Routing-Überlegungen für einen Abwärtswandler

Ihre Frage ist sehr vage, weshalb sie wahrscheinlich niemand beantwortet hat.

Ich gehe also davon aus, dass Ihre Frage mehr oder weniger diese beiden spezifischen Fragen sein soll:

1. Wird es funktionieren?

Nein, es wird aus Gründen, die für Ihr Layout irrelevant sind, nicht funktionieren.

Sie sind in die verständlicherweise häufige Falle geraten, „einstellbar“ mit „variabel/variabel“ zu verwechseln. Ein einstellbarer Ausgangsregler bedeutet, dass Sie anstelle einer festen Ausgangsspannung die feste Ausgangsspannung einstellen können , auf die er regelt. Es gibt keine Auswirkung darauf, dass es bei einer Anwendung mit variierender Ausgangsspannung gut oder überhaupt funktioniert . Variieren bedeutet natürlich, dass die geregelte Ausgangsspannung während des Betriebs variiert. Alle einstellbaren Mittel sind, dass Sie einen festen Ausgang einstellen können. Es ist noch während des Betriebs fest. Aus diesem Grund haben alle Beispiele im Datenblatt sowie das Evaluierungsboard feste Ausgänge.

Nun bedeutet der Begriff "einstellbar" auch nicht, dass er nicht in einer Anwendung mit variierender Ausgabe verwendet werden kann. Aber es ist wichtig zu verstehen, dass, wenn ein Teil einstellbar ist, es keinen Grund zu der Annahme gibt, dass Sie die Ausgabe während des Betriebs ändern können oder dass das Teil dafür gedacht oder konstruiert ist. Das muss man Stück für Stück feststellen.

Sie haben einen Hystereseregler mit konstanter Einschaltzeit (COT) ausgewählt, der eine gute Wahl für einen variierenden Ausgang ist, aber dieser Teil wurde nicht dafür entwickelt. COT-Controller sind extrem empfindlich gegenüber Rauschen in ihrem Feedback-Pfad. Normalerweise verfügt ein COT, das für einen variablen Ausgang ausgelegt ist, über einen dedizierten Steuerstift, der nicht direkt im Rückkopplungspfad liegt, wodurch ein Großteil dieser Empfindlichkeit gemildert wird (die spezifischen Mittel hängen vom Teil ab). Beim LM5085 gibt es keinen solchen Pin.

Dies ist wichtig, weil ein COT-Steuergerät mit ziemlicher Sicherheit NICHT tolerieren wird, dass ein etwas lauter Kohlenstoffwischer buchstäblich mechanisch an mehr Kohlenstoff entlang von Fingerabfällen und Katzenabfällen (oder was auch immer) kratzt, die sich auf die Wischeroberflächen gearbeitet haben. Ein Hysterese-Controller ist im Kern ein Komparator-Oszillator, wodurch er eine extrem hohe Verstärkung erhält und durch Rauschen beeinflusst wird, das nicht einmal in einem üblicheren Fehlerverstärker im Strommodus registriert werden würde. Es würde wahrscheinlich nicht einmal ein Potentiometer vertragen, das nur da sitzt, ohne auch während des Betriebs eingestellt zu werden. Wenn Sie es weit genug entfernt platzieren, dass es nicht kapazitiv oder absorbierend (wie bei einer Antenne) an Ihren Schaltknoten koppelt, sind Ihre Spuren sowieso zu lang und fungieren als wunderbare Selbst-EMI-Aufnahmeantennen.

Wenn Sie den Ausgang dieses Controllers variieren möchten, müssen Sie dies ohne lautes elektromechanisches Zeug tun (keine beweglichen Teile erlaubt!) oder den tatsächlichen Widerstand des Rückkopplungspfads variieren. Sie müssen eine Strominjektion verwenden, wahrscheinlich mit einem DAC mit Stromausgang. Ja, das ist eine große Aufgabe. Nein, daran führt kein Weg vorbei. Es ist das oder Sie wählen einen traditionelleren Strommodus-PWM-Controller.

Es ist erwähnenswert, dass das Einspeisen von Strom nicht spezifisch für COTs ist, sondern als sehr effektive, zuverlässige und rauscharme Methode zum Variieren der Ausgangsspannung JEDER Steuerung verwendet werden kann, indem es linear, PWM, hysteretisch usw. ist. Es ist ziemlich universell.

Und, das ist wirklich lächerlich dummes Glück, es gibt tatsächlich einen TI-Blogpost, der demonstriert, wie man genau das tut, was ich mit genau Ihrem Teil beschrieben habe! Yay!

Zweite Frage:

2. Welche Richtlinien sollten Sie bei der Auslegung eines Abwärtswandlers befolgen?

Sie machen sich also hauptsächlich Sorgen um die falschen Dinge oder machen sich viele Sorgen um Dinge, die nicht sehr wichtig sind, und machen sich sehr wenig Sorgen um die Dinge, die wichtig sind.

Zunächst einige kurze Anmerkungen:

1. 5A ist kein wirklich hoher Strom, und Ihr Ausgangsstrom gibt nicht wirklich viel darüber an, welche Ströme in einem Stromkreis auftreten. Bei einem Tiefsetzsteller tritt in bestimmten Bereichen im Allgemeinen ein Vielfaches des Ausgangsstroms auf.

2. Nichts auf Ihrem Board ist hochfrequent/höherfrequent. Hochfrequenz beginnt im Zusammenhang mit dem Layout bei Hunderten von Megahertz und darüber. Nichts, was in Kilohertz gemessen wird, liegt innerhalb von zwei Größenordnungen der Hochfrequenz.

3. Ich denke, Sie verwechseln dV / dT-induziertes Klingeln und Ihre Schaltfrequenz. Wenn diverse Layout App Notes für Switcher von hohen Frequenzen sprechen, hat das nichts mit deiner Schalthäufigkeit zu tun. Tatsächlich klingelt derselbe Konverter bei 400 kHz mit denselben Frequenzen wie bei 40 kHz.

Das hochfrequente EMI / Rauschen, über das gesprochen wird, hängt von der Anstiegszeit dV / dT Ihrer Schalter (in Ihrem Fall MOSFET und Diode) und den parasitären Induktivitäten und Kapazitäten ab, die an Ihrem Schaltknoten beteiligt sind. Denken Sie daran, dass Sie von allem zu allem eine parasitäre Kapazität haben (wenn sich ein Dielektrikum / Isolator dazwischen befindet), und alles, was leitfähig ist, ist auch eine Induktivität. Was bekommen Sie, wenn Sie einen Kondensator oder eine Induktivität in Reihe oder parallel schalten oder sich nur komisch ansehen? Ja, Sie erhalten einen LC-Resonanztank. Normalerweise ist die parasitäre Kapazität zu klein, um eine Rolle zu spielen, aber die Eingangskapazität Ihres MOSFET sowie die Eingangskondensatoren, die Dutzende von Ampere direkt durch den MOSFET in Ihren Schaltknoten leiten, der mit einer Leitung der Induktivität verbunden ist ... sie definitiv egal. Und sie haben genau die richtige Größe, um böse zu machen,

Meistens bleiben sie unbemerkt, weil es einen enorm schnellen Schlag braucht, um eine solche Glocke zu läuten. Leider ist unser MOSFET ziemlich ideal, um diese Glocke anzuschlagen und zum Klingeln zu bringen. Je schneller die Anstiegszeit, desto lauter und höherfrequenter der Klingelton. Sie können es 40.000 Mal pro Sekunde oder 400.000 Mal pro Sekunde einschalten, aber es schaltet sich jedes Mal so schnell und so stark ein, egal wie oft Sie den Schalter pro Sekunde umlegen. Das meine ich damit, dass Ihre Schalthäufigkeit nicht relevant ist.

Bei einem Abwärtswandler ist Ihr Hauptanliegen der Eingang , nicht der Ausgang. Vor allem sollten Sie Ihre Eingangskondensatoren so nah wie möglich am High-Side- und Low-Side-Schalter platzieren. Dies ist Ihr Vermittlungsknoten. Der, der klingelt. Und nah wie möglich bedeutet so nah wie möglich. 1 Nanohenry macht einen bedeutenden Unterschied. Ja, 1 Nanohenry. Jeder Millimeter zählt.

Sie möchten auch, dass die Masse Ihrer Ausgangskondensatoren so nah wie möglich an der Masse Ihrer Eingangskondensatoren liegt. Dies ist jedoch zweitrangig und etwas, das optimiert werden muss, ohne jemals auf Kosten der Nähe der Eingangskondensatoren zu Ihren Schaltern zu gehen. Abwärtswandler arbeiten, indem sie riesige, aber kurze Stromstöße am Eingang absaugen, die der langsameren induktiven Stromrampe vorausgehen, die einen Zyklus unseres Welligkeitsstroms ausmacht.

Also müssen diese TO-220-Teile natürlich weg. Das Blei und der Bonddraht fügen wahrscheinlich allein 5 Nanohenry hinzu! Sie benötigen ein schönes Gehäuse für die Oberflächenmontage mit Drain/Source-Induktivitäten, die in Hunderten von Pikohenry gemessen werden. Nicht irgendein sperriger TO-220, der genauso gut ein Wolkenkratzer sein könnte, wenn er so hoch und weit weg auf diesen Leitungen steht. Millimeter verschwendet.

Oh, und die einzigen Kondensatoren, auf die es ankommt, sind Ihre Keramiken. Elektrolyte haben zu viel ESL, sie sind bei 100 kHz oder 150 kHz, wenn Sie Hochfrequenztypen verwenden, vollständig resistiv und können den Welligkeitsstrom nur filtern, selbst wenn die Frequenz niedrig genug ist. Erinnern Sie sich, wie schnell und hart sich dieser MOSFET einschaltet? Elektrolyte sind absolut nicht in der Lage, Ladung bei den Nanosekunden-Anstiegszeiten zu entladen, die der Schalter erfordert. Ihre Induktivität verhindert dies, und obwohl sie noch nicht einmal das erste Ladungspaar von ihren Platten gelöst haben, hat dieser Schalter Ihre Spannung gesenkt (ohne dass ein kapazitiver Puffer reagieren kann) und Ihre Schaltwelligkeit hat alles, was sie antreibt, zurückgeschossen Ihr DC/DC-Wandler. Bei niedrigen Frequenzen gibt es diese hochfrequenten Harmonischen, die effektiv ungedämpft direkt durch die Elektrolyse gehen.

Elektrolyte sollen den Niederfrequenzabfall ausgleichen und eine große Massenentkopplung bieten, aber sie sind in der Nähe Ihrer primären Schaltschleife nutzlos und sollten selbst bei niedrigeren Frequenzen immer noch einen Keramikkondensator vor sich haben, der Ihrem Schaltknoten am nächsten liegt.

Keramik ist das einzige, was eine Kapazität hat, was das Rauschen betrifft, um das Sie sich Sorgen machen müssen (zumindest von einem Umschalter).

Nun, keines dieser Dinge wird unbedingt verhindern, dass Ihre Schaltung funktioniert. Und dies ist keine vollständige oder detaillierte Anleitung, aber auch hier beantworte ich eine vage Frage und kann daher nur vage Antworten geben. Hoffentlich gibt Ihnen das zumindest ein besseres Bild davon, was vor sich geht, und sollte als guter Ausgangspunkt dienen, um weiter zu lernen.

Ich kann diese Frage später bearbeiten und eine vollständigere Liste hinzufügen, aber ich muss jetzt ins Bett gehen. Es tut uns leid!