降压转换器的输出电压的振荡来自哪里?


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我目前正在建立一个降压转换器。其主要参数如下:

  • 24V输入
  • 5V / 3A输出
  • 能够承受由电源LED开关(〜2A)引起的大负载瞬态电流

我从TI选择了一个同步降压转换器,它在电气特性,封装和成本方面满足我的需求:TPS54302。根据数据表的建议和公式设计了第一个原型。PCB的布线模仿了转换器的评估板。

这是原理图和CAD:

原理图和PCB布局

(4层板,第2层和第3层是隐藏的。它们分别包含GND平面和电源平面)

此设计上还有额外的电容器占板面积,以便能够测试不同的组件配置。

当我实际测试该板时,我对主要特征感到满意:效率,输出电流和电压,输入和输出纹波。

但是,我想测试电源的稳定性,这是我开始观察意外行为的地方。我没有任何网络分析仪或信号发生器,无法测量相位裕度。取而代之的是,谷歌研究建议我在施加瞬态负载电流(瞬态负载电流约为1A,上升/下降时间<1µs)时测量输出电压的变化。幸运的是,我有一个MOSFET驱动板上的电源LED。我只需要短路LED即可产生瞬态电流。

下面的示意图显示了我的测试设置,其中MCU_GPIO_1生成PWM信号,并且MCU_GPIO_2连续设置为高电平。

原理图和示波器屏幕截图

如您所见,当释放电流负载时,输出电压会出现明显的振荡。为了了解这些振荡的起因,我进行了以下测试:

  • 使用前馈电容器C10的值
  • 更改输入电容器配置(更多MLCC)
  • 添加一个与24V输入串联的铁氧体磁珠(代替D2保护二极管)
  • 更改输出电容器配置(多个MLCC或1个大聚合物电容器)

到目前为止,这些“盲”测试使我无处可去。我正在寻找新的线索,以便在开始第二轮原型设计之前了解这里的情况。所以,这是我的问题:

  1. 如何仅在电流释放时而不在电流消耗上产生振荡?
  2. 什么可能是这里的不足元素:路由?输入过滤器?其他?

谢谢你的帮助 :)

PS:这是我关于StackExchange的第一个问题。任何改进我的问题形式的建议都欢迎:)


编辑:安迪·阿卡(Andy Aka)在评论中给出了答案:这是一个与探头接地不良有关的问题。这张图片总结一下:

示波器探头技术的优缺点

图片来源

您不会再抓住我犯那个粗心的错误!


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重复测量,但是这次将探头的尖端连接到接地夹的同一点。你看到了什么?
安迪(aka Andy)

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感谢您的建议安迪。我在探针的地面上缠了一根电线。然后,我进行了相同的测试。振荡消失了!我觉得现在没这么早就这么蠢了……无论如何,我的SMPS至少正常工作了:)
Bat_AAAAAHHH

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我们都做到了。
安迪(aka Andy)

对于更详细的信息,我也建议这些优秀的模拟TI arcticles
加图索

Answers:


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重复测量,但是这次将探头的尖端连接到接地夹的同一点。你看到了什么?

如果您的探头由于其感应环路而直接拾取信号,那么当探头尖端直接连接到放置接地夹的位置时,您也会看到它。

感谢您的建议安迪。我在探针的地面上缠了一根电线。然后,我进行了相同的测试。振荡消失了!我觉得现在没这么早就傻了……无论如何,我的SMPS至少可以正常工作

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