我的降压转换器输出电压的振荡来自哪里?

电器工程 开关模式电源 降压 稳定 振荡
2022-01-27 23:48:36

我目前正在构建一个降压转换器。其主要参数如下:

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

我选择了 TI 的同步降压转换器,它在电气特性、封装和成本方面符合我的需求:TPS54302第一个原型是按照数据表建议和公式设计的。PCB 的布线是模仿转换器的评估板完成的。

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)

此设计中有额外的电容器占位面积,以便能够测试不同的组件配置。

当我实际测试该板时,我对主要特性感到满意: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,这就是我开始观察意外行为的地方。我没有任何可用的网络分析仪或信号发生器,因此无法测量相位裕度。相反,谷歌研究建议我在施加瞬态负载电流(~1A 瞬态,上升/下降时间 <1µs)时测量输出电压变化。幸运的是,我的板上有一个驱动电源 LED 的 MOSFET。我只需要将 LED 短路即可产生瞬态电流。

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,而 MCU_GPIO_2 持续设置为高电平。

原理图和示波器截图

如您所见,当电流负载被释放时,输出电压会出现明显的振荡。为了了解这些振荡的起源,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“盲目”测试让我无处可去。在开始第二轮原型之前,我正在寻找新的线索来了解这里发生了什么。所以,这是我的问题:

  1. 我怎样才能只在当前版本上而不是在当前消耗上产生振荡?
  2. 这里的缺陷可能是什么:路由?输入过滤器?其他?

谢谢你的帮助 :)

PS:这是我在 StackExchange 上的第一个问题。欢迎任何关于改进我的问题形式的建议:)


编辑: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。这张图总结了一下:

好与坏的示波器探头技术

图片来源

你不会再抓到我犯那种粗心的错误了!

1个回答

重复您的测量,但这次将您的探头尖端连接到与接地夹相同的点。你看到了什么?

如果您的探头由于其形成的感应回路而直接拾取信号,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。

感谢安迪的建议。我在探头的地面上缠绕了一根小电线。然后,我进行了相同的测试。震荡消失了!我现在感觉很愚蠢,没有早点这样做......无论如何,我的 SMPS 至少可以正常工作