Kontext
Ich baue einen bidirektionalen zweistufigen Schaltwandler mit 7 kW. Jede Stufe hat ihre eigene Steuerplatine und ihren eigenen Prozessor. Das gesamte System läuft über eine gemeinsame 24-V-Schiene.
Isolationsphase
Zwei H-Brücken auf beiden Seiten eines Transformators, Betrieb bei 18 kHz, 50 % Einschaltdauer, beide Seiten schaltend. Großer dummer Isolator, keine Regulierung. Der Prozessor speist nur die Impulsbreiten ein, schaltet sie beim Start ein und sorgt für eine angemessene Verzögerung über den Transformator. Betrieb einer dsPIC 30F4013, 5-V-Schiene von einem Schaltregler.
Regulierungsphase
Zwei IGBTs in Reihe, laufen mit 12 kHz. Wenn der untere schaltet, verstärkt er aus der Isolationsstufe heraus. Wenn der obere schaltet, buckelt er in die Isolationsstufe. Betreiben eines dsPIC 33EP128MC506, 3,3-V-Schiene von einem Schaltregler.
Das Mysterium
Im Boost-Modus funktioniert das gesamte System einwandfrei, keine Probleme über den gesamten Leistungsbereich. Im Buck-Modus erhalte ich einen Prozessor-Reset, wenn das System etwa die Hälfte des Nennstroms erreicht. Insbesondere der Prozessor der Isolationsstufe wird ziemlich konstant zurückgesetzt, wenn ich einen bestimmten Strombereich erreiche. (Es hängt definitiv mit dem Strom zusammen. Wenn ich meiner Steuersoftware sage, den Strom zu begrenzen, und die Eingangsspannung weiter erhöhe, erhalte ich keine Fehler.) Wenn ich die Konfigurationsbits ändere und den Brownout-Erkennungspegel von 4,5 V auf 2,0 V verschiebe, dieser Prozessor stoppt das Zurücksetzen. Dies deutet für mich stark darauf hin, dass der Prozessor aufgrund eines Brownouts zurückgesetzt wird. Der Inhalt des RCON-Registers ist damit als Reset-Ursache konsistent.
Jetzt kann ich also den Strom weiter erhöhen, aber wenn ich das tue, beginnt der Regelstufenprozessor jetzt mit dem Zurücksetzen! Dieser spezielle Prozessor hat keine Möglichkeit, den Brownout-Pegel zu ändern, aber es ist eine vernünftige Annahme, dass dies die Ursache ist. Das RCON-Register stimmt wieder mit Brownout als Ursache für das Zurücksetzen überein.
Ich habe also zwei Prozessoren, die sich als Reaktion darauf zurücksetzen, wie viel Strom durch meinen Konverter fließt, aber nur in eine Richtung. Es ist vernünftig zu vermuten, dass beide aufgrund eines gemeinsamen Umweltfaktors auf Brownout zurückgesetzt werden. Ich habe versucht, alle gemeinsamen Punkte zwischen ihnen zu trennen, das nachgeschaltete H-Brücken-Laufwerk zu trennen und einige Kabel umzuleiten. Nichts, was ich beschrieben habe, ändert sich. Die einzigen Dinge, die beide Prozessoren noch gemeinsam haben, sind ihre gemeinsame Stromschiene und die physische Nähe.
Scope zeigt keine Abweichung auf den Logikstromschienen. Es gibt ein 18-kHz-Rauschen, aber das ist auch dann vorhanden, wenn ich beide Enden der Oszilloskopsonde an den gemeinsamen Testpunkt anschließe. Ansonsten sehen die Schienen super aus. Ich habe 0,1-uF-Mehrschicht-Keramikkappen an jedem Stromeingang zu beiden Prozessoren und ein 100-uF-Tantal ebenfalls unmittelbar daneben. Eine Erhöhung dieser Kapazitäten hat bisher nichts bewirkt. Beide Leiterplatten sind zweischichtig, wobei ein Kupferbereich auf der unteren Schicht direkt unter jedem Prozessor mit Masse verbunden ist. (Der Prozessor ist als auf der obersten Schicht definiert, also befindet sich dazwischen Platinenmaterial.)
Alles, was ich versuchen könnte, ist eine Art physische Neuanordnung, bei der die Prozessoren von den Leistungskomponenten abgeschirmt werden. Hat jemand andere Vorschläge?
Die H-Brücke auf der Hochspannungsseite der Trennstufe hatte eine sehr hohe Steigung, wenn die oberen Transistoren abschalteten. Das Hinzufügen eines Snubbers der RC-Serie über den Wicklungen begrenzte diese Steigung und verschob das Problem dahin, wo nur ein Prozessor zurückgesetzt wurde, und zwar bei 95 % des Nennstroms. Eine Verdoppelung von C (weitere Halbierung der Steigung) beseitigte das Problem vollständig, bis zu 105 % des Nennstroms.
Schlussfolgerung: Ein hoher dV/dt-Wert an einem nahe gelegenen Konverter kann genügend EMI aussenden, um einen Prozessor zurückzusetzen, und zwar auf eine Weise, die Symptome erzeugt, die einem Brownout entsprechen.
Herzlichen Glückwunsch, Sie haben eine Lösung gefunden. Solche intermittierenden Probleme sind im Allgemeinen eine Herausforderung.
Die Grundursache könnte immer noch geleitete EMI sein, wobei Ihr Snubber das hochfrequente Rauschen auf den Bussen reduziert und dadurch das Problem behebt.
Erwägen Sie, die Filterung Ihrer Logikschienen (einschließlich eines LC-Filters) erheblich zu erhöhen und 10 nF (oder 1 nF oder beides?) Bypass-Kappen über die 100 nF-Bypass-Cs hinzuzufügen, mit dem Ziel, eine niedrige Schienenimpedanz über einen sehr weiten Frequenzbereich bereitzustellen.
Ein weiterer Punkt ist die Kontrolle der Rückströme, insbesondere um den Leistungsstrom von den Prozessorplatinen fernzuhalten.
Lior Bilia
Kvegaoro
Stefan Colling
Stefan Colling
Scott Seidman
Stefan Colling