Woher kommen die Schwingungen an der Ausgangsspannung meines Abwärtswandlers?

Ich baue gerade einen Abwärtswandler. Seine Hauptparameter sind die folgenden:

• 24V Eingang
• 5V / 3A Ausgang
• Durch das Schalten von Power-LEDs (~ 2A) verursachte hohe Lasttransientenströme aushalten

Ich habe einen synchronen Abwärtswandler von TI ausgewählt, der in Bezug auf elektrische Eigenschaften, Verpackung und Kosten meinen Anforderungen entspricht: den TPS54302 . Der erste Prototyp wurde gemäß den Empfehlungen und Formeln des Datenblattes entworfen. Das Routing der Leiterplatte erfolgte imitiert die Evaluierungsplatine des Konverters.

Hier sind die Schaltpläne und CAD:

(4-lagiges Board, Layer 2 und 3 sind ausgeblendet. Sie enthalten jeweils die GND-Ebene und die Versorgungsebene.)

Diese Konstruktion weist zusätzliche Kondensatorflächen auf, um verschiedene Komponentenkonfigurationen testen zu können.

Als ich das Board tatsächlich getestet habe, war ich mit den Haupteigenschaften zufrieden: Wirkungsgrad, Ausgangsstrom und -spannung, Eingangs- und Ausgangswelligkeit.

Ich wollte jedoch die Stabilität des Netzteils testen, und hier begann ich, unerwartete Verhaltensweisen zu beobachten. Ich habe keinen Netzwerkanalysator oder Signalgenerator zur Verfügung, was mich daran hindert, die Phasenspanne zu messen. Stattdessen schlugen Google-Untersuchungen vor, dass ich Ausgangsspannungsschwankungen messe, während ein transienter Laststrom angelegt wird (~ 1A transient mit einer Anstiegs- / Abfallzeit <1µs). Glücklicherweise habe ich einen MOSFET, der eine Power-LED auf meinem Board ansteuert. Ich musste nur die LED kurzschließen, um einen Übergangsstrom zu erzeugen.

Die folgenden Schemata zeigen meinen Testaufbau, bei dem MCU_GPIO_1 ein PWM-Signal generiert und MCU_GPIO_2 kontinuierlich auf einen hohen Pegel gesetzt wird.

Wie Sie sehen, gibt es erhebliche Schwankungen der Ausgangsspannung, wenn die Stromlast freigegeben wird. Um den Ursprung dieser Schwingungen zu verstehen, habe ich folgende Tests durchgeführt:

• Spielen mit dem Wert des Vorwärtskopplungskondensators C10
• Ändern der Eingangskondensatorkonfiguration (mehr MLCCs)
• Hinzufügen einer Ferritperle in Reihe mit dem 24-V-Eingang (anstelle der D2-Schutzdiode)
• Ändern der Ausgangskondensatorkonfiguration (mehrere MLCCs oder 1 großer Polymerkondensator)

Bisher führten mich diese "blinden" Tests nirgendwo hin. Ich suche nach neuen Anhaltspunkten, um zu verstehen, was hier vor sich geht, bevor ich mit dem zweiten Durchlauf von Prototypen beginne. Also, hier sind meine Fragen:

1. Wie kann ich Oszillationen nur auf dem aktuellen Release und nicht auf der aktuellen Ziehung haben?
2. Was könnte hier das mangelhafte Element sein: das Routing? Eingangsfilter? Andere?

Danke für Ihre Hilfe :)

PS: Dies ist meine erste Frage zu StackExchange. Jeder Rat zur Verbesserung der Form meiner Frage ist willkommen :)

EDIT: Andy Aka gab die Antworten in den Kommentaren: Es ist ein Problem im Zusammenhang mit der schlechten Erdung der Sonde. Dieses Bild fasst es zusammen:

Bildquelle

Sie werden mich nicht wieder fassen, wenn ich diesen unachtsamen Fehler mache!

Wiederholen Sie Ihre Messungen, aber schließen Sie diesmal Ihre Sondenspitze an den gleichen Punkt wie Ihre Erdungsklemme an. Was siehst du?

Wenn Ihre Sonde ein Signal direkt aufgrund der von ihr gebildeten Induktionsschleife aufnimmt, wird es auch angezeigt, wenn die Sondenspitze direkt an der Stelle angeschlossen wird, an der sich Ihre Erdungsklemme befindet.

Danke für den Vorschlag Andy. Ich wickelte einen kleinen Draht um den Boden meiner Sonde. Dann habe ich den gleichen Test durchgeführt. Die Schwingungen verschwanden! Ich fühle mich im Moment so dumm, das nicht früher getan zu haben ... Wie auch immer, mein SMPS funktioniert zumindest richtig