Тайна неисправности понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный

Я инженер-программист, поэтому, пожалуйста, извините мое полное невежество в этой теме. Мы пытаемся выяснить, почему наши DC-DC преобразователи иногда выходят из строя и перестают выдавать мощность примерно через месяц работы.

Пожалуйста, обратитесь к рисунку. Ниже также приводится краткое текстовое описание рисунка.

компоновка силовых компонентов

Мы используем инжектор пассивного питания PoE 48 В / 1 А для подачи 48 В в систему. Насколько мы можем судить (измерено мультиметром), он обеспечивает стабильный выходной сигнал при разных нагрузках. Затем мы разделили эту мощность на два направления: один на понижающий 5 В/3 А, а другой на понижающий 12 В/2 А. Преобразователь 5 В питает планшетный ПК (прибл. 10 Вт — номинальная / 15 Вт — максимальная нагрузка), а преобразователь 12 В питает аккумулятор (прибл. 15 Вт — номинальная / 22 Вт — максимальная пиковая). Обратите внимание, что батарея имеет специально разработанный контроллер зарядки, который самостоятельно ограничивает потребляемую мощность до < 2 А. Кроме того, я считаю, что преобразователи имеют эффективность 95%+ (если поставщик говорит правду).

Мы использовали преобразователи постоянного тока от разных поставщиков, некоторые из которых имеют еще более высокую выходную нагрузку, и у нас все еще возникают периодические сбои. Кажется, у нас примерно 1 отказ из 10 в месяц.

Мы также пробовали использовать диод между батареей и преобразователем 12 В (чтобы гарантировать, что напряжение не подается обратно на входную сторону преобразователя 12 В от батареи). Казалось, это не имеет никакого значения. Я также убедился, что планшетный ПК НЕ подает обратное напряжение на преобразователь.

Итак, мой начальный вопрос: есть ли что-то явно/по своей сути неправильное в том, как мы это делаем, или в компонентах, которые мы используем? Все, что я действительно знаю, - это бюджет мощности и то, что нам нужно оставаться ниже его (например, 80% или меньше от максимума).

Если что-то из этого неясно, могу ли я предоставить какую-либо другую информацию/тестирование?

ОБНОВЛЕНИЕ №1: Длина силового кабеля может достигать 100 м, но мы обычно используем менее 5 м (медь Cat-5e или выше).

ОБНОВЛЕНИЕ № 2: Трудно получить спецификации фактических компонентов в формате таблицы, но приведенные ниже изображения спецификаций — это лучшее, что я могу сделать на данный момент.

ОБНОВЛЕНИЕ № 3: я добавил фотографии измерений осциллографом на стороне 48 В, ниже. Я действительно понятия не имею, как правильно использовать это устройство, поэтому я просто подключил землю к отрицательному PoE/48v, а зонд к положительному PoE/48v. Затем я просто нажал кнопку «авто» на прицеле.

Первое изображение для преобразователя 12v...12В спецификации

Следующие изображения относятся к преобразователю 5 В...Характеристики 5 В 1 из 3 Характеристики 5 В 2 из 3 Характеристики 5 В 3 из 3

Это показания осциллографа на стороне 48 В без подключенных преобразователей постоянного тока (без каких-либо нагрузок) в качестве базового уровня:Чтение шины 48 В без подключения

Это показания осциллографа на стороне 48 В, только с подключенным преобразователем постоянного тока 5 В (и его нагрузкой, планшетным ПК):Чтение шины 48 В с подключенным только загруженным преобразователем 5 В

И просто для удовольствия, это показания осциллографа на стороне 48 В с подключенным преобразователем постоянного тока ДРУГОЙ марки 5 В (с подключенной нагрузкой планшета):Чтение шины 48 В при подключении другого загруженного бренда

Вы должны включить ссылки на (технические описания) преобразователей постоянного тока, чтобы мы могли правильно понять, что они из себя представляют. Также на фото показан короткий кабель Ethernet. В вашей реальной настройке я ожидаю, что этот кабель будет намного длиннее. Это так? Какой длины этот кабель?
Это усилитель класса D? Сколько энергии это использует?
Какой DC-DC выходит из строя? Вы открывали какой-либо из DC-DC, чтобы увидеть, что пошло не так?
@smajli OP заявляет: я инженер-программист, поэтому, пожалуйста, извините мое грубое невежество в этой теме. поэтому я могу полностью понять, почему это расследование не было проведено, а DCDC-преобразователи были просто заменены. И лично я уважаю это даже больше, чем попытки найти причину, не имея ни малейшего представления о том, как работает преобразователь постоянного тока.
@Bimpelrekkie - я обновил пост, чтобы ответить Bimpelrekkie как можно лучше. Я также добавлю, что мы проверили падение напряжения с кабелями длиной до 100 м и потеряли всего 2-3 вольта. Это одна из причин, по которой мы выбрали более высокое напряжение (48 В вместо, скажем, 24 В). Но преобразователи рассчитаны на широкий входной диапазон, так что это действительно проблема? Мы видели сбои с длинными и короткими кабелями. Я в основном предоставил очень короткий кабель в качестве иллюстрации и чтобы он поместился на фото.
В качестве дикого удара в темноте я бы заподозрил переходное перенапряжение входного напряжения и поставил диод TVS на вход преобразователя постоянного тока. Трудно понять, что на самом деле происходит, хотя без дополнительной информации.
Вы говорите, что аккумулятор «имеет специально разработанный контроллер зарядки для самоограничения потребляемой мощности». Я начинаю подозревать, что этот контроллер работает не так хорошо, как вы думаете. Покажите нам схемы.
Я нашел ссылку на сайт производителя/продавца: yucoo.en.alibaba.com/productgrouplist-807018122/… Это то, что вы используете? Они "запечатаны", так что не так много, чтобы увидеть, что внутри.
@Неважно: я не знаю. Но питается от аккумулятора. Как вы думаете, усилитель может иметь какое-то влияние?
@smajli: Оба преобразователя вышли из строя за последние несколько месяцев. Но, возможно, в последнее время у нас больше сбоев с преобразователем 12 В, поскольку мы перешли на использование преобразователя 5 В с немного более высоким напряжением (5 В в 5,5 В). Кроме того, мы попытались разрезать один из них, и он был из твердой смолы, поэтому мы понятия не имеем, в чем причина отказа.
Моя идея состоит в том, что проблема не на стороне выхода DCDC-преобразователей, потому что: оба выходят из строя, и у них очень разные нагрузки. Я бы заподозрил пики/резонансы в кабелях, которые могут вызвать кратковременные перенапряжения. Без «разбора» вышедшего из строя DCDC-преобразователя здесь мало что можно сделать :-( Единственное решение, которое я вижу, — это более надежные DCDC-преобразователи, хотя я понятия не имею, как их найти, и они могут быть дорогими.
@Bimpelrekkie, кажется, я понимаю вашу идею ... поскольку понижающие преобразователи работают с импульсами (правильно?), есть широкие возможности ввести в систему колебания и резонансы. Это может вызвать хаос между двумя преобразователями (на входной стороне). У нас есть несколько диодов, с которыми мы можем начать тестирование, но я не уверен, что они именно той разновидности «TVS», о которой вы говорите.
Все, в моем распоряжении есть прицел... что я могу сделать, чтобы использовать его и лучше понять ситуацию? Предупреждение: я полный нуб.
@Bimpelrekkie, я добавил больше результатов тестирования. Имеет ли это значение для вашего опыта? Я думаю, что вы можете быть на правильном пути со своей идеей о спайках и резонансах. Что вы думаете?
попробуйте снаббер: 1 мкФ последовательно с одноомным резистором; поместите эту сеть через 48 вольт; использовать колпачок из высоковольтной пленки
Эти пики выглядят слишком маленькими, чтобы причинить какой-либо вред. Они должны быть на пару вольт, вроде 5 В или больше, чтобы я начал подозревать их.
@Bimpelrekkie, я вижу расхождение целых 3v. Интересно, может ли это, в сочетании со временем и некачественными китайскими деталями, ускорить выход из строя? Я попытался установить конденсатор 0,1 мкФ между проводниками на стороне 48 В преобразователя 5 В, и сигнал стал намного более чистым (расхождение всего 1 В).
Я бы охарактеризовал кабель, приносящий В я н к преобразователю постоянного тока. Инкрементальное входное сопротивление преобразователя постоянного тока с обратной связью отрицательно. В сочетании с высокоиндуктивным незатухающим кабелем это может привести к нестабильности. Это известное явление. Если ваш DC-DC имеет высокий коэффициент подавления входной линии, вы можете не увидеть выходных колебаний, но вход может сильно колебаться, особенно во время переходных процессов. Вы преодолеваете эту проблему, демпфируя кабель на входе постоянного тока через специальный р С сеть: р переменный ток гасит кабель, в то время как С dc-блокирует смещение.

Ответы (3)

Одна из возможностей заключается в том, что ваши преобразователи постоянного тока могут перегреваться или их срок службы сокращается из-за работы при высокой температуре. Я видел конденсаторы, рассчитанные на 3000 часов при 80°C, так что не будет безумием думать, что это может быть ожидаемым режимом отказа для входного или выходного конденсатора. Можете ли вы проверить наихудшую рабочую температуру? Если она близка к 80°C, вы можете лучше ее охладить, ведь даже несколько градусов могут сильно повлиять на срок службы компонентов.

Вторая возможность, которую я вижу, глядя на ваш график, заключается в том, что индуктивность линии питания вызывает странные переходные процессы на входах. Возможно, вы захотите попробовать установить самый большой развязывающий конденсатор, который вы можете найти (с номиналом 100 В), в вашей системе на входах преобразователя постоянного тока, чтобы он мог подавать питание, когда преобразователи переключаются. длинный провод). Этот развязывающий конденсатор также будет накапливать энергию, поскольку ток продолжает течь после того, как он больше не нужен.

При добавлении конденсаторов к линиям с импульсами/пиками выбирайте конденсаторы с пометкой «105 °C».

Опираясь на очевидное представление о том, что преобразователь 5 В вносит некоторый шум / пики / переходные процессы / и т. Д. обратно на 48-вольтовую сторону вещей ... и это способствовало выходу из строя других компонентов на этой шине (например, преобразователя 12 В) .....

Я подключил конденсатор 0,1 мкФ (маркировка «104M») через вход 48 В на преобразователе 5 В. После этого сюжет области почти полностью прояснился. Я также обнаружил подобное поведение по вине некоторых 12-вольтовых преобразователей.

Я буду информировать поставщика об их низком качестве и, возможно, введу в эксплуатацию некоторое количество «демпферов» для текущих запасов.

Я благодарю всех за помощь. Этот сайт StackExchange гораздо более дружелюбен, чем StackOverflow (где я часто обсуждаю программное обеспечение), так что спасибо всем за участие. Я не совсем уверен, кому отдельно отдать должное!

Да, это компоненты

Вы не связали точные таблицы данных, но другие сделали это, и то, на что они указали, было дешевым мусором Cheese. https://yucoo.en.alibaba.com/productgrouplist-807018122/48v_to_12v.html?spm=a2700.icbuShop.98.17.122636feingm2j . Вам даже не нужно нажимать, просто найдите «alibaba» в URL-адресе.

Это 5 долларов за DC / DC, который должен стоить 40 долларов.

Они, как правило, оптимистичны, поэтому загрузка их почти на максимуме (80%) просто напрашивается на неприятности. Я бы использовал 80% на устройстве General Electric. Что касается хлама с eBay/Ali/Amazon Marketplace, то я насчитал около 33%.

Часть проблемы заключается в том, что эти продукты не отвечают за качество. Знаки «RoHS» и «CE» повсеместно подделываются неевропейскими производителями, потому что это добровольный знак «системы чести»; Правоприменение заключается в том, чтобы поймать производителя, производящего некачественную продукцию, и, по сути, подать на него в суд. Но это беззубо за пределами ЕС. В этом случае ответственность несут импортеры , а в прямой почтовой рассылке импортером являетесь вы!

введите описание изображения здесь

Теперь сравните с этим товаром здесь , содержащим этот знак. Как уже говорилось, RoHS и CE — это ерунда. Но взгляните на маркировку «cЯUus». Это ребята из ведущей испытательной лаборатории США. Эта маркировка означает, что если вы собираетесь внести всю машину в список UL , эти компоненты предварительно одобрены, и UL не будет беспокоиться об этом. пыточное тестирование компонентов.

Тайна неисправности понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v