Negative Induktivität und Instabilität des kaskadierten DC / DC-Wandlers

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Ich versuche ein paar kaskadierte DC / DC-Wandler zu debuggen und bin auf eine Mauer gestoßen. Die lokale FAE sagte, dass es wahrscheinlich etwas mit der "negativen Eingangsinduktivität" des zweiten Wandlers zu tun hat, die die Stabilität des ersten Wandlers durcheinanderbringt (aber die FAE ist nicht da, um mehr zu "helfen"). Das Problem ist, dass ich zu diesem Thema keine App-Notizen, Papiere, Bücher usw. finden kann.

Meine Frage ist: Kennen Sie Literatur zu solchen Themen? Oder noch besser, einige Ideen für Dinge, die Sie ausprobieren oder anschauen sollten?

Hier ist mein Setup ...

Konverter 1: +4 V auf +12 V bei 1 Ampere Ausgangsverstärkungskonverter. Die Schaltfrequenz beträgt ca. 350 KHz. Konverter 2: Dies ist eigentlich ein 10-Watt-Class-D-Audioverstärker (der im Grunde ein Schalt-Buck-Konverter ist). Die Schaltfrequenz beträgt ca. 310 KHz.

Und das Problem ...

Wandler 1 funktioniert gut mit einer ohmschen Last anstelle von Wandler 2. Es funktioniert sogar, wenn der Widerstand bei Audiofrequenzen ein- / ausgeschaltet wird.

Konverter 2 funktioniert einwandfrei, wenn er über ein Tischnetzteil mit Strom versorgt wird.

Wenn Wandler 1 Wandler 2 speist, wird C1 aufgrund von Überstrom durch den MOSFET abgeschaltet. Das Herunterfahren ist einfacher, wenn die Audiofrequenz niedriger ist. Oberhalb einer 1-kHz-Sinuswelle scheint es gut zu funktionieren. Beim Herunterfahren beträgt die Ausgangsleistung nur etwa 50% der Leistung, die die Konverter separat leisten können.

Ideen? Zeiger?

Update: Ich habe das Problem gefunden.

Es gab zwei Fehler ...

  1. Grundsätzlich hatte Olin recht. Ich habe mich verrechnet. Der erste Konverter sollte den doppelten Strom liefern können, den er lieferte. Anstelle von +12 V bei 1A benötigten wir 2 Ampere.

  2. Der Wandler 1 ist ein Strommodus-Wandler, dh er hat einen Strommesswiderstand zwischen dem MOSFET und GND. Es scheint, dass die Leiterbahnen und Durchkontaktierungen für diesen Signalpfad nicht der Aufgabe entsprochen haben. Ich habe mehrere Widerstände im Bereich von 4 bis 24 Milli-Ohm ausprobiert, aber ich vermute, dass die Leiterbahnen / Durchkontaktierungen weitere 5 oder 10 mOhm hinzufügen. Das Endergebnis ist, dass wir früher überlastet waren, als wir wollten.

Während des Debug-Vorgangs habe ich den Konverter 1 vom Rest des Stromkreises isoliert und ihn so optimiert, dass eine Widerstandslast mit 2 Ampere entsteht. Sobald es fest war, verband ich es wieder mit dem Audioverstärker und es funktionierte gut unter allen erwarteten Lasten und Audiofrequenzen.

Es hatte also anscheinend nichts mit negativer Induktivität oder was auch immer zu tun.

Da ich ein hauptsächlich digitaler Typ bin, werde ich in analogen Dingen sicher viel besser! :)

power-supply dc-dc-converter inductance Das Photon
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Zumindest wird es heruntergefahren. Unsere explodieren. :( Die ohmsche Last, die am ersten Wandler anliegt, nimmt mindestens die gleiche Leistung auf wie der Verstärkertest, oder? Einschließlich der Ineffizienz des Verstärkers? Sie bewerten den Widerstand nicht als gleichwertig mit einer Sinuswelle und testen dann den Verstärker mit einer großen Rechteckwelle oder so?
Endolith
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Haben Sie einen sehr großen Kondensator an Ausgang 1 ausprobiert? So groß, dass Sie ihn möglicherweise wieder aufladen müssen, um zu verhindern, dass der erste Konverter startet.
Russell McMahon
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@endolith Ja, wenn Converter1 heruntergefahren wird, läuft es mit 50% dessen, was es mit der ohmschen Last anstellen könnte - basierend auf den RMS-Messungen.
@Russell Wir haben versucht, Kappen und / oder Induktoren mit wenig Erfolg dazwischen zu setzen. Aber wir haben noch keine riesigen Gruselkappen ausprobiert.
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mjh2007

Antworten:

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Aus Ihren Zahlen geht hervor, dass der Momentanabzug bei maximaler Spitze der Wellenform für Wandler 1 zu groß ist. Dies würde erklären, warum er bei höheren Frequenzen arbeitet, da Wandler 1 dann eher den Durchschnitt als die Momentanspitze sieht Stromaufnahme.

Sie sagen, Konverter 1 gibt 12 V an 1A aus, was 12 W entspricht. 10 W RMS Audioleistung zu erzeugen, würde bedeuten, dass die Spitzen der Audio-Wellenformen doppelt so schnell gezeichnet werden. Dies würde den Wandler 1 Ihrer Beschreibung entsprechend um fast 2x überlasten. Bei einer Audioausgabe von 1 kHz tritt die Überlastung jeweils nur für ca. 250 µs auf. Da die durchschnittliche Ziehung in Ordnung ist, ist der Wandler 1 nicht fehlerhaft.

Dies ist natürlich nur eine Vermutung, stimmt jedoch mit den von Ihnen angegebenen Informationen überein.

Olin Lathrop
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Ich denke, deine FAE ist verwirrt.

Der Verstärker ist eine Last mit konstanter Leistung für die erste DC-DC-Stufe. Wenn die Ausgangsspannung der ersten Stufe abnimmt, zieht der Verstärker mehr Strom, um die gleiche Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten. Der Verstärker weist daher eine negative Impedanzcharakteristik auf, keine negative "Induktivität" (was auch immer das bedeutet).

Eine negative Impedanzbelastung hat Auswirkungen auf die Stabilität. Wenn die Größe der negativen Impedanz das Ausgangs-LC-Filter-Dämpfungsnetzwerk des Netzteils aufhebt, kann das Netzteil schwingen.

Venable Industries hat eine Reihe von Artikeln zum Thema Stabilität (H. Dean Venable = Kontrollsystem-Guru) - sehen Sie sich TP-12 an (kostenlose Registrierung erforderlich).

Wenn Sie keine Anzeichen von Instabilität auf der DC / DC-Stufe sehen (unregelmäßige Impulse, sinusförmige Welligkeit), ist die vorzeitige Abschaltung nicht auf Schleifeninteraktionen zurückzuführen.

Adam Lawrence
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