Saya merancang PCB pertama saya untuk konverter boost DC-DC hanya untuk menemukan bahwa itu menghasilkan output yang sangat bising. Desainnya berbasis di sekitar MIC2253 .
Berikut ini skema:
Meskipun rangkaian saya memungkinkan untuk kombinasi tegangan input (Vin) dan tegangan output (Vout) yang berbeda. Kasus saya debugging adalah dengan Vin = 3.6V dan Vout = 7.2V. Beban adalah resistor 120 ohm. Saya menghitung siklus tugas D = 0,5 (yaitu 50%). Ini tampaknya berada dalam batas siklus tugas minimum 10% dan 90% yang ditentukan dalam lembar data. Komponen lainnya, yaitu tutup, induktor, resistor adalah sama atau mirip dengan apa yang disarankan lembar data dalam contoh penerapannya.
Rancangan ini tampaknya memberikan tegangan langkah RMS yang benar pada output, tetapi, setelah melihat sinyal melalui osiloskop, saya melihat osilasi tegangan sinusoidal teredam muncul secara berkala yang tampaknya dimulai oleh pengalihan induktor. Saya melihat osilasi yang sama di hampir setiap titik dasar di papan tulis. Osilasi pada output besar, yaitu puncak 3 V ke puncak. Setelah melakukan sedikit riset, tampaknya masalah saya tidak khusus untuk pilihan konverter saya, tetapi, untuk masalah dengan tata letak PCB saya (lihat tautan di bawah). Saya tidak yakin bagaimana memperbaiki tata letak saya untuk memastikan hasil yang dapat diterima.
Dokumen-dokumen ini tampaknya berguna untuk men-debug masalah:
- http://www.physics.ox.ac.uk/lcfi/Electronics/EDN_Ground_bounce.pdf
- http://www.analog.com/library/analogDialogue/cd/vol41n2.pdf
- http://www.enpirion.com/Collateral/Documents/English-US/High-frequency-implications-for-switch-mode-DC-R_0.pdf
- http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3645
- http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/735
Saya telah melampirkan tiga gambar. "pcb.png asli" berisi gambar papan yang saya miliki masalah dengan. Ini adalah papan 2 lapisan. Merah adalah tembaga teratas. Biru adalah tembaga bagian bawah.
"current loops.jpg" menunjukkan papan prototipe dengan lapisan oranye dan kuning dari dua jalur arus berbeda yang digunakan untuk mengisi daya (oranye) dan melepaskan (kuning) induktor. Salah satu artikel, ( http://www.physics.ox.ac.uk/lcfi/Electronics/EDN_Ground_bounce.pdf ), menyarankan bahwa dua loop saat ini tidak boleh berubah di area, jadi, saya mencoba untuk meminimalkan perubahan mereka. di area dalam tata letak baru saya mulai di "pcb_fix.png". Saya meretas PCB asli sehingga lebih dekat dengan tata letak baru ini, tetapi, kinerja papan tidak berubah. Masih berisik! Kualitas peretasan tidak sebagus yang ditunjukkan pada "pcb_fix.png", namun, ini merupakan perkiraan yang adil. Saya akan berharap sedikit perbaikan, tapi, saya tidak melihat apa pun.
Saya masih tidak yakin bagaimana cara memperbaikinya. Mungkin tuangkan tanah menyebabkan kapasitansi parasit terlalu banyak? Mungkin tutupnya memiliki terlalu banyak impedansi (ESR atau ESL)? Saya tidak berpikir begitu, karena mereka semua multilayer keramik dan memiliki nilai dan bahan dielektrik yang diminta oleh datasheet, yaitu X5R. Mungkin jejak saya mungkin memiliki terlalu banyak induktansi. Saya memilih induktor berpelindung, tetapi, mungkinkah medan magnetnya mengganggu sinyal saya?
Bantuan apapun akan sangat dihargai.
Atas permintaan poster, saya telah memasukkan beberapa output osiloskop dalam kondisi yang berbeda.
Output, AC Coupled, 1M Ohm, 10X, batas BW OFF:
Output, AC Coupled, 1M Ohm, 10X, batas BW OFF:
Output, AC Coupled, 1M Ohm, 10X, batas BW 20Mhz:
Output, AC Coupled, 1M Ohm, 1X, batas BW 20Mhz, 1uF, 10uF, tutup 100nF dan output shunting resistor 120 ohm, yaitu semuanya paralel:
Switching Node, DC Coupled, 1M Ohm, 10X, batas BW OFF
Switching Node, AC Coupled, 1M Ohm, 10X, batas BW 20Mhz
TAMBAH: osilasi asli dilemahkan sangat, namun, di bawah beban yang lebih berat osilasi baru yang tidak diinginkan terjadi.
Setelah menerapkan beberapa perubahan yang disarankan oleh Olin Lathrop, penurunan besar dalam amplitudo osilasi diamati. Meretas papan cicuit asli untuk memperkirakan tata letak baru agak membantu dengan menurunkan osilasi ke puncak 2V ke puncak:
Butuh setidaknya 2 minggu dan lebih banyak uang untuk mendapatkan papan prototipe baru jadi saya menghindari pesanan ini sampai saya menyelesaikan masalah.
Penambahan input 22uF kapasitor keramik hanya membuat perbedaan diabaikan. Namun, peningkatan yang luar biasa datang dari hanya menyolder tutup keramik 22uF di antara pin keluaran dan mengukur sinyal melintasi tutup. Ini membawa noise maksimum amplitudo ke puncak 150mV ke puncak tanpa bandwith yang membatasi lingkup !! Madmanguruman menyarankan pendekatan yang sama, dengan pengecualian bahwa ia menyarankan untuk mengubah ujung probe daripada sirkuit. Dia menyarankan menempatkan dua tutup antara tanah dan ujung: satu elektrolit 10uF dan satu keramik 100nF (secara paralel saya asumsikan). Selain itu, ia menyarankan untuk membatasi bandwidth pengukuran hingga 20Mhz dan menempatkan probe pada 1x. Ini tampaknya memiliki efek pelemahan kebisingan juga dalam besaran yang hampir sama.
Saya tidak yakin apakah ini merupakan lantai derau rendah yang dapat diterima atau bahkan amplitudo derau tipikal untuk konverter switching, tetapi, ini merupakan peningkatan besar. Ini membesarkan hati jadi saya melanjutkan untuk menguji kekokohan sirkuit di bawah pemuatan yang lebih signifikan.
Sayangnya, di bawah pemuatan yang lebih berat, sirkuit menghasilkan beberapa perilaku aneh baru. Saya menguji rangkaian dengan beban resistif 30 ohm. Meskipun papan masih meningkatkan tegangan input sebagaimana mestinya, output sekarang memiliki output gelombang gigi gergaji / segitiga frekuensi rendah. Saya tidak yakin apa ini menunjukkan. Sepertinya pengisian arus konstan dan pemakaian tutup output kepada saya pada frekuensi yang jauh lebih rendah daripada frekuensi switching 1 Mhz. Saya tidak yakin mengapa ini akan terjadi.
Probing the switching node dalam kondisi pengujian yang sama menunjukkan sinyal yang berantakan dan osilasi yang mengerikan.
Solusi Ditemukan
Pertanyaan telah dijawab dan sirkuit berkinerja memadai. Masalahnya memang terkait dengan stabilitas loop kontrol seperti yang disarankan Olin Lathrop. Saya menerima saran yang bagus, Olin adalah satu-satunya yang menyarankan tindakan ini. Karena itu saya memuji dia dengan jawaban yang tepat untuk pertanyaan saya. Namun, saya sangat menghargai bantuan semua orang. Beberapa saran yang dibuat masih relevan untuk meningkatkan desain dan akan diimplementasikan ke revisi papan berikutnya.
Saya terpaksa mengikuti saran Olin juga karena saya perhatikan bahwa frekuensi output gigi gergaji / segitiga memiliki frekuensi penampilan yang sama dengan bagian gelombang persegi dari sinyal pada node switching. Saya berpikir bahwa peningkatan tegangan pada output adalah karena berhasil memberi energi pada induktor dan jalan turun adalah karena kegagalan untuk memberi energi yang memadai pada induktor selama bagian osilasi dari sinyal pada node switching. Masuk akal bahwa ini adalah masalah stabilitas karena ini.
Dengan mengikuti saran Olin untuk melihat lebih dekat pada pin kompensasi, saya menentukan bahwa meningkatkan kapasitansi jaringan seri RC pada pin comp mengembalikan stabilitas loop kontrol. Efek yang dimilikinya pada switching node adalah signifikan seperti yang dapat dilihat oleh output gelombang persegi:
Gelombang gigi gergaji / segitiga frekuensi rendah dihilangkan.
Beberapa noise frekuensi tinggi (100Mhz) mungkin masih ada pada output, tetapi, telah disarankan bahwa ini hanyalah sebuah artefak dari pengukuran dan menghilang ketika bandwidth lingkup 200Mhz dibatasi hingga 20Mhz. Outputnya cukup bersih pada saat ini:
Saya kira saya masih memiliki beberapa pertanyaan mengenai noise frekuensi tinggi, namun, saya pikir pertanyaan saya lebih umum dan tidak spesifik untuk pertanyaan debugging ini, jadi, utas berakhir di sini.
all.css
berisi aturan .post-text img { max-width: 630px; }
, yang seharusnya mengubah ukuran setiap gambar pada setiap posting ke ukuran yang wajar. Saya tidak keberatan memposting gambar besar; mereka akan memampatkan dengan cukup baik di PNG dan kita dapat membuka gambar di tab baru dan memperbesar untuk memeriksa, katakanlah, pin tumpang tindih dan kesalahan pencocokan kisi.