负电感和级联 DC/DC 转换器不稳定性

电器工程 电源 直流-直流转换器 电感
2022-01-19 03:30:47

我正在尝试调试一对级联 DC/DC 转换器并遇到了砖墙。当地 FAE 表示,这可能与第二个转换器上的“负输入电感”扰乱了第一个转换器的稳定性有关(但 FAE 并没有提供更多“帮助”)。问题是我在这个问题上找不到任何应用笔记、论文、书籍等。

我的问题是:你知道关于这些问题的任何文献吗?或者更好的是,一些关于尝试或观察的想法?

这是我的设置...

转换器 1:+4v 至 +12v@1 放大器输出升压转换器。开关频率约为 350 KHz。转换器 2:这实际上是一个 10 瓦左右的 D 类音频放大器(基本上是一个开关降压转换器)。开关频率约为 310 KHz。

而问题...

转换器 1 与电阻负载而不是转换器 2 一起工作正常。即使电阻器以音频频率打开/关闭,它也能正常工作。

当使用台式电源供电时,转换器 2 工作正常。

当转换器 1 为转换器 2 供电时,C1 将由于通过 MOSFET 的过电流而关闭。如果音频频率较低,它更容易关闭。在 1 KHz 正弦波以上,它似乎工作正常。当它关闭时,功率输出仅为转换器单独能够完成的功率输出的 50% 左右。

想法?指针?

更新:我发现了问题。

有两个错误...

  1. 基本上,奥林是正确的。我算错了。第一个转换器应该能够提供两倍于它所提供的电流。我们需要 2 安培,而不是 1A 时的 +12v。

  2. 转换器 1 是电流模式转换器——这意味着它在 MOSFET 和 GND 之间有一个电流检测电阻。该信号路径的 PCB 走线和过孔似乎无法胜任这项任务。我尝试了几个 4 到 24 毫欧范围内的电阻器,但怀疑走线/过孔又增加了 5 或 10 毫欧。最终结果是我们过流的时间比我们想要的要早。

在调试过程中,我将转换器 1 与电路的其余部分隔离开来,并对其进行调整以向电阻负载提供稳定的 2 安培电流。一旦它稳定了,我将它连接回音频放大器,它在所有预期的负载和音频频率下都能正常工作。

因此,显然,它与负电感或其他无关。

作为一个以数字为主的人,我肯定在模拟方面做得更好!:)

3个回答

从您的数字看来,当音频输出处于波形的最大峰值时的瞬时绘制对于转换器 1 来说太多了。这可以解释为什么它在更高的频率下工作,因为转换器 1 然后看到更多的平均值而不是峰值瞬时当前抽奖。

您说转换器 1 在 1A 时输出 12V,即 12W。输出 10W RMS 音频功率意味着音频波形的峰值会在瞬间绘制两倍。根据您的描述,这将使转换器 1 过载近 2 倍。在 1kHz 音频输出时,一次过载仅发生约 250µs。由于平均平局正常,转换器 1 没有故障。

当然,这只是一个猜测,但它与您提供的信息一致。

我认为您的 FAE 很困惑。

放大器是第一个 DC-DC 级的恒定功率负载。如果第一级输出电压下降,放大器将消耗更多电流以保持相同的输出功率。因此,放大器呈现负阻抗特性,而不是负“电感”(无论这意味着什么)。

负阻抗负载确实对稳定性有影响。如果负阻抗的大小抵消了电源的输出 LC 滤波器阻尼网络,则电源会发生振荡。

Venable Industries有一系列关于稳定性主题的论文(H. Dean Venable = 控制系统专家) - 查看 TP-12(需要免费注册)。

如果您在 DC/DC 级上看不到不稳定迹象(不稳定脉冲、正弦纹波),则过早关闭不是由于环路相互作用。

如果您仍在寻找一些关于 DC-DC 转换器的负阻抗(不是电感)的文献,这里有一些很好的链接: