląda na to, że ślady PCB i przelotki dla tej ścieżki sygnału nie spełniały tego zadania. Próbowałem kilku oporników w zakresie od 4 do 24 miliomów, ale podejrzewam, że ślady / przelotki dodawały kolejne 5 lub 10 mOhm. Efektem końcowym jest to, że przekroczyliśmy prądy wcześniej, niż chcieliśmy.

W procesie debugowania odizolowałem przetwornik 1 od reszty obwodu i poprawiłem go, aby uzyskać stałe 2 ampery w obciążeniu rezystora. Kiedy już był solidny, podłączyłem go ponownie do wzmacniacza audio i działał dobrze przy wszystkich oczekiwanych obciążeniach i częstotliwościach audio.

Najwyraźniej nie miało to nic wspólnego z ujemną indukcyjnością czy czymkolwiek innym.

Będąc w większości cyfrowym facetem, jestem zdecydowanie lepszy w analogach! :)

power-supply dc-dc-converter inductance The Photon
źródło
1
Przynajmniej się zamyka. Nasz eksploduje. :( Obciążenie rezystancyjne, które działa na pierwszym konwerterze, pobiera moc równą lub większą niż test wzmacniacza, prawda? Łącznie z nieefektywnością wzmacniacza? Nie oceniasz rezystora odpowiadającego pełnej fali sinusoidalnej, a następnie testujesz wzmacniacz z pełnoskalową falą kwadratową czy coś takiego?
endolith
1
Czy próbowałeś poważnie dużego kondensatora na wyjściu 1? Tak duży, że MUSISZ go naładować opornikiem, aby zatrzymać zatrzymanie pierwszego przetwornika.
Russell McMahon,
1
@endolith Tak, gdy konwerter1 wyłącza się, działa przy 50% tego, co mógłby zrobić z obciążeniem rezystancyjnym - na podstawie pomiarów RMS.
@ Russell Próbowaliśmy umieścić między nimi czapki i / lub induktory z niewielkim powodzeniem. Ale jeszcze nie próbowaliśmy super wielkich przerażających czapek.
1
Jeśli rozwiązałeś problem, wyślij jako odpowiedź na swoje pytanie, nie edytuj pytania.
mjh2007

Odpowiedzi:

6

Z twoich liczb wydaje się, że chwilowe wyciągnięcie, gdy wyjście audio osiąga maksymalny szczyt kształtu fali, jest zbyt duże dla konwertera 1. To wyjaśnia, dlaczego działa na wyższych częstotliwościach, ponieważ konwerter 1 widzi wtedy raczej średnią, a nie szczytową chwilową aktualne losowanie.

Mówisz, że konwerter 1 wytwarza 12 V przy 1 A, czyli 12 W. Wystawienie mocy audio o mocy 10 W RMS oznaczałoby, że szczyty fal dźwiękowych rysują się dwukrotnie szybciej. Spowodowałoby to przeciążenie konwertera 1 prawie dwukrotnie, zgodnie z twoim opisem. Przy wyjściu audio 1kHz przeciążenie zdarza się tylko około 250µs jednocześnie. Ponieważ średni pobór jest OK, konwerter 1 nie powoduje błędu.

To oczywiście tylko przypuszczenie, ale jest zgodne z podanymi przez Ciebie informacjami.

Olin Lathrop
źródło
4

Myślę, że twoja FAE jest zdezorientowana.

Wzmacniacz jest obciążeniem o stałej mocy do pierwszego stopnia DC-DC. Jeśli napięcie wyjściowe pierwszego stopnia spadnie, wzmacniacz pobierze więcej prądu, aby utrzymać tę samą moc wyjściową. Wzmacniacz ma zatem ujemną charakterystykę impedancji, a nie ujemną „indukcyjność” (cokolwiek to znaczy).

Ujemne obciążenie impedancyjne ma wpływ na stabilność. Jeżeli wielkość impedancji ujemnej znosi wyjściową sieć tłumiącą filtr LC filtra zasilacza, zasilacz może oscylować.

Venable Industries ma serię artykułów na temat stabilności (H. Dean Venable = guru systemu kontroli) - sprawdź TP-12 (wymagana darmowa rejestracja).

Jeśli nie widzisz oznak niestabilności na poziomie DC / DC (pulsacja nieregularna, tętnienie sinusoidalne), to przedwczesne wyłączenie nie wynika z interakcji między pętlami.

Adam Lawrence
źródło