昇降圧コンバーターでスパイクや発振が発生する原因は何ですか？

現在、昇降圧コンバーターに関する問題があります。昇降圧コンバーターの回路図は次のように表示されます。

昇降圧の入力電圧と入力電流を測定するために、ホール効果トランスデューサーLV25-PとLA25-NPを使用しました。次に、信号はトランスデューサーによって測定され、信号条件回路（この図の右）に送信されます。信号条件回路では、LM358を使用して電圧フォロワーを作成しました。最後に、信号はADCに送信されます。

使用したIGBTはIRG4PH50Uです。ドライバーはTLP250です。TLP250の電源は+ 15Vであり、そのグラウンドは「中間」と呼ばれます。スイッチ周波数は20KHzです。

昇降圧の入力ソースとして、PVエミュレーターChroma ATE-62050H-600Sを使用しました。出力は20 Omhの電子抵抗で構成されています。IGBTのデューティサイクルを49％に維持しました。結果は以下のとおりです。

ここで、チャネル1は、信号条件回路の前にあるポート「LA」の信号を指します。チャネル2は、ポート "1"の信号を指します。これは、LCローパスフィルターを備えた信号条件回路の最後にあります。チャネル3は、電流オシロスコーププローブで測定する入力電流です。

結果はあまり良くありません。私は本当にこれらのスパイクを削除したいです。最近、DC / DCブーストコンバーターで大きな発振を引き起こしているものなど、グラウンドバウンスに関するドキュメントをいくつか読みました。このグラウンドバウンスまたは他の効果はありますか？ 私はそれが地面の跳ね返りによって引き起こされていると確信しました。しかし、私はそれを解決する方法はありません。

ご協力いただければ幸いです。

こんにちは、@ BruceAbbott。はい、3つの理由があります。

1つのグラウンドはトランスデューサーとLM358に関連しており、「三角形」としてマークしました。2番目のグランドは、ドライバ「T_250」に関連し、「D_GND」とマークされています。3つ目は昇降圧用のグラウンドで、「GND」とマークされています。図の右側に示すように、0 Omhの抵抗を使用してそれらを接続しました。チャネル1とチャネル2の信号を測定したとき、接続したグランドはP6です。

@PlasmaHHのリクエストとして、プロトタイプとPCBレイアウトを追加しました。

最近、@ PlasmaHHから解決策を試しました。結果は以下のように表示されます。

チャネル3は、電流オシロスコーププローブによって測定される入力電流です。チャネル1とチャネル2は、同じポート「1」を参照します。ただし、チャネル1は地上アンテナを使用し、チャネル2は使用しませんでした。いくつかのリップルが低減されていることがわかりますが、すべてではありません。

ブースト回路も試しました。これは以前の仕事です。結果は以下のとおりです。

ここで、チャネル1は地上アンテナを使用し、チャネル2は使用しませんでした。この図から、すべてのリップルが低減されていることがわかります。

上記の議論から、@ PlasmaHHは正しいと思いますが、全体ではありません。@carlocと@rioraxeはいくつかの解決策を提供しました。私はジェフ・バロー、http： //www.analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/ground_bounce.htmlのエアティックルを読みました 。地面の跳ね返りが犯人だと思います。以下に示すように、バックブーストの分析を行いました。

これらの図は、スイッチがオンまたはオフのときの2つの異なる電流ループを示しています。この図から、現在のループ領域の変化を見ることができます。以下に示すように、PCBレイアウトを設計するソリューションを提案しました。

このレイアウトを使用したいのは、2つの電流ループの電流方向が同じであることがわかったためです。したがって、ピンク色の領域と緑の領域をどのように縮小するかを考えるだけです。

これが私のPCBレイアウトです。まだ完成していません。私はちょうどそれが機能するかどうかを知りたいです。

ピンクの線はスイッチがオンのときの電流ループを示し、緑の線はスイッチがオフのときを示します。白い領域は、現在のループの変化です。

だから、みんな、大丈夫だと思いますか？

—————————————————————————————————————————————こんにちは、私は新しいものを作りました変更。まず、コンデンサーのサイズを小さくします。これほど大きなものは必要ないからです。次に、インダクタのGNDとCoutの間のトレースを減らします。これは浮遊インダクタンスを減らすのに効果的ですか？」

こんにちは、PCBレイアウトを更新しました。確認してください。

私はいくつかの変更を加えました：

1. IGBTとダイオードを1つのヒートシンクに入れて、ループ領域を再利用しました。
2. 底面にいくつかのコンポーネントを作成しましたが、それが大丈夫かどうかは本当にわかりません。
3. 図でマークした白い円のように、グラウンドを接続します。

キャップのESRを測定する方法がわかりません。しかし、私はそれについていくつかの文書をチェックしました。それは言います：

「入力コンデンサは100V 470uFです。ESRは0.06オームです。出力コンデンサは250V 47uFです。ESRは0.6オームです。」

最近、以下のように、新しいPCBボードを作成しました。

以下に示すように、結果は良好です。

入力電流のスパイクは小さくなります。ただし、さらに改善できるかどうかはわかりません。

ところで、以下に示すように、出力電流と電圧もテストしました。

なぜ波形出力がとても奇妙なのですか？これを改善するには？ご覧ください。

まず最初に、正しく測定することを確認する必要があります。プローブにはグランドアンテナ効果があります。詳細については、「スイッチングレギュレータの出力リップルとスイッチングトランジェントの測定」アプリケーションノートを参照してください。

第二に、超高速ダイオードtrr <= 30nsはスパイク問題を解決します。低ESRコンデンサを見つけるには、高リップル電流/高温コンデンサを選択することもできます。たとえば、105°Cのコンデンサは問題の解決に役立ちます。PCBも寄生容量の問題があるように見えます。スイッチの下部のGndプレーンで埋めることができ、寄生容量を減らします。

スパイクはIGBTのターンオンで開始しているように見えます。セットアップでは、ターンオン時にインダクタ電流が非常に高くなります。ほとんどのコンバータはこのようにセットアップされているため、これが間違っていると言うのは冒be的なことです。 m derecikが述べたように、高速ダイオードが必要です。また、何らかの方法でIGBTのゲートターンオンを遅くする必要があります。IGBTのターンオフが遅くならないように、実験用のゲート抵抗をバイパスして高速のダイオードを使用します。これにより、より多くの電力が消費されますが、選択した20KHzでは動作可能です。ゲート抵抗はPCBレイアウトに依存します。スパイクを許容レベルにするために必要なゲート抵抗が少ないこと。並列にBAV21ダイオードを備えた47オームの抵抗器から始めることができます。