Mam problem z moim domowym konwerterem buck. Opiera się na układzie sterującym TL494 z moim dyskretnym sterownikiem MOSFET. Problem polega na tym, że mój induktor piszcze i jęczy, gdy prąd wyjściowy przekracza pewną wartość.
Jako induktor najpierw użyłem wspólnego dławika toroidalnego ze starego zasilacza ATX (kolor żółty z jedną białą twarzą). Zauważyłem jednak, że naprawdę robi się gorąco, i to nie była strata w moim miedzianym drucie, to był rdzeń nieprzystosowany do przełączania aplikacji, ale raczej do celów filtrowania. Następnie zdemontowałem mały transformator ferrytowy, owinąłem go własnym cewką indukcyjną, ale znów skrzypiał.
Wtedy pomyślałem, że może to być spowodowane tym, że rdzenie nie były idealnie sklejone, więc postanowiłem to zrobić na większym transformatorze (prawdopodobnie EPCOS E 30/15/7 z okrągłą częścią środkową, ale niestety nie mam pojęcia o materiał użyty w tym rdzeniu i jeśli jest szczelny lub nie), ale tym razem ze starannie usuniętymi uzwojeniami bez rozbierania rdzenia.
Wynik był do zaakceptowania (mój generator sygnału jeszcze nie dotarł, więc nie mogę dokładnie zmierzyć indukcyjności, ale jest to około 10uH, 6 zwojów (kilku drutów w celu zmniejszenia efektu naskórka)). Wciąż piszczy, ale tylko przy napięciach i prądach, które prawdopodobnie nie zostaną osiągnięte dzięki mojemu oświetleniu LED (w zasadzie chcę stworzyć własny konwerter DC-DC do sterowania napięciem doprowadzanym do diod LED zamiast PWM, który wytworzył zbyt dużo EMI ).
Oto kształty fal (prąd płynący przez cewkę, zmierzony spadek napięcia na rezystorze 0,082 Ω ~ 0,1 Ω), które uchwyciłem, gdy używałem żelaznego rdzenia w proszku (żółto-biały) jako rdzenia induktora. Każdy przebieg jest sprzężony z prądem stałym.
Niski prąd wyjściowy: ok. 1A
Średni prąd wyjściowy: ok. 2A
Wysoki prąd wyjściowy: ok. 3A. Na tym poziomie zaczyna się pisk. Ale muszę podkreślić, że rdzeń induktora został podgrzany do ok. 90 ° C. Zasadniczo wyglądało to jak fala z góry, ale modulowana przez falę sinusoidalną niskiej częstotliwości.
Nie byłem w stanie sprawić, by kształt fali oscylował między pewnym poziomem bez dotknięcia 0A. Widziałem, że nie powinno się do niego docierać na zdjęciach przebiegów online oraz w konwertera buck OSKJ XL4016 z oscyloskopem. Wyglądało to tak: (Przepraszam za pomalowany kształt fali, ale niestety go nie zapisałem; to tylko dowodzi,
Oto kształty fal, które otrzymałem z moim obecnym cewkowym transformatorem ferrytowym w momencie, gdy zaczyna się pisk.
Kanał 1 (żółty): prąd
Kanał 2 (niebieski): napięcie na cewce.
W tym momencie pojawia się pisk. Próbowałem zwiększać i zmniejszać kondensator wyjściowy, ale ogólnie to nie rozwiązało problemu. Ponadto dzwonienie jest tłumione, kiedy dotykam nieizolowanego radiatora MOSFET, nie mam pojęcia, dlaczego to dzwonienie w ogóle istnieje.
To jest mój schemat (nie jest to całkowicie to, co mam na mojej płytce drukowanej, ale zmiany są tylko subtelne, jak potencjometr zamiast 2 rezystorów i precyzyjnie dostrojona wartość kondensatora, aby uzyskać częstotliwość 100 kHz). Pin 2 jest obecnie podłączony do Vref, a Pin 16 do GND, aby na stałe włączyć konwerter, Vin - napięcie wejściowe = 24 V. Ze względu na wysoki prąd szczytowy widziany przez diodę D5, został zastąpiony bardziej trwałym dla 5A:
D4, C2, R15 zostały w końcu zastąpione lepszym i bardziej niezawodnym rozwiązaniem, ale nie ma to wpływu na kształty fal na cewce indukcyjnej L1. To jest mój układ PCB, został zaprojektowany do innej aplikacji (wymaga maks. 0,5A - 1A, więc nie dodałem tam żadnego radiatora). Również wartości niektórych rezystorów i kondensatorów zostały ręcznie dostosowane, aby uzyskać niezłą wydajność ~ 86% przy pełnym obciążeniu, większość zmarnowanej energii dzieje się w MOSFET Q7, prawdopodobnie z powodu powolnego wzrostu i opadania zbocza sygnału bramki i Rds (on), przy 0,3 Ω.
Teraz (podczas testowania) induktor jest zawieszony nad warstwą lutowniczą (ponieważ jest zbyt duży, aby zmieścić się w wyznaczonym miejscu, kiedy projektowałem tę płytę, nie wiedziałem, że nie mogę użyć zwykłego rdzenia z proszkiem żelaza, na drugim konwerter oparty na LM2576 działał dobrze, ale są problemy z regulacją napięcia, więc chciałem to zaprojektować). Na koniec zarejestrowałem napięcie i prąd przy tym napięciu, przy którym cewka zaczęła słyszalnie skrzypnąć, oto wyniki:
- 5 V - 0,150 A ← min. Napięcie wyjściowe
- 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 ← zaprojektowany prąd wyjściowy
- 12 V - 3,1+ A
- 13 V - 3,1+ A ← maksymalne napięcie wyjściowe
Następnie obniżyłem indukcyjność, rozwijając 1 obrót i zaczął pisk przy znacznie niższych prądach. To samo dzieje się, gdy dodam więcej uzwojeń. Kiedy zmieniam częstotliwość, nic ciekawego się nie dzieje. Obliczyłem również wartości kondensatora i induktora, korzystając ze wzorów podanych w arkuszu danych TL494, ale z nimi również pisał. Każdy pomiar prądu został wykonany po stronie wyjściowej cewki indukcyjnej. Zmierzyłem ESR mojego kondensatora wyjściowego, a tester LCR-T4 wykazał 0,09 Ω.
Podsumowując: Mam problem z kwileniem / piskaniem induktora i nie wiem, jak to naprawić.
Na każdym poziomie moje diody LED pobierają mniej prądu, co jest wymagane, aby cewka skrzypiała, ale moje serce naprawdę chce wiedzieć, dlaczego tak się dzieje, a czego nie rozumiem lub nie rozumiem źle. Proszę pomóż mi. Jeśli nie zauważyłem żadnych szczegółów, napiszę je w komentarzu do tego pytania. Przepraszam za błędy w moim „Engrish”, to nie jest mój język ojczysty. Nie mam doświadczenia w tej dziedzinie, więc proszę wybacz mi, jeśli popełniłem poważne błędy.
Edytować: „Na każdym poziomie moje diody LED pobierają mniej prądu, co jest wymagane, aby cewka cisnęła” - to znaczy, że diody LED zawsze powinny pobierać mniej prądu, co jest wymagane, aby cewka pisząca ⇒ podczas normalnej pracy cewka nie powinna pisk. Przesłałem wideo pokazujące przebiegi do YouTube, zmieniając prąd wyjściowy, częstotliwość przełączania i napięcie wyjściowe. Obciążenie jest moim prowizorycznym „stałym prądem” wykonanym z MOSFET-a i potencjometru regulującego napięcie na bramce MOSFET-u, jest surowe, ale działa. Jak napisał mehmet.ali.anil (ale teraz widzę, że usunął swoją odpowiedź), zwiększyłem indukcyjność do około 200uH poprzez nawijanie nowego drutu i na końcu filmu. Widać, że przypadkowo dostroiłem częstotliwość do „idealna” wartość, która zaowocowała udaną pracą CCM, ale cicho piszczy cały czas, a zwłaszcza podczas zmiany napięcia wyjściowego. Dodatkowo częstotliwość jest naprawdę bliska granicy, wynoszącej ~ 300 kHz. Przepraszam, powinienem wcześniej przesłać podobny film. Oto link do niego:https://youtu.be/tgllx-tegwo
źródło
Odpowiedzi:
Aktualizacja
Chociaż model 594 ma znacznie wyższą GBW i większą tolerancję 5 V niż model 494, nadal ma konstrukcję referencyjną, która wykorzystuje prędkość przełączania 20 kHz, a nie 100 kHz. Pozwala również na niższą wartość C dla kontroli f. Wszystko inne wydaje się być identyczne, więc możesz sprawić, że 494 będzie działał lepiej z pewnymi zmianami.
Wygląda na to, że twój projekt ma dziwne czasy przestoju, być może z powodu słabego prądu push-pull lub napięcia martwego. Twoja konstrukcja sterownika push-pull ma kombinację f / 2 (subharmoniczna) f ze słabym prądem bazowym, co powoduje pewną niestabilność. Dlatego sugerowałbym, aby zmniejszyć rezystory podstawowe do 330 omów zamiast 10 K i użyć pojedynczego końca 20 kHz do Rc = 10x Rb do napędzania FET za pomocą dzielnika napięcia lub Zenera, jeśli to konieczne, aby ograniczyć Vgs do 20 V.
Ta kombinacja pozwala na 1% czas zwłoki i ściślejszą regulację od 0% PWM do 99%. Ale sprawdź ustawienie czasu martwego.
===============================
Elementy magnetyczne mogą wytwarzać słyszalny hałas, ponieważ zawierają wiele fizycznie ruchomych elementów, takich jak cewki, taśmy izolacyjne i szpulki. Prąd w cewkach wytwarza pola elektromagnetyczne, które wytwarzają siły odpychające i / lub przyciągające między cewkami. Może to wytwarzać drgania mechaniczne w cewkach, rdzeniach ferrytowych lub taśmach izolacyjnych, a ludzkie uszy po prostu słyszą hałas, gdy częstotliwość przełączania zasilania jest w zakresie od 20 Hz do 20 KHz.
Możliwe poprawki
Ferryt ma domeny magnetyczne, które powodują histerezę, gdy obecny kierunek odwrotny. Pobudzanie ich prądem, a następnie powrót 0 A stymuluje wibracje, ale dlaczego?
Hipoteza
Jeśli subharmoniczny f / 2 jest niestabilny, co skutkuje modulowaną szerokością impulsu i miesza się z głównym 100 kHz f stosowanym w dolnej częstotliwości cyklu, może wystąpić piskliwy dźwięk superheeta o wartości 100 k - 50 k wytwarzający ten dźwięk od 0 do 50 kHz.
Aktualizacja nr 2
Op odkrył przez przypadek, jak zrobić filtr fazy ołowiowej w celu poprawy stabilności https://m.imgur.com/nBEd18F , kolejnym ulepszeniem jest „filtr opóźniający fazę” w celu optymalizacji marginesu stabilności. Przydałoby się dwie czapki i seria R zamiast 1 czapki. Jedna nasadka jest 10-krotnie większa z serią około 1/10 zastosowanego R sterującego Vdc Ma wyższą C i niższą R, aby zmniejszyć zakres napięcia korekcji impulsu, ale nie wzmacniać za bardzo tętnienia niż 1/10 mniejszej nasadki bocznikowej in // ze sprzężeniem zwrotnym R, które działa a HPF, aby zmniejszyć zawartość wyższych częstotliwości w impulsach, aby zmniejszyć tętnienie wyjściowe. (Niestety, nie ma schematu z palcem na ekranie dotykowym)
Kiedy prąd zatrzymuje się w cewce, mówimy, że działa on w trybie nieciągłym (DCM), a przełącznik musi być w tym czasie otwarty i przykładane jest niewielkie obciążenie prądem. Przełącznik ma niewielką pojemność połączoną szeregowo z L, która tworzy równoległy rezonans wysokiej impedancji 6 MHz na ostatnim zaniku krzywej w <10us. Jest to tłumione przez odporność skóry i niższą częstotliwość przez skórę + pojemność ciała. (? 100k // 200pF ??) po dotknięciu radiatora, ale nie jest to przyczyną hałasu.
źródło
Rozwiązaniem tego problemu jest dodanie negatywnej opinii, jak wyjaśniono w tym filmie https://youtu.be/wNnOfF1NkxI?t=1584. Najpierw dodałem kondensator między wyjściem a stykiem sprzężenia zwrotnego TL494, wydaje się, że to rozwiązało problem, ale nie działa tak dobrze, jak dodanie odpowiedniego ujemnego sprzężenia zwrotnego. Zrobiłem kilka testów, które to potwierdzają: na początku zwiększam prąd z 0A do 3A, a następnie zmieniam częstotliwość oscylatora z ~ 170 kHz na ~ 20 kHz, a następnie przechodzę do „awarii” (przypuszczam) TL494 ⇒ powyżej 300 kHz, a następnie powraca do ~ 170 kHz. Żółty ślad - napięcie na kondensatorze oscylacyjnym, Niebieski ślad - prąd przepływający przez cewkę. Cewka indukcyjna nie syczy, ale syczy, zależy to od zastosowanego rdzenia, ponieważ kiedy próbowałem z EI, było to mniej zauważalne (w nocy taśma się poluzowała i cewka zaczęła skrzypić, teraz eksperymentuję z lakierem do paznokci jako sposób na przyklejenie rdzenia i wciąż jest w stanie go rozebrać), Ten test został wykonany z fabrycznie sklejonym rdzeniem EE. Zrzut ekranu aplikacji „Spectroid” jest wykonywany, gdy prąd wyjściowy wynosi 3 A, a na dole widać moment 20 kHz, a na górze 300 kHz.
Negatywne sprzężenie zwrotne + kondensator https://youtu.be/S9KfA9NNXkE
Negatywne opinie https://youtu.be/h1AN7rQTDa4
Kondensator https://youtu.be/7h7OzDj9q8Y
Nic (problem początkowy) https://youtu.be/nVOfPynJRGE
Przez ujemne sprzężenie zwrotne i kondensator mam na myśli:
Później sprawdzę, czy mój sterownik push-pull MOSFET działa teraz poprawnie. W razie potrzeby mogę wykonać bardziej zaawansowane nagrywanie i pokazać częstotliwość generowaną przez cewkę odpowiadającą częstotliwości oscylatora.
źródło