Brummstrom im synchronen Abwärtswandler

Ich entwerfe einen synchronen Abwärtswandler und befinde mich in meinem Entwurf in der Steckplatinenphase. Ich wollte die Stromwellenform durch die Induktivität überprüfen, habe aber keine Stromsonde zur Verfügung. Ich habe eine Differenzsonde, also habe ich beschlossen, einen 1-Ohm-Widerstand in Reihe mit meiner Induktivität hinzuzufügen und die Differenzspannung daran zu messen, die mit dem Strom übereinstimmen sollte. Unten ist meine Wellenform, ich frage mich, warum die Stromwellenform nicht so dreieckig ist, wie ich es normalerweise für ein Schaltnetzteil sehe. Liegt es daran, dass ich den 1-Ohm-Widerstand für einen Induktor (6,8 uH) in Reihe geschaltet habe, der nur etwa 0,020 Ohm DCR hat?Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

BEARBEITEN:

Ich wechselte zu einem Ferritkern, der wesentlich weniger Kernverluste haben sollte, und probierte ein paar verschiedene FETs aus, und es schien keinen großen Unterschied zu machen. Unten ist eine weitere Wellenform, dieses Mal befindet sich CH2 am Schaltknoten. Eine Sache, die ich vergessen habe zu erwähnen, ist, dass ich einen Halbbrückentreiber verwende, der eine kleine Totzeit hinzufügt, um zu verhindern, dass die beiden FETs durchschießen. Obwohl ich mir nicht vorstellen kann, dass das der Grund ist, ist es wahrscheinlich erwähnenswert. Außerdem habe ich jetzt das Oszilloskop richtig ausgelöst und die Zeitskala ist jetzt korrekt.

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Ich habe auch die Diff-Sonde über den Induktor gelegt, und unten ist die Wellenform. Die Steigung ist mir noch nie aufgefallen, liegt das am Serienwiderstand? Oder ändern sich möglicherweise die Vds der FETs, weil die Stromwelligkeit groß ist?

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1 Ohm ist natürlich zu viel, aber da ist noch was. Warum scheint der Strom der Spannung vorauszueilen? Sehr seltsam...
Das ist die Eingangs-PWM, nicht die Schaltknotenspannung. Wenn es niedrig ist, ist der High-Side-FET eingeschaltet und di/dt ist positiv.

Antworten (5)

Nein, füge eine 1 hinzu Ω Messwiderstand in Reihe mit Ihrer Induktivität verursacht keine Schritte in der Stromwellenform. Das Hinzufügen des Widerstands ist wie das Hinzufügen von Wicklungsverlusten, und das verursacht nur eine exponentielle Krümmung mit τ von L/R, in der aktuellen Rampe. Wenn Sie genau hinsehen, können Sie die Krümmung in der Stromrampe in Ihrem Bild erkennen.

Ein Schritt in der Stromwellenform kann durch Kernverlust verursacht werden, aber dieser Schritt würde in die andere Richtung gehen. So würde Kernverlust aussehen:

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Sehen Sie die Stufe am Schaltpunkt? Das ist ein extremes Beispiel und in Kernen mit niedriger Perm tendenziell schwer zu erkennen. Jedenfalls ist es das Gegenteil von dem, was Ihr Bild zeigt. Es ist also kein Kernverlust, es sei denn, Sie haben es geschafft, die Zeit umzukehren. (Hinweis: Es ist möglich, die scheinbare Zeit durch Oszilloskop-Aliasing umzukehren. Mit Aliasing könnte der Induktorstrom also von einer Induktivität mit Kernverlust stammen oder, wie unten erwähnt, einen Schritt haben, der durch eine Induktivität im Messwiderstand verursacht wird.)

Es sieht so aus, als ob der Induktor ungefähr 3 A enthält, also ungefähr 10 W im Erfassungswiderstand. Solche Leistungswiderstände sind entweder konstruktionsbedingt oder geometrisch induktiv. Eine parasitäre Induktivität in Reihe mit dem Messwiderstand könnte einen scheinbaren Sprung in der Spannung über dem Messwiderstand verursachen, da sie einen induktiven Teiler bilden würde. Aber dieser Schritt würde wie der Kernverlustschritt aussehen.

Differentialtastköpfe haben normalerweise eine Gleichtaktunterdrückung von mindestens 40 dB und manchmal bis zu 60 dB. Wirklich unwahrscheinlich, dass es an den Sonden liegt, es sei denn, sie sind beschädigt.

Ist es möglich, dass Ch2 des Oszilloskops skaliert und zu Ch1 hinzugefügt wurde? So sieht es wirklich aus. Digitale Oszilloskope und mathematische Funktionen. Es sieht verdächtig aus, zumal die Wellenformen nicht ausgerichtet sind.

Instrumentierung:


Es wäre eine große Verbesserung, den Wert des Messwiderstands zu reduzieren (wie andere gesagt haben). Eine Möglichkeit, dies zu tun, wäre die Herstellung einer Stromsonde mit einem Strommessverstärker. Mit einem aktuellen Leseverstärker wäre es einfach, einen 0,1 zu verwenden Ω Widerstand messen und vielleicht mit etwas Mühe auf 10m herunterkommen Ω . So etwas wie ein LT1999 könnte funktionieren, wenn Sie eine bidirektionale Erkennung benötigen. Wenn der Strom immer positiv ist, können Sie mit etwas wie einem MAX9643 mehr Bandbreite erhalten . Für bidirektionale Erfassung und Breitbandnutzung könnte ein Breitband-Instrumentenverstärker funktionieren, etwa ein AD8421 . Die Verwendung eines Messwiderstands mit viel niedrigerem Wert würde auch eine viel niedrigere parasitäre Induktivität bedeuten.

Ich wechselte zu einem Induktor, der im Vergleich zum ersten sehr wenig Kernverlust haben sollte. Bitte beachten Sie die Änderung, die ich meinem ursprünglichen Beitrag hinzugefügt habe. Ich glaube, Sie haben Recht, dass es kein Problem mit der Diff-Sonde ist.
@BrettPrudhom - Das ist ein viel besseres Foto als das erste. Es sieht so aus, als hätte man sich um das Aliasing gekümmert. Die Stromwellenform sieht aufgrund der Stufe wie ein Kernverlust aus, kann aber auch durch eine parasitäre Induktivität im Messwiderstand verursacht werden. Und ja, die Steigung der Induktorspannungswellenform wird durch einen Abfall über den Messwiderstand verursacht.
Denken Sie, dass es vielleicht auch daran liegt, dass die Welligkeit so groß ist, dass sie den Spannungsabfall über den FETs variiert? Soweit ich dem FET-Datenblatt entnehmen kann, sollte sich nicht viel ändern, aber das würde für mich auch Sinn machen.
Ich entfernte den Strommesswiderstand und maß die Spannung über der Induktivität erneut und sah im Grunde die gleiche Steigung.
@ Brett - Hm, das ist überraschend. Wie sieht Vin am Eingang des Leistungsmodulators aus?
Meinst du den PWM-Eingang in den Gate-Treiber richtig? Die erste Wellenform, die ich gepostet habe, hatte die PWM auf CH2. Ich arbeite derzeit mit 400 kHz und 50% Einschaltdauer. Die Stromschiene hat 15 V und ist sehr entkoppelt, also kein Durchhängen oder ähnliches. Glauben Sie, dass ein hoher ESR auf der Ausgangsobergrenze dies verursachen könnte? Ich benutze derzeit einen Elektrolyt, kann aber auf Keramik umsteigen.
@Brett - Ich meine die Stromschienen vom Drain des Steuer-FET bis zur Source des Sync-FET. Und welche FETs verwendest du? Haben Sie wirklich ~ 5 V Gate-Treiber?
Ich verwende zwei FQP30N06L. Der Gate-Treiber, den ich verwende, ist LM5104, der die beiden Gates mit 12 V antreibt. Der FQP30N06L war bisher die beste Kombination aus niedriger Gate-Kapazität, niedrigem Rdson und hohen Nennströmen, die ich finden konnte. Ich habe die Ausgangselektrolytkappe ausgetauscht und durch eine Keramik ersetzt, und der größte Teil dieser Neigung ist verschwunden. Ich werde prüfen, ob das den Ripple-Strom überhaupt behoben hat.
Während die Keramikkappen die Steigung der Spannungswellenform verbesserten, verbesserten sie die seltsame Stromwellenform nicht sehr. Ich habe auch auf einen 100-mOhm-Messwiderstand statt auf einen 1-Ohm-Widerstand umgestellt, und es schien das Problem auch nicht vollständig zu beheben. Ich habe eine aktuelle Sonde und ein neues Zielfernrohr bestellt, vielleicht sehe ich das Problem damit nicht mehr.
Kennen Sie Abhandlungen oder Artikel, in denen der Schritt in der Welligkeitsstromwellenform aufgrund von Kernverlusten diskutiert wird? In einer anderen Schaltung, in der ich absichtlich beschädigte Induktoren mit unbeschädigten Teilen vergleiche, sehe ich den oben erwähnten Fehler.
@BrettPrudhom - Es ist ein interessanter Effekt, da Induktoren idealerweise keine aktuellen Schritte haben. Aber mit einem beteiligten Kern stimmt das nicht ganz. Die Beispielwellenform in der Antwort stammt aus einer These von Mingkai Mu - vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/19296/… siehe Seite 83. Außerdem gibt es ein Tutorial von APEC 2015 - gecko-simulations.com/ downloads/APEC2015_MagneticTutorial.pdf siehe Seite 43. Dies sind die einzigen mir bekannten guten Beispiele online.

Idealerweise könnte sich der Strom durch die Induktivität nicht sofort ändern, wie dies in Ihrer Spur der Fall ist, sodass etwas nicht ganz stimmt.

Ein Gedanke ist, dass die Gleichtaktunterdrückung der Differenzsonde nicht sehr gut ist, was Sie also sehen, ist ein Teil des Schaltknotensignals gemischt mit der Strommessspannung.

Ein Test besteht darin, beide Enden der Sonde miteinander zu verbinden, sie aber mit dem Widerstand verbunden zu lassen - auf diese Weise gibt es den gleichen Gleichtakt, aber kein Differenzsignal. Sie sollten kein Signal erhalten, wenn Sie dies tun, ist dies eine Einschränkung der Sonde.

Welches Ende der Induktivität haben Sie einen Messwiderstand? Am DC-Ausgangsende sollte nicht viel Wechselspannung anliegen.

Was bedeuten die 100 ms unten? Ist das die Sweep-Rate? Ich hätte erwartet, dass ein Zyklus im Mikrosekundenbereich liegt, nicht 100 ms! Mit welcher Frequenz fährst du?

Ein Ohm ist für einen Strommesswiderstand etwas groß - Sie verlieren an diesem Widerstand ein paar Volt pp. Idealerweise wäre es niedriger, aber Ihr Signal wäre dann auch niedriger.

Hier sind einige Anweisungen für eine einfache Wechselstromsonde , die viel besser wäre als ein Widerstand.

Hallo Kevin, ich habe das CMR der Diff-Sonden überprüft und es scheint in Ordnung zu sein. Ich habe schöne 0 V mit wenig Rauschen erhalten, als ich die beiden Seiten auf beiden Seiten des Messwiderstands miteinander verbunden habe. Ich habe mit dem Messwiderstand auf der Ausgangsseite begonnen, habe ihn aber auch auf der Seite des Schaltknotens ausprobiert und die gleichen Ergebnisse erhalten. Ich habe die '100 ms' noch nie bemerkt und glaube, dass es etwas mit meinem Problem zu tun haben könnte. Ich schalte laut meinem Signalgenerator mit 400 kHz, aber laut diesem Bereich liegt die Schaltfrequenz bei etwa 5 bis 6 Hz. Ich muss bedenken, dass ich eigentlich auf 300kHz schalte
und der Bereich ist falsch, sonst würde ich höchstwahrscheinlich diesen Induktor braten. Ich habe dieses spezielle Zielfernrohr noch nie zuvor verwendet, und ich hatte Auslöseprobleme, also lasse ich es im "Auto-Modus" laufen, wo es zu fegen scheint. Irgendeine Idee, was mit dem Umfang falsch ist? Ich denke, ich werde es mit einem anderen Bereich versuchen.
Bitte beachten Sie die aktualisierte Wellenform in meinem ursprünglichen Beitrag. Danke schön.

Wenn Sie sich Ihre zweite Oszilloskopaufnahme ansehen, scheint es, dass die dreieckige Stromwelligkeit ungefähr di/dt = 1 A/us ansteigt und -1 A/us abfällt. In der Hypothese, dass die resultierenden ca. Die Rechteckwelle, die Sie dem Dreieck überlagert sehen, ist vollständig auf die Induktivität des Strommesswiderstands zurückzuführen:

pk-pk Rechteckwelle = 2 L di/dt = 1 V ==> 500 nH

Ich würde vermuten, dass Sie dort irgendwo Gleichtaktstörungen bekommen. Das kann natürlich nicht das reine Stromsignal sein, weil das di/dt extrem groß ist.

Ihre Wellenform sieht für den Induktorstrom nicht gut aus. Ihr Abwärtswandler ist möglicherweise in Ordnung, aber Sie sind sich nicht sicher. SO können Sie Folgendes tun. Ich habe dies aus anderen Gründen getan und es funktioniert, sodass Sie Ihren Abwärtswandler testen können. Platzieren Sie einen CT in jedem Drain und führen Sie den Ausgang über eine schnelle Diode zu einem Bürdenwiderstand. Dies bedeutet, dass Sie Ihre Geräteströme haben. Ich habe 40: 1 CT auf Eisenpulverkern mit einer schnellen UF4007-Diode und einem 4-Ohm-Bürdenwiderstand verwendet Hergestellt aus 3 parallel geschalteten 12-Ohm-Widerständen. Ihre Werte können unterschiedlich sein, da Sie wahrscheinlich keine 10 Ampere betreiben. Ich verwende einen BNC-Anschluss und ein 50-Ohm-Koaxialkabel direkt zum Oszilloskop. Ein 1-Meter-Kabel ist in Ordnung OK. Sie wollten einen Induktorstrom, verwenden Sie also eine gemeinsame Last, und Ihre Stromwandler müssen für Ihre Betriebsfrequenz geeignet sein.