Ich habe ein Problem mit meinem hausgemachten Abwärtswandler. Es basiert auf einem TL494-Steuerchip mit meinem diskreten MOSFET-Treiber. Das Problem ist, dass mein Induktor quietscht und jammert, wenn der Ausgangsstrom einen bestimmten Wert überschreitet.

Als Induktor habe ich zuerst eine gewöhnliche Ringdrossel von einem alten ATX-Netzteil verwendet (gelbe Farbe mit einer weißen Fläche). Ich bemerkte jedoch, dass es wirklich heiß wurde, und das war nicht der Verlust in meinem Kupferdraht, sondern der Kern, der nicht zum Wechseln der Anwendung, sondern zum Filtern geeignet war. Dann zerlegte ich einen kleinen Ferrittransformator, wickelte meinen eigenen Induktor darauf, aber er quietschte wieder.

Dann dachte ich, dass es daran liegen könnte, dass die Kerne nicht ideal zusammengeklebt sind, und entschied mich dann für einen größeren Transformator (wahrscheinlich EPCOS E 30/15/7 mit rundem Mittelteil, aber leider habe ich keine Ahnung von dem Material, das in diesem Kern verwendet wird und ob es einen Spalt hat oder nicht), diesmal jedoch mit sorgfältig entfernten Wicklungen, ohne den Kern auseinander zu nehmen.

Das Ergebnis war akzeptabel (mein Signalgenerator ist noch nicht angekommen, daher kann ich die Induktivität nicht genau messen, aber sie liegt im Bereich von 10 uH, 6 Windungen (von ein paar Drähten, um den Hauteffekt zu verringern)). Es quietscht immer noch, aber nur bei Spannungen und Strömen, die mit meiner LED-Beleuchtung wahrscheinlich nicht erreicht werden (im Grunde möchte ich meinen eigenen DC-DC-Wandler erstellen, um die an LEDs angelegte Spannung zu steuern, anstatt PWM zu verwenden, das zu viel EMI erzeugt ).

Hier sind die Wellenformen (Strom, der durch den Induktor fließt, gemessener Spannungsabfall über einem Widerstand von 0,082 Ω ~ 0,1 Ω), die ich bei der Verwendung des Eisenpulverkerns (gelb-weiß) als Induktorkern erfasst habe. Jede Wellenform ist DC-gekoppelt.

Niedriger Ausgangsstrom: Ca. 1A

Mittlerer Ausgangsstrom: Ca. 2A

Hoher Ausgangsstrom: Ca. 3A. Auf dieser Ebene beginnt das Quietschen. Aber ich muss betonen, dass der Induktorkern auf ca. 90 ° C. Dies sah im Grunde wie eine Wellenform von oben aus, wurde jedoch durch eine niederfrequente Sinuswelle moduliert.

Ich konnte die aktuelle Wellenform nicht zwischen einem bestimmten Pegel schwingen lassen, ohne 0A zu berühren. Ich habe gesehen, dass es in Bildern von Wellenformen online und in einem OSKJ XL4016-Abwärtswandler mit Oszilloskop nicht erreicht werden sollte. Es sah so aus: (Entschuldigung für die gemalte Wellenform, aber leider habe ich sie nicht gespeichert; es beweist nur den Punkt)

Hier sind die Wellenformen, die ich mit meinem aktuellen Ferrit-Transformator-Induktor zu dem Zeitpunkt erhalten habe, als das Quietschen beginnt.

Kanal 1 (gelb): Strom
Kanal 2 (blau): Spannung am Induktor.

An diesem Punkt tritt ein Quietschen auf. Ich habe versucht, den Ausgangskondensator zu erhöhen und zu verringern, aber das Problem wurde dadurch im Allgemeinen nicht gelöst. Außerdem wird das Klingeln gedämpft, wenn ich den nicht isolierten MOSFET-Kühlkörper berühre, habe ich keine Ahnung, warum dieses Klingeln überhaupt existiert.

Dies ist mein Schema (es ist nicht ganz das, was ich auf meiner Leiterplatte habe, aber die Änderungen sind nur subtil, wie Potentiometer anstelle von 2 Widerständen und fein abgestimmter Kondensatorwert, um eine Frequenz von 100 kHz zu erhalten). Pin 2 ist derzeit mit Vref und Pin 16 mit GND verbunden, um den Wandler dauerhaft einzuschalten. Vin - Eingangsspannung = 24V. Aufgrund des hohen Spitzenstroms der Diode D5 wurde sie für 5A durch eine haltbarere ersetzt:

D4, C2, R15 wurden schließlich durch eine bessere und robustere Lösung ersetzt, die jedoch keinen Einfluss auf die Wellenformen des Induktors L1 hat. Dies ist mein PCB-Layout, es wurde für eine andere Anwendung entwickelt (maximal 0,5 A - 1 A erforderlich, daher habe ich dort keinen Kühlkörper hinzugefügt). Außerdem wurden die Werte einiger Widerstände und Kondensatoren manuell angepasst, um einen guten Wirkungsgrad von ~ 86% bei Volllast zu erzielen. Der größte Teil der verschwendeten Leistung tritt im MOSFET Q7 auf, wahrscheinlich aufgrund der langsam ansteigenden und abfallenden Flanke von Gate-Signal und Rds (ein) bei 0,3 Ω.

Jetzt (während des Tests) ist der Induktor über der Lötschicht aufgehängt (weil er zu groß ist, um in den dafür vorgesehenen Raum zu passen. Als ich diese Platine entwarf, wusste ich nicht, dass ich auf meinem anderen keinen normalen Eisenpulverkern verwenden kann Konverter, basierend auf LM2576, hat gut funktioniert, aber es gibt Probleme mit der Spannungsregelung, deshalb wollte ich dies entwerfen. Zuletzt habe ich Spannung und Strom bei dieser Spannung aufgezeichnet, bei der der Induktor hörbar zu quietschen begann. Hier sind die Ergebnisse:

• 5 V - 0,150 A ← min Ausgangsspannung
• 6 V - 0,300 A.
• 7 V - 0,400 A.
• 8 V - 1 A.
• 9 V - 2,5 A.
• 10 V - 2,7 A.
• 11 V - 3,1 A ← ausgelegter Ausgangsstrom
• 12 V - 3,1+ A.
• 13 V - 3,1+ A ← maximale Ausgangsspannung

Danach senkte ich die Induktivität durch Abwickeln um 1 Umdrehung und es begann bei viel niedrigeren Strömen zu quietschen. Das gleiche passiert, wenn ich mehr Wicklungen hinzufüge. Wenn ich die Frequenz ändere, passiert nichts Interessantes. Ich habe auch die Kondensator- und Induktorwerte unter Verwendung der im TL494-Datenblatt angegebenen Formeln berechnet, aber es quietschte auch mit diesen. Jede Strommessung wurde auf der Ausgangsseite des Induktors durchgeführt. Ich habe den ESR meines Ausgangskondensators gemessen und der LCR-T4-Tester zeigte 0,09 Ω.

Zusammenfassend: Ich habe ein Problem mit dem Jammern / Quietschen des Induktors und weiß nicht, wie ich es beheben soll.

Auf jeder Ebene ziehen meine LED-Leuchten weniger Strom, was erforderlich ist, um den Induktor zum Quietschen zu bringen, aber mein Herz möchte wirklich wissen, warum dies geschieht und was ich nicht verstehe oder falsch verstehe. Bitte hilf mir. Wenn ich irgendwelche Details verpasst habe, werde ich sie in einem Kommentar zu dieser Frage schreiben. Entschuldigen Sie etwaige Fehler in meinem "Engrish", es ist nicht meine Muttersprache. Ich bin auf diesem Gebiet nicht erfahren. Bitte verzeihen Sie mir, wenn ich große Fehler gemacht habe.

Bearbeiten: "Auf jeder Ebene ziehen meine LED-Leuchten weniger Strom, was erforderlich ist, um den Induktor zum Quietschen zu bringen" - ich meine, dass die LEDs immer weniger Strom ziehen sollten, der erforderlich ist, um den Induktor zum Quietschen zu bringen ⇒ während des normalen Betriebs sollte der Induktor nicht quietschen. Ich habe ein Video hochgeladen, das Wellenformen auf YouTube zeigt, während Ausgangsstrom, Schaltfrequenz und Ausgangsspannung geändert wurden. Die Last ist meine provisorische "Konstantstromlast", die aus einem MOSFET und einem Potentiometer besteht, das die Spannung am MOSFET-Gate regelt. Sie ist grob, funktioniert aber. Wie mehmet.ali.anil schrieb (aber jetzt sehe ich, dass er seine Antwort gelöscht hat), erhöhte ich die Induktivität durch Wickeln eines neuen Drahtes auf ungefähr 200 uH und am Ende des Videos können Sie sehen, dass ich versehentlich die Frequenz eingestellt habe ein "perfekter" Wert, der zu einer erfolgreichen CCM-Arbeit führte, aber es quietscht die ganze Zeit leise und besonders während der Änderung der Ausgangsspannung. Außerdem liegt die Frequenz mit ~ 300 kHz sehr nahe am Grenzwert. Ich hätte vorher ein ähnliches Video hochladen sollen, sorry. Hier ist der Link dafür:https://youtu.be/tgllx-tegwo

Aktualisieren

Obwohl der 594 ein viel höheres GBW und eine engere 5-V-Toleranz als der 494 hat, haben sie immer noch ein Referenzdesign, das 20 kHz im Gegensatz zu 100 kHz für die Schaltgeschwindigkeit verwendet. Es erlaubt auch einen niedrigeren C-Wert für die f-Steuerung. Alles andere scheint identisch zu sein, sodass Sie den 494 mit einigen Änderungen besser arbeiten lassen können.

Ihr Design scheint seltsame Totzeiten zu haben, möglicherweise aufgrund eines schwachen Gegentaktstroms oder einer Totzeitspannung. Ihr Push-Pull-Treiberdesign besteht aus einer Kombination von f / 2 (Subharmonische) von f mit einem schwachen Basisstrom, der eine gewisse Instabilität verursacht. Daher würde ich vorschlagen, dass Sie die Basiswiderstände auf 330 Ohm anstatt auf 10 K reduzieren und 20 kHz Single-Ended auf Rc = 10x Rb verwenden, um den FET mit einem Spannungsteiler oder Zener zu betreiben, falls erforderlich, um Vgs auf 20 V zu begrenzen.

Diese Kombination ermöglicht 1% Totzeit und eine strengere Regulierung von 0% PWM bis 99%. Überprüfen Sie jedoch die Totzeiteinstellung.

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Magnetische Komponenten können hörbares Rauschen erzeugen, da sie viele physikalisch bewegliche Elemente wie Spulen, Isolierbänder und Spulen enthalten. Der Strom in den Spulen erzeugt elektromagnetische Felder, die abstoßende und / oder anziehende Kräfte zwischen den Spulen erzeugen. Dies kann zu mechanischen Vibrationen in den Spulen, Ferritkernen oder Isolationsbändern führen, und die Ohren des Menschen können das Geräusch nur hören, wenn die Schaltfrequenz der Stromversorgung im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz liegt.

Mögliche Korrekturen

• Verringern Sie die Flussschwankungen Bpp durch Auswahl von Imax / Imin und Schaltrate
• Vermeiden Sie Flussumkehrungen, wenn Sie im Gleichstrommodus mit CM-Strom mit einer Last von mindestens> = 5% verwendet werden. ( nicht ideal)
• Minimieren Sie den L-Widerstand, DCR, der einen Stufenanstieg vor der Stromrampe verursacht und effektiv Welligkeit und damit Rauschen in den Regelkreis einbringt. Berechnen Sie das L / R-Verhältnis und vergleichen Sie es mit der C * ESR-Zeitkonstante für eine niedrige ESR-Kappe, um die Reaktorzeitkonstanten zu reduzieren.

Der Ferrit hat magnetische Domänen, die eine Hysterese verursachen, wenn die Stromrichtung umgekehrt ist. Wenn Sie diese dann mit Strom anregen, um 0 A zurückzugeben, wird eine gewisse Vibration angeregt, aber warum?

Hypothese

Wenn das subharmonische 1: 2 instabil ist, was zu einer modulierten Impulsbreite führt und sich mit dem Haupt-100-kHz-f mischt, das in der unteren Zyklusrate verwendet wird, kann es zu einem wilden Superhet-Audio-Quietschen von 100 bis 50 k kommen, das diesen Klang von 0 bis 50 kHz erzeugt.

• Änderungen am Rückkopplungsfilter können dies verbessern.

Update Nr. 2

Der Op hat zufällig herausgefunden, wie ein Phasen-Blei-Filter hergestellt werden kann, um die Stabilität zu verbessern. Https://m.imgur.com/nBEd18F . Die nächste Verbesserung ist ein Phasen-Blei-Verzögerungsfilter, um die Stabilitätsspanne zu optimieren. Es könnten zwei Kappen und eine Serie R anstelle von 1 Kappe verwendet werden. Eine Kappe ist 10x größer mit einer Reihe von etwa 1/10 des R, das zur Steuerung von VDC verwendet wird. Sie hat ein größeres C und ein niedrigeres R, um den Bereich der Impulsleitungskorrekturspannung zu verringern, aber die Welligkeit nicht zu stark zu verstärken als eine 1/10 kleinere Shunt-Kappe in // mit der Rückkopplung R, die als HPF wirkt, um den Gehalt an höheren Frequenzen in Impulsen zu reduzieren und die Ausgangswelligkeit zu verringern. (Sorry, kein Schaltplan mit meinem Finger auf dem Touchscreen)

• Update beenden

Wenn der Strom im Induktor stoppt, wird er im DisContinuous Mode (DCM) betrieben und der Schalter muss zu diesem Zeitpunkt geöffnet sein und es muss nur eine geringe Strombelastung anliegen. Der Schalter weist eine kleine Kapazität in Reihe mit L auf, die bei Ihrer letzten Kurve, die in <10us abfällt, eine hochohmige // Parallelresonanz von 6 MHz erzeugt. Dies wird durch Hautwiderstand und niedrigere Frequenz durch Haut + Körperkapazität gedämpft. (? 100k // 200pF ??), wenn der Kühlkörper berührt wird, aber nicht das Problem für Rauschen ist.

Die Lösung zur Lösung dieses Problems besteht darin, ein negatives Feedback hinzuzufügen, wie in diesem Video https://youtu.be/wNnOfF1NkxI?t=1584 erläutert. Zuerst habe ich einen Kondensator zwischen dem Ausgang und dem Rückkopplungs-Pin des TL494 hinzugefügt. Es scheint das Problem gelöst zu haben, aber es funktioniert nicht so gut wie das Hinzufügen einer richtigen negativen Rückkopplung. Ich habe einige Tests durchgeführt, die dies beweisen: Zuerst erhöhe ich den Strom von 0A auf 3A und dann ändere ich die Oszillatorfrequenz von ~ 170 kHz auf ~ 20 kHz und gehe dann zum "Crash" (nehme ich an) von TL494 ⇒ über 300 kHz hinaus und dann auf ~ 170 kHz zurückkehren. Gelbe Spur - Spannung am Oszillatorkondensator, blaue Spur - Strom fließt durch die Induktivität. Der Induktor jammert jetzt nicht, sondern zischt, es hängt vom verwendeten Kern ab, denn als ich es mit EI versuchte, war es weniger auffällig (während der Nacht hat sich das Band gelockert und der Induktor fing an zu quietschen, jetzt experimentiere ich mit Nagellack als Weg, um den Kern zu kleben und ihn trotzdem auseinander nehmen zu können), Dieser Test wurde mit einem werkseitig geklebten EE-Kern durchgeführt. Der Screenshot einer "Spectroid" -App wird erstellt, wenn der Ausgangsstrom bei 3A und unten liegt. Sie können das 20-kHz-Moment und oben 300 kHz sehen.

Negative Rückkopplung + Kondensator https://youtu.be/S9KfA9NNXkE

Negatives Feedback https://youtu.be/h1AN7rQTDa4

Kondensator https://youtu.be/7h7OzDj9q8Y

Nichts (anfängliches Problem) https://youtu.be/nVOfPynJRGE

Mit negativer Rückkopplung und Kondensator meine ich:

Später werde ich prüfen, ob mein Push-Pull-MOSFET-Treiber jetzt einwandfrei funktioniert. Bei Bedarf kann ich eine erweiterte Aufnahme durchführen und die vom Induktor erzeugte Frequenz entsprechend der Oszillatorfrequenz anzeigen.