Ток пульсаций в синхронном понижающем преобразователе

Я разрабатываю синхронный понижающий преобразователь и нахожусь на стадии макетной платы. Я хотел проверить форму сигнала тока через катушку индуктивности, но у меня нет пробника тока. У меня есть дифференциальный пробник, поэтому я решил добавить резистор 1 Ом последовательно с катушкой индуктивности и измерить дифференциальное напряжение на нем, которое должно быть таким же, как ток. Ниже приведена моя форма волны, мне интересно, почему форма волны тока не такая треугольная, как я обычно вижу для импульсного источника питания. Это потому, что я добавил резистор 1 Ом последовательно для катушки индуктивности (6,8 мкГн), которая имеет только около 0,020 Ом DCR?введите описание изображения здесь

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Я переключился на ферритовый сердечник, который должен иметь значительно меньшие потери в сердечнике, и попробовал несколько разных полевых транзисторов, и, похоже, это не имело большого значения. Ниже показана другая форма волны, на этот раз канал CH2 находится в узле коммутации. Одна вещь, которую я забыл упомянуть, это то, что я использую полумостовой драйвер, который добавляет небольшое время простоя, чтобы два полевых транзистора не простреливались. Хотя я не могу представить, чтобы это было причиной, вероятно, стоит упомянуть. Кроме того, теперь у меня правильно срабатывает прицел, и шкала времени теперь правильная.

введите описание изображения здесь

Я также приложил щуп дифференциала к индуктору, и ниже показана осциллограмма. Я никогда не замечал наклона, это из-за последовательного сопротивления? Или, возможно, Vds полевых транзисторов изменяется из-за большой пульсации тока?

введите описание изображения здесь

1 Ом конечно многовато, но есть еще кое-что. Почему кажется, что ток опережает напряжение? Очень странно...
Это входной ШИМ, а не напряжение коммутационного узла. Когда он низкий, FET на стороне высокого напряжения открыт, а di/dt положительный.

Ответы (5)

Нет, добавляю 1 Ом Чувствительный резистор, включенный последовательно с катушкой индуктивности, не вызовет скачков в форме тока. Добавление резистора похоже на добавление потерь в обмотке, и это вызовет только экспоненциальную кривизну, с т L/R, в текущей рампе. Если вы присмотритесь, вы можете увидеть кривизну текущей рампы на вашем изображении.

Скачок в текущей форме сигнала может быть вызван потерями в сердечнике, но этот шаг будет иметь обратный эффект. Вот как будут выглядеть потери ядра:

введите описание изображения здесь

Видите ступеньку в точке переключения? Это крайний пример, и его трудно увидеть в кернах с низкой проницаемостью. Во всяком случае, это обратная сторона того, что показано на вашей картинке. Итак, если вам не удалось повернуть время вспять, это не потеря ядра. (Примечание: можно обратить кажущееся время с помощью наложения осциллографа. Таким образом, с наложением спектров ток индуктора может быть индуктором с потерями в сердечнике или, как указано ниже, может иметь скачок, вызванный индуктивностью в чувствительном резисторе.)

Похоже, что в катушке индуктивности около 3А, так что около 10 Вт в чувствительном резисторе. Подобные силовые резисторы имеют тенденцию быть индуктивными либо по конструкции, либо по геометрии. Паразитная индуктивность, включенная последовательно с чувствительным резистором, может вызвать явный скачок напряжения на считывающем резисторе, поскольку он образует индуктивный делитель. Но этот шаг будет выглядеть как шаг потери ядра.

Дифференциальные пробники обычно имеют подавление синфазного сигнала не менее 40 дБ, а иногда и до 60 дБ. Маловероятно, что это из-за зондов, если только они не повреждены.

Возможно ли, что Ch2 прицела был масштабирован и добавлен к Ch1? Это действительно то, на что это похоже. Цифровые области и математические функции. Выглядит подозрительно, тем более, что осциллограммы не совпадают.

Инструментарий:


Было бы большим улучшением уменьшить значение чувствительного резистора (как говорили другие). Один из способов сделать это — сделать токовый пробник с помощью усилителя с датчиком тока. С токовым усилителем было бы легко использовать 0,1 Ом смысловой резистор, а может и с трудом дойдет до 10м Ом . Что-то вроде LT1999 может подойти, если вам нужно двунаправленное зондирование. Если ток всегда положительный, вы можете увеличить пропускную способность, используя что-то вроде MAX9643 . Для двунаправленного восприятия и широкополосного использования может подойти широкополосный инструментальный усилитель, что-то вроде AD8421 . Использование чувствительного резистора с гораздо меньшим значением также будет означать гораздо меньшую паразитную индуктивность.

Я переключился на индуктор, который должен иметь очень маленькие потери в сердечнике по сравнению с первым. Обратите внимание на редактирование, которое я добавил к своему исходному сообщению. Я считаю, что вы правы, что это не проблема с датчиком diff.
@BrettPrudhom - Это фото намного лучше, чем первое. Похоже, об алиасинге позаботились. Форма волны тока выглядит как потери в сердечнике из-за ступеньки, но она также может быть вызвана паразитной индуктивностью чувствительного резистора. И да, наклон на кривой напряжения индуктора вызван падением напряжения на чувствительном резисторе.
Как вы думаете, может быть, это также связано с тем, что пульсации настолько велики, что изменяют падение напряжения на полевых транзисторах? Насколько я могу судить из таблицы данных FET, это не должно сильно меняться, но для меня это тоже имеет смысл.
Я удалил токоизмерительный резистор и снова измерил напряжение на катушке индуктивности и увидел в основном тот же наклон.
@Brett - Хм, это удивительно. Как выглядит Vin на входе модулятора мощности?
Вы имеете в виду вход ШИМ в драйвер затвора, верно? Первый сигнал, который я опубликовал, имел ШИМ на канале 2. В настоящее время я работаю на частоте 400 кГц и рабочем цикле 50%. Шина питания 15 В, и она очень развязана, поэтому нет провисания или чего-то в этом роде. Как вы думаете, может ли это быть причиной высокого ESR на выходной крышке? В настоящее время я использую электролит, но я могу перейти на керамику.
@Brett - я имею в виду силовые шины, от стока управляющего полевого транзистора до истока синхронизирующего полевого транзистора. Кроме того, какие полевые транзисторы вы используете. У вас действительно есть привод затвора ~ 5 В?
Я использую два FQP30N06L. Драйвер затвора, который я использую, это LM5104, который управляет двумя затворами с 12 В. FQP30N06L до сих пор был лучшим сочетанием низкой емкости затвора, низкого Rdson и высоких токов, которые мне удалось найти. Я заменил выходной электролитический колпачок на керамический, и большая часть этого наклона исчезла. Я собираюсь проверить, исправило ли это вообще пульсирующий ток.
Хотя керамические колпачки действительно улучшили наклон кривой напряжения, они не сильно улучшили странную форму кривой тока. Я также переключился на чувствительный резистор на 100 мОм, а не на 1 Ом, и это также не решило проблему полностью. У меня есть текущий зонд и новый прицел в заказе, возможно, я больше не увижу проблему с ними.
Знаете ли вы какие-либо документы или статьи, в которых обсуждается скачок формы волны пульсирующего тока из-за потерь в сердечнике? В другой схеме, где я сравниваю катушки индуктивности, которые были намеренно повреждены, с неповрежденными частями, я вижу сбой, о котором вы упоминали выше.
@BrettPrudhom - это интересный эффект, поскольку катушки индуктивности в идеале не имеют ступеней тока. А вот с задействованным ядром, не совсем верно. Пример формы волны в ответе взят из диссертации Мингкая Му — vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/19296/… см. стр. 83. Также есть учебник от APEC 2015 — gecko-simulations.com/ downloads/APEC2015_MagneticTutorial.pdf см. стр. 43. Это единственные известные мне хорошие примеры в Интернете.

В идеале ток через индуктор не мог бы измениться мгновенно, как это происходит в вашей трассе, поэтому что-то не совсем правильно.

Одна мысль состоит в том, что подавление синфазного сигнала дифференциального пробника не очень хорошо, поэтому то, что вы видите, является частью сигнала коммутационного узла, смешанного с текущим измерительным напряжением.

Один тест состоит в том, чтобы соединить оба конца щупа вместе, но оставить их подключенными к резистору — таким образом будет тот же общий режим, но не будет дифференциального сигнала, вы не должны получить никакого сигнала, если вы это сделаете, это ограничение щупа.

На каком конце катушки индуктивности у вас есть чувствительный резистор? На выходе постоянного тока не должно быть большого напряжения переменного тока.

Что означают 100 мс внизу? Это скорость развертки? Я ожидал, что один цикл будет в районе микросекунд, а не 100 мс! На какой частоте вы работаете?

Один ом немного больше для резистора измерения тока - вы теряете пару вольт на этом резисторе. В идеале он должен быть ниже, но тогда и ваш сигнал будет ниже.

Вот несколько инструкций для простого пробника переменного тока , который был бы намного лучше, чем резистор.

Привет, Кевин, я проверил CMR датчиков дифференциала, и все в порядке. Я получил хороший 0 В с небольшим шумом, когда я соединил две стороны вместе по обе стороны от чувствительного резистора. Я начал с чувствительного резистора на стороне выхода, но также попробовал его на стороне коммутационного узла и получил те же результаты. Я даже не заметил «100 мс» и считаю, что это может иметь какое-то отношение к моей проблеме. Я переключаюсь на 400 кГц в соответствии с моим генератором сигналов, но в соответствии с этим осциллографом частота переключения составляет от 5 до 6 Гц. Я должен думать, что на самом деле я переключаюсь на 300 кГц.
и прицел неверный а то я бы скорее всего поджарил этот индуктор. Я никогда раньше не использовал этот конкретный прицел, и у меня были проблемы с запуском, поэтому я запускаю его в «автоматическом режиме», где он кажется подметающим. Есть идеи, что не так с масштабом? Думаю попробовать другой объем.
Обратите внимание на обновленную форму волны в моем исходном сообщении. Спасибо.

Глядя на ваш второй захват, видно, что треугольная пульсация тока имеет приблизительно di/dt = 1 А/мкс нарастание и -1А/мкс падение. В предположении, что полученное ок. Прямоугольная волна, которую вы видите, наложенная на треугольник, полностью связана с индуктивностью резистора измерения тока:

пик-пик прямоугольная волна = 2 л di/dt = 1 В ==> 500 нГн

Я предполагаю, что вы где-то получаете синфазные помехи. Очевидно, что это не может быть чисто токовым сигналом, потому что di/dt чрезвычайно велико.

Ваша форма сигнала не подходит для тока дросселя. Ваш понижающий преобразователь может быть в порядке, но вы не уверены. Итак, вот что вы можете сделать. Я сделал это по другим причинам, и он действительно работает, поэтому он поможет вам проверить ваш понижающий преобразователь. Поместите ТТ в каждый сток и направьте выход через быстрый диод на нагрузочный резистор. Это означает, что у вас есть ток вашего устройства. Я использовал 40: 1 ТТ на сердечнике из порошкового железа с быстрым диодом UF4007 и нагрузочным резистором 4 Ом, изготовлен из 3 резисторов по 12 Ом, соединенных параллельно. Ваши значения могут отличаться, потому что вы, вероятно, не используете 10 ампер. Я использую разъем BNC и коаксиальный кабель 50 Ом прямо к прицелу, 1-метровый кабель в порядке. ОК. Вам нужен ток индуктора, поэтому используйте общую нагрузку, а ваши ТТ должны подходить для вашей рабочей частоты.