Was verursacht große Schwingungen in meinem DC / DC-Aufwärtswandler? Ist das ein Bodenreflex oder ein anderer Effekt?


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Ich habe meine erste Platine für einen DC-DC-Aufwärtswandler entworfen, der nur eine sehr rauschbehaftete Ausgabe erzeugt. Das Design basiert auf dem MIC2253 .
Hier ist ein Schema:

Schema

Obwohl meine Schaltung verschiedene Kombinationen von Eingangsspannungen (Vin) und Ausgangsspannungen (Vout) zulässt. Der Fall, den ich ausprüfe, ist mit Vin = 3.6V und Vout = 7.2V. Die Last war ein 120 Ohm Widerstand. Ich habe das Tastverhältnis D = 0,5 (dh 50%) berechnet. Dies scheint innerhalb der im Datenblatt angegebenen Grenzwerte für den minimalen und maximalen Arbeitszyklus von 10% und 90% zu liegen. Die anderen Komponenten, dh Kappen, Induktivitäten, Widerstände, stimmen mit den Angaben im Anwendungsbeispiel überein oder entsprechen diesen.

Das Design scheint die richtige Effektivwert-Hochsetzspannung am Ausgang zu liefern, aber nach Betrachtung des Signals durch ein Oszilloskop sehe ich periodisch gedämpfte sinusförmige Spannungsoszillationen, die durch das Schalten der Induktivität ausgelöst zu werden scheinen. Ich sehe die gleichen Schwingungen auf fast jedem Bodenpunkt der Platine. Die Schwingungen am Ausgang sind groß, dh 3 V Spitze zu Spitze. Nachdem ich ein bisschen recherchiert habe, scheint es, dass meine Probleme nicht nur bei meiner Wahl des Konverters liegen, sondern auch bei Problemen mit meinem PCB-Layout (siehe Links unten). Ich bin nicht sicher, wie ich mein Layout korrigieren soll, um akzeptable Ergebnisse zu erzielen.

Diese Dokumente scheinen für das Debuggen des Problems hilfreich zu sein:

Ich habe drei Bilder angehängt. "original pcb.png" enthält ein Bild des Boards, mit dem ich Probleme habe. Es ist eine 2-Lagen-Platte. Rot ist das oberste Kupfer. Blau ist unteres Kupfer.

original pcb.png

"current loops.jpg" zeigt das Prototyp-Board mit orangefarbenen und gelben Überlagerungen der beiden verschiedenen Strompfade, die zum Laden (orange) und Entladen (gelb) des Induktors verwendet werden. In einem der Artikel ( http://www.physics.ox.ac.uk/lcfi/Electronics/EDN_Ground_bounce.pdf ) wurde vorgeschlagen, dass sich die beiden Stromschleifen nicht im Bereich ändern sollten. Daher habe ich versucht, die Änderung zu minimieren im bereich in einem neuen layout habe ich in "pcb_fix.png" angefangen. Ich habe die ursprüngliche Platine gehackt, damit sie näher an diesem neuen Layout liegt, aber die Leistung der Platine hat sich nicht geändert. Es ist immer noch laut! Die Qualität des Hacks ist nicht so gut wie in "pcb_fix.png" gezeigt, es ist jedoch eine faire Annäherung. Ich hätte eine gewisse Verbesserung erwartet, aber ich habe keine gesehen.

aktuelle loops.jpg

pcb_fix.png

Ich bin mir immer noch nicht sicher, wie ich das beheben soll. Vielleicht verursacht der Bodenausfluss zu viel parasitäre Kapazität? Vielleicht haben die Kappen zu viel Impedanz (ESR oder ESL)? Ich glaube nicht, weil sie alle Keramik-Multilayer sind und die Werte und das dielektrische Material haben, die vom Datenblatt, dh X5R, verlangt werden. Vielleicht haben meine Spuren zu viel Induktivität. Ich habe eine abgeschirmte Induktivität gewählt, aber ist es möglich, dass ihr Magnetfeld meine Signale stört?

Jede Hilfe wäre sehr dankbar.

Auf Wunsch eines Posters habe ich einige Oszilloskopausgaben unter verschiedenen Bedingungen eingefügt.


Ausgang, AC-gekoppelt, 1 M Ohm, 10-fach, BW-Grenze AUS:
1M Ohm, 10X, BW-Grenze AUS


Ausgang, AC-gekoppelt, 1 M Ohm, 10-fach, BW-Grenze AUS:
1M Ohm, 10X, BW-Grenze AUS


Ausgang, AC-gekoppelt, 1M Ohm, 10X, BW-Grenze 20Mhz:
1M Ohm, 10X, BW Limit 20Mhz


Ausgang, AC-gekoppelt, 1M Ohm, 1X, BW-Grenze 20MHz, 1uF, 10uF, 100nF-Kappen und 120 Ohm Widerstand-Nebenschlussausgang, dh sie sind alle parallel:
1M Ohm, 1X, BW-Grenze 20 Mhz, 1uF, 10uF, 100nF-Kappen und 120 Ohm Widerstandsnebenschlussausgang


Schaltknoten, DC-gekoppelt, 1M Ohm, 10X, BW-Grenze AUS

Schaltknoten, DC-gekoppelt, 1M Ohm, 10X, BW-Grenze AUS


Schaltknoten, AC-gekoppelt, 1 M Ohm, 10-fach, BW-Grenze 20 Mhz

Schaltknoten, AC-gekoppelt, 1 M Ohm, 10-fach, BW-Grenze 20 Mhz

HINZUGEFÜGT: Ursprüngliche Schwingungen werden stark gedämpft, jedoch treten bei höherer Belastung neue unerwünschte Schwingungen auf.

Bei der Implementierung mehrerer der von Olin Lathrop vorgeschlagenen Änderungen wurde eine starke Abnahme der Schwingungsamplitude beobachtet. Das Zerhacken der ursprünglichen Platine zur Annäherung an das neue Layout hat etwas geholfen, indem die Oszillationen von Spitze zu Spitze auf 2 V gesenkt wurden:

Hack um neues Layout zu approximieren

Es wird mindestens 2 Wochen und mehr kosten, um neue Prototypenplatinen zu erhalten. Daher vermeide ich diese Bestellung, bis die Probleme behoben sind.

Die Hinzufügung zusätzlicher 22uF-Keramikkondensatoren machte nur einen vernachlässigbaren Unterschied. Die überwältigende Verbesserung bestand jedoch darin, einfach eine 22-µF-Keramikkappe zwischen die Ausgangsstifte zu löten und das Signal über die Kappe zu messen. Dadurch wurde die maximale Rauschamplitude von Spitze zu Spitze auf 150 mV gebracht, ohne dass die Bandbreite des Oszilloskops eingeschränkt wurde !! Madmanguruman schlug einen ähnlichen Ansatz vor, mit der Ausnahme, dass er vorschlug, die Sondenspitze anstelle der Schaltung zu ändern. Er schlug vor, zwei Kappen zwischen den Boden und die Spitze zu setzen: eine 10uF-Elektrolyt- und eine 100nF-Keramik (parallel dazu nahm ich an). Außerdem schlug er vor, die Bandbreite der Messung auf 20 MHz zu begrenzen und die Sonden auf 1x zu legen. Dies schien ebenfalls eine geräuschdämpfende Wirkung in etwa der gleichen Größenordnung zu haben. neue Keramikkappe am Ausgang bringt die meisten Klingeltöne zum Erliegen

Ich bin mir nicht sicher, ob dies ein akzeptabel niedriger Grundrauschen oder sogar eine typische Rauschamplitude für einen Schaltwandler ist, aber es ist eine massive Verbesserung. Dies war ermutigend und ich fuhr fort, die Robustheit der Rennstrecke unter größerer Belastung zu testen.

Leider erzeugt die Schaltung unter schwerer Belastung ein neues seltsames Verhalten. Ich habe die Schaltung mit einer ohmschen Last von 30 Ohm getestet. Obwohl die Platine die Eingangsspannung immer noch wie gewünscht anhebt, hat der Ausgang jetzt einen Niederfrequenz-Sägezahn- / Dreieckwellenausgang. Ich bin nicht sicher, was dies anzeigt. Es sieht für mich so aus, als würde ein konstanter Strom die Ausgangskappe mit einer viel niedrigeren Frequenz als der Schaltfrequenz von 1 MHz laden und entladen. Ich bin mir nicht sicher, warum das passieren würde.

Ausgabe unter schwerer Last

Das Prüfen des Vermittlungsknotens unter den gleichen Testbedingungen zeigte ein unordentliches Signal und schreckliche Oszillationen.

Vermittlungsknoten unter starker Last Schaltknoten unter starker Last gezoomt

Lösung gefunden

Die Frage wurde beantwortet und die Schaltung funktioniert einwandfrei. Das Problem hing in der Tat mit der Stabilität des Regelkreises zusammen, wie Olin Lathrop vorschlug. Ich erhielt vielleicht großartige Vorschläge, aber Olin war der einzige, der diese Vorgehensweise vorschlug. Ich schreibe ihm daher die richtige Antwort auf meine Frage zu. Ich bin jedoch sehr dankbar für die Hilfe aller. Einige der Vorschläge waren für die Verbesserung des Designs noch relevant und werden in die nächste Überarbeitung des Boards einfließen.

Ich war gezwungen, dem Rat von Olin zu folgen, auch weil ich bemerkte, dass die Frequenz des Sägezahn- / Dreieckausgangs die gleiche Häufigkeit des Auftretens aufwies wie der Rechteckwellenanteil des Signals am Vermittlungsknoten. Ich dachte, dass der Anstieg der Spannung am Ausgang darauf zurückzuführen ist, dass die Induktivität erfolgreich erregt wurde, und der Abfall darauf zurückzuführen ist, dass die Induktivität während des oszillierenden Teils des Signals am Schaltknoten nicht ausreichend erregt wurde. Es machte Sinn, dass dies aus diesem Grund ein Stabilitätsproblem war.

Indem ich dem Vorschlag von Olin folgte, den Kompensationsstift näher zu betrachten, stellte ich fest, dass eine Erhöhung der Kapazität des RC-Netzwerks auf dem Kompensationsstift die Stabilität des Regelkreises wiederherstellte. Der Effekt, den dies auf den Vermittlungsknoten hatte, war signifikant, wie aus der Rechteckwellenausgabe ersichtlich ist:

schaltknoten mit festem rc auf comp pin

Die Niederfrequenz-Sägezahn / Dreieck-Welle wurde eliminiert.

Ausgabe nach comp rc fix

Möglicherweise ist am Ausgang noch Hochfrequenzrauschen (100 MHz) vorhanden. Es wurde jedoch vermutet, dass dies nur ein Artefakt der Messung ist und verschwindet, wenn die Bandbreite des 200-MHz-Oszilloskops auf 20 MHz begrenzt ist. Die Ausgabe ist an dieser Stelle ziemlich sauber:

Endgültige Ausgabe mit begrenzter Bandbreite

Ich nehme an, dass ich noch einige Fragen zum Hochfrequenzrauschen habe. Ich denke jedoch, dass meine Fragen allgemeiner und nicht spezifisch für diese Debugging-Frage sind. Daher endet der Thread hier.


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Danke für die Antwort. Ich habe das empfohlene Layout nicht befolgt, weil meine Schaltung etwas anders war, dh ein paar weitere Komponenten enthielt. Ich würde auch nichts lernen, wenn ich das Layout kopiere. Es war mein Ziel, Prinzipien und Best Practices für das Layout zu erlernen. Das Vin = 3,6 V Vout = 7,2 V. Ich bin mir nicht sicher über den Arbeitszyklus. Last war ein 120 Ohm Widerstand.
Dave.Mech.Eng

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Sie sollten die Wellenformen, die Sie beschreiben, posten. Auch ein digitales Foto der Zielfernrohranzeige wäre hilfreich. Ein Schaltplan wäre auch nützlich.
Adam Lawrence

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@Olin - Sie wurden mehrmals von großen Bildern gestört. Stimmt etwas mit Ihrem Browser nicht? In Chrome (und jedem anderen Browser, den ich kenne / verwendet habe) ist das Bild genauso breit wie die Frage (hier ist ein großer Screenshot, der zeigt, was ich sehe: i.stack.imgur.com/iyNZk.png ) , und Sie können mit der rechten Maustaste -> "Bild in neuem Tab anzeigen" klicken und es wird an die Größe Ihres Fensters angepasst. Die Fähigkeit, in ein oder zwei Minuten Antworten zu geben, ist normalerweise ein Zeichen für eine zu einfache Frage. Es sollte 15 Minuten bis eine halbe Stunde dauern, um eine Antwort auf eine wirklich gute Frage zu finden.
Kevin Vermeer

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@OlinLathrop - Welcher Browser, welche Browserversion, welches Betriebssystem und welche Betriebssystemversion? Mit weiteren Details können wir das Problem reproduzieren, Nachforschungen anstellen, einen Fehlerbericht einreichen und den Fehler beheben. Ich bin schockiert, dass es in dieser Größe gerendert wird. all.cssenthält die Regel .post-text img { max-width: 630px; }, das sollte jedes Bild auf jedem Post auf eine vernünftige Größe ändern. Ich habe keine Einwände gegen das Posten großer Bilder. Sie werden in PNG recht gut komprimiert, und wir können das Bild in einem neuen Tab öffnen und es vergrößern, um beispielsweise Pin-Überlappungen und Raster-Übereinstimmungsfehler zu überprüfen.
Kevin Vermeer

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@Olin Lathrop: Ich würde ernsthaft empfehlen, Ihren Browser zu aktualisieren. IE6 war XPs Standard vor Service Packs, Win2k ist möglicherweise IE5. Ich denke, Sie werden feststellen, dass die meisten Websites heutzutage diese einfach nicht unterstützen. Ich bin überrascht, dass diese Seite überhaupt nutzbar ist. Die Bildgröße würde jedoch eine übermäßige Downloadzeit verursachen (da die Größenänderung vom Browser vorgenommen wird) ... sodass Ihr Punkt weiterhin gültig ist.
Darron

Antworten:


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Ihr Schaltplan ist übermäßig groß und verwirrend angeordnet, was die Leute davon abhält, darauf zu reagieren. Zeichnen Sie keine Erdungen nach oben, es sei denn, die Teile stammen tatsächlich von einer negativen Spannung. Wenn Sie möchten, dass andere sich einen Schaltplan ansehen, geben Sie ihnen etwas Respekt. Lassen Sie uns nicht den Kopf neigen, um Dinge zu lesen, und achten Sie darauf, dass sich der Text nicht mit anderen Teilen der Zeichnung überschneidet. Die Beachtung dieser Details hilft nicht nur Ihrer Glaubwürdigkeit, sondern zeigt auch den Respekt derer, bei denen Sie einen Gefallen suchen. Ich habe diese Frage schon früher gesehen, aber das alles hat mich zum Nachdenken gebracht "zu viel Ärger, scheiß drauf", und dann bin ich zu etwas weitergegangen, das weniger problematisch ist.

Sie gaben uns eine Menge Details, vergaßen aber die offensichtlichen Probleme auf hoher Ebene. Welche Spannung soll der Ausgang haben? Sie haben erwähnt, dass Sie irgendwo in Ihrem langen Schreiben Boosting durchgeführt haben, aber es scheint, als würde "7.2V" vom Ausgangsanschluss geschrieben. Dies stimmt nicht mit "2.5V-10V" überein, die vom Eingang geschrieben wurden. Aus der Verdrahtung von Induktivität, Schalter und Diode ergibt sich eine Boost-Topologie. Dies funktioniert nicht, wenn der Eingang die gewünschte Ausgangsspannung überschreitet. Was sind Ihre tatsächlichen Eingangs- und Ausgangsspannungen? Bei welchem ​​Strom?

Nun zum Klingeln. Erstens sind einige dieser Dinge eindeutig Scope-Artefakte. Sie haben eine sehr kleine Induktivität (2,2µH). Ich habe mir das Datenblatt des Controllers nicht angesehen, aber das klingt überraschend leise. Mit welcher Schaltfrequenz soll der Regler arbeiten? Wenn es nicht ein MHz oder mehr ist, bin ich skeptisch hinsichtlich der Wahl von 2,2 µH für den Induktor.

Sehen wir uns einige Ihrer Oszilloskopspuren an:

Dies zeigt tatsächlich einen vernünftigerweise erwarteten Schaltimpuls. Daraus können wir auch erkennen, dass die Schaltfrequenz zumindest in diesem Fall 1 MHz beträgt. Ist es das, was du beabsichtigt hast?

Die Spur beginnt links bei geschlossenem Schalter, damit sich der Induktor auflädt. Der Schalter öffnet bei 100 ns und der Induktorausgang steigt daher sofort an, bis sein Strom durch D1 fließt. Das ist bei 8 V, die Ausgangsspannung ist also anscheinend ungefähr 7,5 V, wenn man bedenkt, dass D1 eine Schottky-Diode ist, aber einen großen Stromimpuls erhält (es wäre gut zu wissen, wie groß oder zumindest wie groß der Durchschnitt ist). Dies dauert 300 ns, bis der Induktor bei t = 400 ns entladen ist.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgangsseite des Induktors offen und nur mit der parasitären Kapazität gegen Masse verbunden. Die Induktivität und diese parasitäre Kapazität bilden einen Tankkreis, der das Klingeln erzeugt. Es gibt nur zwei Zyklen dieses Klingelns vor dem nächsten Impuls, aber beachten Sie, wie es leicht abfällt. Die kleine verbleibende Energie, die nach dem Abschalten der Diode in der Induktivität verblieben ist, schwappt nun zwischen dieser und der Kapazität hin und her, aber jeder Zyklus, den ein wenig durchläuft, geht verloren. Dies ist alles wie erwartet und eines der charakteristischen Merkmale dieser Art von Schaltnetzteil. Beachten Sie, dass die Klingelfrequenz ca. 5 MHz beträgt. Bei einem echten kommerziellen Design müssen Sie vorsichtig sein, um eine Abstrahlung zu vermeiden. Dieses Klingeln kann tatsächlich die Hauptemission eines Schaltnetzteils sein.

Wir können auch sehen, dass das Klingeln etwas unter 4 V abfällt, was uns sagt, welche Eingangsspannung Sie in diesem Fall verwendet haben. Dies bestätigt, dass es wirklich als Aufwärtswandler mit etwa 2-facher Aufwärtsbewegung arbeitet, zumindest in diesem Fall. Die 2x-Erhöhung wird auch durch die ungefähr gleichen Lade- und Entladephasen des Induktors bestätigt, die in diesem Fall jeweils 300 ns betragen.

Die Phase des freien Klingeltankkreislaufs wird abrupt beendet, wenn der Schalter bei t = 800ns wieder eingeschaltet wird. Der Schalter bleibt für etwa 300 ns eingeschaltet, um den Induktor aufzuladen, und der Vorgang wird mit einer Zeitspanne von etwa 1 us wiederholt.

Diese Bereichsverfolgung zeigt tatsächlich, dass die Dinge wie erwartet funktionieren. Hier gibt es keine rauchende Waffe.

Sie beschweren sich über Ausgangsschwingungen, aber leider zeigt keine Ihrer Oszilloskopspuren dies. Die ersten sind nicht aussagekräftig, da sie höchstwahrscheinlich Oszilloskopartefakte und Gleichtakt-Bodenprellen als Differenzsignal anzeigen. Sogar dieser:

Erzählt uns nicht viel. Beachten Sie die empfindliche Spannungsskala. Bei 20 mV / Teilung ist hier nichts überraschend. Zum Teil sind dies mit ziemlicher Sicherheit die Gleichtakttransienten, die das Oszilloskop verwirren und als Differenzsignal erscheinen lassen. Die langsameren Teile sind die leitende und die nicht leitende Diode, und der Stromimpuls wird vom Kondensator teilweise absorbiert.

Das alles hängt also davon ab, wo genau das Problem liegt. Wenn Sie über mehrere Schaltzyklen große Spannungsschwankungen am Ausgang feststellen, zeigen Sie dies. Das ist es, worüber ich dachte, dass Sie sich ursprünglich beschwert haben. Wenn dies der Fall ist, schauen Sie sich das Kompensationsnetzwerk für den Switcher-Chip genau an. Ich habe das Datenblatt nicht nachgeschlagen, aber aufgrund des Namens "comp" für Pin 12 und der Tatsache, dass C4 und R2 damit verbunden sind, ist dies mit ziemlicher Sicherheit das Netzwerk zur Kompensation von Rückkopplungen. Normalerweise geben Datenblätter nur an, was zu verwenden ist, und geben Ihnen nicht genügend Informationen, um trotzdem Ihre eigenen Werte zu ermitteln. Lesen Sie diesen Abschnitt des Datenblattes sorgfältig durch und prüfen Sie, ob Sie alle Bedingungen für die Verwendung der von Ihnen vorgenommenen Werte erfüllt haben. Das sind die empfohlenen Werte für diesen Teil, oder?

Hinzugefügt:

Ich wollte das schon erwähnen, aber es ist durch die Risse gerutscht. Sie müssen sicherstellen, dass der Induktor nicht gesättigt ist. Dies kann zu allen möglichen unangenehmen Problemen führen, einschließlich großer Transienten und Kontrollinstabilität. Die erste von mir kopierte Oszilloskopspur zeigt, dass der Induktor für 300 ns mit ca. 3,8 V aufgeladen wird. 3,8 V x 300 ns / 2,2 uH = 518 mA. Das ist in diesem Fall der Spitzeninduktivitätsstrom. Das ist jedoch bei einem eher geringen Ausgangsstrom. Wiederum können wir aus der Oszilloskopspur schließen, dass der Ausgangsstrom nur etwa 75-80 mA beträgt. Bei höheren Ausgangsströmen steigt der Spitzeninduktivitätsstrom an, bis der Regler schließlich im Dauerbetrieb läuft (ich vermute, aber das ist wahrscheinlich). Sie müssen sicherstellen, dass der Induktivitätsstrom seine Sättigungsgrenze nicht über den gesamten Bereich überschreitet. Wonach ist der Induktor ausgelegt?

Hinzugefügt2:

Ich denke, hier gibt es zwei grundlegende Probleme:

  1. Sie erwarten, dass ein Schaltnetzteil ein geringes Rauschen aufweist, wie Sie es bei linearen Netzteilen gesehen haben. Das ist nicht zumutbar.

  2. Sie erhalten eine Vielzahl von Messartefakten, durch die die Ausgabe viel schlechter aussieht als sie tatsächlich ist.

Ihr ursprüngliches Layout hat nicht geholfen. Der zweite ist besser, aber ich möchte noch ein paar Verbesserungen sehen:

Leider haben Sie die tStop-Ebene aktiviert, um zu überladen, was wir wirklich sehen wollen, aber ich denke, wir können dieses Bild immer noch entziffern.

Sie haben jetzt einen direkten Pfad von der Diode durch die Ausgangskappe zurück zur Erdungsseite der Eingangskappe, ohne über die Erdungsebene zu schneiden. Das ist eine große Verbesserung gegenüber dem Original. Sie haben jedoch die Grundebene mit einem großen L-förmigen Schlitz in der Mitte aufgebrochen, der sich bis zur Unterkante erstreckt. Der linke und der rechte Teil des Bodens der Grundplatte sind nur über einen langen Umweg miteinander verbunden. Dies kann leicht behoben werden, indem der übermäßige Abstand um einige Ihrer Netze verringert und einige Teile nur geringfügig bewegt werden. Zum Beispiel gibt es keinen Grund, warum die beiden sehr großen Durchkontaktierungen rechts vom + -Eingang nicht ein bisschen weiter voneinander entfernt sein könnten, damit die Masseebene zwischen ihnen fließt. Das Gleiche gilt für R3 links zwischen der Kathode der Diode und C5 sowie zwischen der Platinenkante und D1.

Ich denke auch, dass Sie vor und nach dem Umschalter zu wenig Kapazität haben. Ändern Sie C1 auf 22µF wie C5 und fügen Sie eine weitere Keramikkappe direkt zwischen die beiden Stifte von JP2.

Probieren Sie ein neues Experiment mit dem neuen Layout aus. Löten Sie manuell eine weitere 22µF-Kappe direkt zwischen die Stifte von JP2 auf der Unterseite der Platine. Befestigen Sie dann die Erdung der Oszilloskopsonde am "-" - Stift (nicht an einem anderen Erdungspunkt auf der Platine, sondern direkt am "-" - Stift ) und haken Sie die Sonde selbst am "+" - Stift ein (ebenfalls direkt am Stift), nicht irgendein anderer Punkt auf dem Ausgangsspannungsnetz). Vergewissern Sie sich, dass an der Platine nichts anderes angeschlossen ist, einschließlich anderer Oszilloskopsonden, Erdungsklemmen, Erdungsdrähte usw. Der einzige andere Anschluss sollte die Batterie sein, die auch nicht an andere Geräte angeschlossen werden darf. Halten Sie diesen Aufbau mindestens einen Fuß oder so von anderen leitenden Gegenständen entfernt, insbesondere von geerdeten Gegenständen. Schauen Sie sich nun die Ausgangswellenform an. Ich vermute, Sie werden wesentlich weniger von dem Rauschen sehen, das im ersten von Ihnen geposteten Scope-Trace aufgetreten ist.


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Olin, vielen Dank für deine beträchtlichen Einsichten. Sie sind eindeutig ein Experte und ich lerne viel aus Ihrer Analyse und Ihrem Denkprozess. Ich schätze den hohen Standard, auf dem Sie von einem Fragenplakat bestehen. Ich stimme in einigen Fällen zu, dass ich grundlegende Informationen ausgelassen habe, die ich jetzt korrigiert habe, indem ich sie in die ursprüngliche Frage eingearbeitet habe. Obwohl ich ein ausgebildeter und erfahrener Maschinenbauingenieur bin, gibt es praktisch keine Ausbildung und Erfahrung in der Elektrotechnik. Ich meinte keine Respektlosigkeit, indem ich nicht die schematischen Zeichnungsstandards erfüllte, die ich noch nicht gelernt habe.
Dave.Mech.Eng

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Vin = 3,6 V, Vout = 7,2 V. Die Schaltfrequenz beträgt in der Tat 1 MHz und ist nicht vom Benutzer wählbar. Obwohl es sich um eine Induktivität mit geringem Wert (2,2 uH) handelt, ist dies im Datenblatt angegeben. Sein Sättigungsstrom beträgt 4,2A. Dies ist die Induktivität, die ich verwende: ( search.digikey.com/ca/en/products/NR6028T2R2N/587-2098-1-ND/… ). Ich verwende den empfohlenen Wert für Widerstand und Kondensator am Comp-Pin. Vielen Dank für Ihren Einblick in das Geschehen am Vermittlungsknoten. Ich habe das Signal dort nicht verstanden, bis ich Ihre Erklärung gelesen habe.
Dave.Mech.Eng

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@ DaveMech: Das Gesamtproblem hängt immer noch davon ab, was genau das Problem ist, das Sie sehen? Stört Sie der scheinbare Puls durch Pulsrauschen am Ausgang oder größere und langsamere Spannungsschwankungen? Es wäre hilfreich, wenn Sie meinen Post durchgehen und die von mir gestellten Fragen konkret beantworten würden. Ich habe jeden nach einem Grund gefragt, ob der Grund für Sie offensichtlich ist oder nicht. Sie haben die Eingangs- und Ausgangsspannungen und -ströme (3,6 V in, 7,2 V und 60 mA out) gelöscht, aber die anderen Fragen bleiben offen.
Olin Lathrop

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@ DaveMech: Ich sehe, dass du geantwortet hast, als ich meinen letzten Kommentar getippt habe. Es hört sich so an, als ob die Dinge wie vorgesehen funktionieren und der Induktor definitiv nicht gesättigt ist. Jetzt bin ich mir nicht wirklich sicher, was die allgemeine Beschwerde ist.
Olin Lathrop

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Danke Olin, deine Anleitung zum Kompensationsnetzwerk war korrekt. Es gab eine Kontrollinstabilität, die jetzt behoben wurde. Ich habe die Frage mit der Lösung aktualisiert, wenn Sie interessiert sind. Ich werde Ihre Vorschläge zum Layout umsetzen. Danke für Ihre Hilfe.
Dave.Mech.Eng

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Ich würde zuerst prüfen, ob das Problem, dem Sie nachjagen, tatsächlich vorliegt und kein Artefakt aufgrund einer schlechten Erdung des Oszilloskops ist. Ich habe einige Stunden damit verbracht, Rauschen auf Stromversorgungsschienen zu jagen, und festgestellt, dass es (beinahe) verschwunden ist, als ich den Erdungsanschluss am Oszilloskopsensor anstelle eines separaten Kabels zum Oszilloskop verwendet habe.


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Danke für den Vorschlag. Ich habe die Aligator-Clip-Leitungen an meiner Sonde zur Erde verwendet. Ich habe mich entschlossen, diese Erdungsmethode durch einen Erdungsring an der Sonde zu ersetzen, um eine noch niedrigere Induktivität für die Erdung zu erzielen. Ich messe immer noch das Geräusch.
Dave.Mech.Eng

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Die Messung der "richtigen" Welligkeit und des Rauschens in der Welt der Stromversorgung erfolgt sehr spezifisch, um das Aufnehmen von CM-Rauschen zu vermeiden.

10μF100nF1MΩ

Wenn die Wellenform, die Sie jetzt sehen, radikal anders aussieht, würde ich den Schluss ziehen, dass Ihre ursprüngliche Messung aufgrund der CM-Abtastung fehlerhaft war. Andernfalls liegt ein legitimes Geräuschproblem vor.

Update 1: Ich sehe, dass Sie AGND und PGND sowohl in Ihrem Schaltplan als auch in Ihrem Layout fest verdrahtet haben und dass Ihre Kompensationskomponenten getrennt vom AGND-Pin auf die Leistungserde gehen. Das ist "eine schlechte Sache". Schauen Sie sich das Micrel-Referenzlayout genau an. Die Kompensations- und Sanftanlaufkondensatorrückführungen werden alle zu einer privaten Masse geleitet, die dann mit AGND und dann mit PGND verbunden wird. Dies stellt sicher, dass kein starker Schaltstrom die empfindlichen Kompensations- und Steuerkomponenten stört.

Es scheint ein HF-Klingeln zu geben, wenn sich Ihr Schalter einschaltet, gemessen an der von Ihnen bereitgestellten Wellenform des Schaltknotens. Dieser IC gibt Ihnen keine Kontrolle über die Ein- und Ausschaltzeit (der FET ist integriert), daher müssen Sie möglicherweise eine andere Boost-Gleichrichterdiode ausprobieren oder einige Dämpfungsglieder hinzufügen, um das Klingeln zu dämpfen.


Danke für den Vorschlag. Ich nehme an, CM steht für Common Mode? Ich habe die von Ihnen vorgeschlagenen Komponenten anstelle der Sonde zu meiner Schaltung hinzugefügt, da dies elektrisch äquivalent ist und meine Sonde nicht beschädigt. Ich habe auch die Bandbreite begrenzt und meine Sonde auf 1x gestellt. Das Rauschen wurde von 3 V pp auf 120 mV pp stark reduziert. Aber ist das nicht Betrug? Durch die Begrenzung der Bandbreite ignoriere ich einfach höhere Frequenzen, bei denen das Rauschen liegt. Nur weil ich es nicht anschaue, heißt das nicht, dass es nicht da ist.
Dave.Mech.Eng

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Die 1x-Sonde und die zusätzlichen Kappen belasten den Stromkreis nur am Testpunkt und beeinflussen somit stark, was ich zu messen versuche. Daher verdirb ich einfach meine Messung, indem ich die Schaltung lade. Auch hier verstecke ich, was durch das Laden der Schaltung existiert, aber die Quelle und Ursache des Rauschens existiert immer noch.
Dave.Mech.Eng

Alle großen Energieversorgungsunternehmen wenden diese Methode an. Viele Kunden geben diese Methode direkt in ihre Spezifikationen ein. Sie können nicht davon ausgehen, dass das, was Sie sehen, tatsächlich Welligkeit und Rauschen ist, es sei denn, Sie treffen Vorkehrungen, um zu verhindern, dass Ihre Sonde CM-Rauschen aufnimmt. Link 1 Link 2 Haftungsausschluss: IAAPSD (Ich bin ein Netzteil-Designer)
Adam Lawrence

Madmanguruman, vielen Dank für Ihre Links und Ratschläge. Ich hatte vorher noch nichts von CM-Rauschen oder diesen Testspezifikationen gehört. Ich werde weiterhin mehr über CM-Rauschen und Messtechniken lesen und hoffe, dass ich zu einem Verständnis kommen kann, das dieses Problem löst. Ich habe das Gefühl, dass es immer noch zu viel Rauschen gibt, um nur ein aktuelles CM-Problem zu sein. Es wird einige Arbeit meinerseits erfordern, um dieses Problem zu lösen. Danke für Ihre Hilfe.
Dave.Mech.Eng 30.11.11

Antwort auf update1: Ich habe versucht, das Problem der Trennung von analogen und digitalen Gründen im Layout zu beobachten. Der Grund, warum Sie dies im Schaltplan nicht sehen, ist, dass die von mir verwendete EDA-Software Cadsoft Eagle es Ihnen nicht erlaubt, zwei Gründe zu verbinden, ohne den Netznamen eines der Gründe mit dem anderen zu überschreiben. Ich habe Adlerteile hergestellt, mit denen zwei Gründe auf dem Schaltplan verbunden werden können, während ihre Netznamen beibehalten werden und die auf dem Layout elektrisch verbunden sind. Dies führt jedoch zu DRC-Fehlern im Layout aufgrund überlappender Leiter mit unterschiedlichen Netznamen.
Dave.Mech.Eng

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Ich denke, dass Ihr Layout für den Regler viel zu groß ist - überprüfen Sie das bereitgestellte Beispiel im Datenblatt:

MIC2253 Empfohlenes Layout

Alle Filter befinden sich direkt neben dem IC (insbesondere C5). Ihre Ausgabekappe zum Beispiel (C5) scheint mehr als einen Zoll vom IC entfernt zu sein. Wenn Sie C3 so weit weg haben, wie Sie es für die Spannungsauswahl tun, kann dies ebenfalls zu einem Problem führen. (Rauschen am FB-Pin kann zu einem fehlerhaften Schalten führen.)

Lassen Sie sich von diesem Artikel nicht in die falsche Richtung lenken. Ich bin mir sicher, dass die Punkte zu Loop-Größe und -Orientierung wichtig sind. Wahrscheinlich ist es am wichtigsten,

  • Minimieren Sie die Länge des SW-Knotens (Ihr Knoten reicht aus, um D1 zu erreichen). Bewegen Sie den D1 / L1-Übergang direkt zur Ecke des IC.

  • Reduzieren Sie die Größe der Schleife so weit wie möglich.

Ich würde auch ein wenig mehr Headroom für Ihre Ausgangsspannung zulassen - Ihre schematische Spezifikation 16 V, aber Sie haben eine Ausgangsspannungsauswahl bei 15 V.

Ich bin kein Experte für SMPS, hatte aber in der Vergangenheit einige Erfolge und Misserfolge.


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vereinbart: 1MHz-Umschaltung ist schnell und muss so kompakt wie möglich sein.
Jason S

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Dies ist eine totale Vermutung und ich habe mir das Chip-Datenblatt nicht angesehen, aber C1 scheint ein bisschen klein zu sein. Haben Sie versucht, diesen Kerl auf 100uF zu bringen?


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Danke für den Vorschlag. Ich habe die Eingangskappe (ieC1) angehoben, indem ich eine weitere 22-μF-Keramik parallel zu der im Datenblatt empfohlenen 2,2-μF-Kappe gelötet habe. Dies sollte über dem 10-fachen der empfohlenen Mindestkapazität liegen. Dies hatte keine Wirkung. Außerdem habe ich versucht, eine 1-mF-Elektrolytkappe auf den Eingang meiner Schaltung zu kleben. Dies ist nicht weit von C1 und ist effektiv parallel dazu. Dies hatte ebenfalls keine Auswirkung.
Dave.Mech.Eng 29.11.11
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