是什么导致了我的降压-升压转换器中的尖峰或振荡?

电器工程 地面 布局
2022-01-26 12:01:02

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

我的降压-升压转换器示意图

我使用霍尔效应传感器 LV25-P 和 LA25-NP 来测量 Buck-Boost 的输入电压和输入电流。然后,信号由传感器测量并发送到信号条件电路(该图右侧)。对于信号条件电路,我使用LM358制作电压跟随器。最后,信号被发送到 ADC。

我用的IGBT是IRG4PH50U。驱动程序是 TLP250。TLP250 的电源为+15V,其地为“中”。开关频率为20KHz。

我使用 PV 仿真器 Chroma ATE-62050H-600S 作为 Buck-Boost 的输入源。输出与 20 Omh 的电子电阻相连。我将 IGBT 的占空比保持在 49%。结果如下所示:

其中通道 1 指的是端口“LA”处的信号,该端口位于信号条件电路的前面。通道 2 指的是端口“1”上的信号,它位于带有 LC 低通滤波器的信号条件电路的末端。通道 3 是我用电流示波器探头测量的输入电流。

结果不是很好。我真的很想去除这些尖峰。最近,我阅读了一些关于接地反弹的文档,例如是什么导致我的 DC/DC 升压转换器出现大的振荡?这是地面反弹还是其他影响? 我认为这是由地弹引起的。但是,我不知道如何解决它。

任何帮助将不胜感激。


你好,@BruceAbbott。是的,我有 3 个理由。

一个接地与传感器和LM358有关,我将其标记为“三角形”。第二个地与驱动器TLP250有关,我标记为“D_GND”。第三个是Buck-Boost的接地,我标记为“GND”。我使用 0 Omh 电阻将它们连接在一起,如图右侧所示。当我测量通道 1 和通道 2 中的信号时,我连接的地是 P6。

作为@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,结果如下图所示:

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通道 3 是我用电流示波器探头测量的输入电流。通道 1 和通道 2 指的是同一个端口,端口“1”。但是,通道 1 使用了地面天线,而通道 2 没有。我们可以看到一些波纹减少了,但不是全部。

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 使用了地面天线,而通道 2 没有。从这个图中,我们可以看到所有的波纹都减少了。

从上面的讨论中,我认为@PlasmaHH 是对的,但不是全部。@carloc 和 @rioraxe 提供了一些解决方案,我认为他们可能会工作。我读了 Jeff Barrow 的文章, http: //www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.html 。我认为地面反弹是罪魁祸首。我对我的 Buck-Boost 做了一些分析,如下所示:

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这些数字给出了开关打开或关闭时的两个不同的电流回路。从这张图中可以看出电流回路区域的变化。我提出了一种设计PCB布局的方案,如下图:

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我想使用这种布局的原因是我发现两个电流回路的电流方向是相同的。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,还没有完成。我只想知道它是否有效。

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粉色线表示开关打开时的电流回路,绿色线表示开关关闭。白色区域是当前循环的变化。

所以,大家觉得还可以吗?

———————————————————————————————————————————— 你好,我做了一些新的变化。首先,我减小了电容器的尺寸,因为我发现我真的不需要那么大的。然后,我减少电感 GND 和 Cout 之间的走线。这对减少杂散电感有效吗?”

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嗨,我刚刚更新了我的 PCB 布局。你能帮我检查一下吗?

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我做了一些改变:

  1. 将 IGBT 和二极管集成在一个散热器中,以减少环路面积。
  2. 在底部做了一些组件,但我真的不知道它是否可以。
  3. 将地面连接在一起,如图中我标记的白色圆圈。

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我不知道如何测量电容的 ESR。但我检查了一些关于它的文件。它说:

“输入电容是 100V 470uF。它的 ESR 是 0.06 欧姆。输出电容是 250V 47uF。它 ESR 是 0.6 欧姆。”


最近,我做了新的PCB板,如下所示:

在此处输入图像描述 在此处输入图像描述

结果很好,如下图所示:

在此处输入图像描述

输入电流的尖峰较小。但是,我不确定我是否可以进一步改进。

对了,我还测试了输出电流和电压,如下图:

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为什么波形输出如此奇怪?如何改善这一点?请帮我看看。

2个回答

首先,您应该确保正确测量。您的探头具有接地天线效应,您可以阅读“测量开关稳压器中的输出纹波和开关瞬态”应用说明,了解更多详细信息。

其次,超快速二极管 trr<=30ns 将帮助您解决尖峰问题。寻找低ESR电容,也可选择高纹波电流/耐高温电容;例如 105°C 电容器可以帮助您解决问题。您的 PCB 看起来也有寄生电容问题。您可以在开关的底部填充 Gnd 平面,它可以减少寄生电容。

你的尖峰似乎是在 IGBT 开启时开始的。在你的设置中,电感电流在开启时非常高。大多数转换器都是这样设置的,所以说这是错误的我是亵渎神明的。这种连续模式设置正如m derecik所说,需要一个快速二极管。另外,您必须通过任何方式减慢IGBT的栅极开通速度。常见的栅极电阻很容易理解和尝试。用一个快速的小二极管绕过实验栅极电阻,这样 IGBT 的关闭速度就不会减慢。这会消耗更多的功率,但在您选择的 20KHz 下它应该是可行的。栅极电阻确实取决于您的 PCB 布局。您的电路板越好使尖峰达到可接受水平所需的栅极电阻越小。您可以从一个 47 欧姆电阻器与一个 BAV21 二极管并联开始。