是什么导致我的降压-升压转换器出现尖峰或振荡?


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目前,我对Buck-Boost转换器有疑问。我的Buck-Boost转换器的原理图如下所示:

我的Buck-Boost转换器原理图

我使用了霍尔效应传感器LV25-P和LA25-NP来测量Buck-Boost的输入电压和输入电流。然后,信号由换能器测量并发送到信号调节电路(该图右侧)。对于信号调节电路,我使用LM358制作了电压跟随器。最后,信号被发送到ADC。

我使用的IGBT是IRG4PH50U。驱动程序是TLP250。TLP250的电源供应器为+ 15V,其接地称为“中间”。开关频率为20KHz。

我将光伏仿真器Chroma ATE-62050H-600S用作降压-升压的输入源。输出端带有20 Omh的电子电阻。我将IGBT的占空比保持在49%。结果如下所示:

其中通道1是指信号状态电路前面的端口“ LA”处的信号。通道2表示端口“ 1”处的信号,该端口位于带有LC低通滤波器的信号调节电路的末端。通道3是由电流示波器探头测量的输入电流。

结果不是很好。我真的很想消除这些尖峰。最近,我阅读了一些有关接地反弹的文档,例如,什么导致我的DC / DC升压转换器产生大的振荡?这是地面反弹还是其他影响? 我保证这是由地面反弹引起的。但是,我没有解决方法。

任何帮助将不胜感激。


你好,@ BruceAbbott。是的,我有3个理由。

一地与换能器和LM358有关,我将其标记为“三角形”。第二个接地与驱动程序TLP250有关,我标记为“ D_GND”。第三个是降压-升压的接地,我标记为“ GND”。如右图所示,我使用0 Omh电阻将它们连接在一起。当我测量通道1和通道2中的信号时,我连接的接地是P6。

作为对@PlasmaHH的请求,我添加了原型和PCB布局。

原型 PCB布局


最近,我尝试了@PlasmaHH的解决方案,结果如下所示:

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通道3是由电流示波器探头测量的输入电流。通道1和通道2引用相同的端口,即端口“ 1”。但是,通道1使用接地天线,而通道2没有使用接地天线。我们可以看到一些涟漪已减少,但并非全部。

我还尝试了我的Boost电路,这是我以前的工作。结果如下所示:

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其中通道1使用接地天线,而通道2没有使用接地天线。从该图可以看出,所有的纹波都减小了。

从上面的讨论中,我认为@PlasmaHH是正确的,但不是全部。@carloc和@rioraxe提供了一些解决方案,我认为它们可能会起作用。我阅读了Jeff Barrow的文章,http: //www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.html 。我认为反弹是元凶。我为Buck-Boost做了一些分析,如下所示:

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这些图给出了开关接通或断开时的两个不同的电流环路。从该图可以看出电流回路面积的变化。我提出了一种设计PCB布局的解决方案,如下所示:

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我要使用这种布局的原因是,我发现两个电流回路的电流方向相同。因此,我只需要考虑如何减少粉红色区域和绿色区域。

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这是我的PCB布局,尚未完成。我只想知道它是否有效。

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粉色线表示打开开关时的电流回路,绿色线表示关闭开关。白色区域是电流回路的变化。

那么,大家,您认为还好吗?

——————————————————————————————————————————————你好,我做了一些新的变化。首先,我减小了电容的大小,因为我发现我并不需要那么大的电容。然后,我减少了电感GND和Cout之间的走线。这对减少杂散电感有效吗?”

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嗨,我刚刚更新了PCB布局。你能帮我检查一下吗?

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我进行了一些更改:

  1. 将IGBT和二极管制成一个散热器,以减少环路面积。
  2. 在底部做了一些组件,但是我真的不知道是否可以。
  3. 将地面连接在一起,就像我在图中标记的白色圆圈一样。

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我不知道如何测量瓶盖的ESR。但是我检查了一些文件。它说:

“输入电容为100V 470uF。其ESR为0.06欧姆。输出电容为250V 47uF。其ESR为0.6欧姆。”


最近,我制作了新的PCB板,如下所示:

在此处输入图片说明 在此处输入图片说明

结果很好,如下所示:

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输入电流的尖峰较小。但是,我不确定是否可以进一步改进。

顺便说一句,我还测试了输出电流和电压,如下所示:

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为什么波形输出如此怪异?如何改善呢?请帮我看看。


您似乎有3个不同的理由。它们如何物理连接在一起?示波器连接到哪一点?显示您的布局。
布鲁斯·雅培

还要显示如何连接探头(即,如果您使用了接地天线或正确的低电感连接)
PlasmaHH

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@Lecio:是的,那根电线有点像天线。为您的探头和Google使用有关接地电感和探头的低电感接地弹簧附件
PlasmaHH

2
另外PCB布局也无济于事。此处描绘的两个回路链接 承载高,快速的开关电流。它们引入了一些杂散电感,然后这些杂散电感易于与杂散电容一起振荡。但是,即使最坏的情况,它们也会在附近电路的任何地方产生噪声。这些连接应仅在较重的铜区域进行,并始终尝试使走回路径在两层上彼此重叠。
carloc

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[1]使用开关电路时,由于电容和寄生元件较高,因此未必一定会更好。尝试使用额定电压更合适(即不是1200V)的MOSFET和输出二极管。[2]电解电容具有较高的ESR,请尝试与Cout和Cin并联添加一些uF范围的陶瓷电容。[3]尝试用粗线将Cout +引脚直接连接到电感器引脚,以减少开关电流环路的面积。
rioraxe

Answers:


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首先,您应该确保测量正确。探头具有接地天线效应,有关更多详细信息,请阅读“ 在开关稳压器中测量输出纹波和开关瞬变 ”。

其次,超快二极管trr <= 30ns将有助于解决尖峰问题。要找到低ESR的电容器,您还可以选择高纹波电流/高温电容器。例如105°C的电容器可以解决您的问题。您的PCB看起来也有寄生电容问题。您可以在开关的Gnd平面底部填充,这样可以减少寄生电容。


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您的尖峰信号似乎是在IGBT导通时开始的。在您设置时,电感电流在导通时相当高。大多数转换器都是以这种方式设置的,所以我很sp愧地说这是错误的。这种连续模式设置正如m derecik所说,它需要一个快速二极管。此外,您还必须通过任何方式减慢IGBT的栅极导通速度。常见的栅极电阻很容易理解和尝试。用快速的小二极管绕过实验栅极电阻,以免IGBT的关闭速度变慢,这会消耗更多功率,但在您选择的20KHz频率下应该可以工作。栅极电阻确实取决于您的PCB布局。使尖峰达到可接受水平所需的栅极电阻越小。您可以从47欧姆电阻与BAV21二极管并联开始。

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