Tengo un problema con mi convertidor de dinero casero. Se basa en un chip de control TL494 con mi discreto controlador MOSFET. El problema es que mi inductor chirría y gime cuando la corriente de salida excede un cierto valor.

Como inductor, primero utilicé un estrangulador toroidal común de una antigua fuente de alimentación ATX (color amarillo con una cara blanca). Sin embargo, noté que realmente se estaba calentando, y esa no era la pérdida en mi cable de cobre, sino que el núcleo no era adecuado para cambiar de aplicación, sino para fines de filtrado. Luego desarme un pequeño transformador de ferrita, enrolle mi propio inductor pero estaba chirriando de nuevo.

Luego pensé que podría deberse a que los núcleos no estaban pegados idealmente, así que decidí hacer esto en un transformador más grande (probablemente EPCOS E 30/15/7 con la parte central redonda, pero desafortunadamente no tengo idea sobre el material utilizado en este núcleo y si está vacío o no), pero esta vez con devanados cuidadosamente retirados sin desmontar el núcleo.

El resultado fue aceptable (mi generador de señal aún no llegó, por lo que no puedo medir con precisión la inductancia, pero está en la región de 10uH, 6 vueltas (de un par de cables para reducir el efecto de la piel)). Todavía está chirriando, pero solo a voltajes y corrientes que probablemente no se alcanzarán con mi iluminación LED (básicamente quiero crear mi propio convertidor DC-DC para controlar el voltaje aplicado a los LED en lugar de usar PWM, que creó demasiada EMI )

Aquí están las formas de onda (corriente que fluye a través del inductor, caída de voltaje medida a través de una resistencia de 0.082 Ω ~ 0.1 Ω), que capturé cuando estaba usando el núcleo de polvo de hierro (amarillo-blanco) como núcleo del inductor. Cada forma de onda está acoplada a CC.

Baja corriente de salida: ca. 1A

Corriente de salida media: ca. 2A

Alta corriente de salida: ca. 3A. En este nivel comienza el chirrido. Pero debo enfatizar que el núcleo del inductor se calentó a aprox. 90 ° C. Esto básicamente parecía una forma de onda desde arriba, pero modulada por una onda sinusoidal de baja frecuencia.

No pude hacer que la forma de onda actual oscile entre un cierto nivel sin tocar 0A. Vi que no debería alcanzarlo en imágenes de formas de onda en línea y en un convertidor buck OSKJ XL4016 con un osciloscopio. Se veía así: (Perdón por la forma de onda pintada, pero desafortunadamente no la guardé; solo prueba el punto)

Estas son las formas de onda que obtuve con mi transformador-inductor de ferrita actual en el momento en que comienza el chirrido.

Canal 1 (amarillo): corriente
Canal 2 (azul): voltaje a través del inductor.

En este punto aparece un chirrido. Intenté aumentar y disminuir el condensador de salida, pero en general no resolvió el problema. Además, el sonido se amortigua, cuando toco el disipador de calor MOSFET no aislado, no tengo idea de por qué existe este sonido.

Este es mi esquema (no es completamente lo que tengo en mi PCB, pero los cambios son sutiles, como un potenciómetro en lugar de 2 resistencias y un valor de condensador ajustado para obtener una frecuencia de 100 kHz). El pin 2 está conectado actualmente a Vref, y el pin 16 a GND para encender permanentemente el convertidor, Vin - voltaje de entrada = 24V. Debido al alto pico de corriente visto por el diodo D5, fue reemplazado por uno más duradero para 5A:

D4, C2, R15 finalmente fueron reemplazados por una solución mejor y más robusta, pero no influye en las formas de onda del inductor L1. Este es mi diseño de PCB, fue diseñado para una aplicación diferente (que requiere 0.5A - 1A máx., Por lo que no agregué ningún disipador térmico allí). Además, los valores de algunas resistencias y condensadores se ajustaron manualmente para obtener una eficiencia agradable de ~ 86% a plena carga, la mayor parte de la energía que se desperdicia ocurre en MOSFET Q7, probablemente debido al lento aumento y disminución de la señal de puerta y Rds (encendido), estando a 0.3 Ω.

Ahora (durante las pruebas) el inductor está suspendido sobre la capa de soldadura (porque es demasiado grande para caber en el espacio designado, cuando estaba diseñando esta placa no sabía que no puedo usar un núcleo de polvo de hierro habitual, en mi otra convertidor, basado en LM2576 funcionó bien, pero hay problemas con la regulación de voltaje, por lo que quería diseñar esto). Por último, grabé el voltaje y la corriente a dicho voltaje, en el cual el inductor comenzó a chirriar audiblemente, aquí están los resultados:

• 5 V - 0.150 A ← voltaje de salida mínimo
• 6 V - 0.300 A
• 7 V - 0.400 A
• 8 V - 1 A
• 9 V - 2.5 A
• 10 V - 2.7 A
• 11 V - 3.1 A ← corriente de salida diseñada
• 12 V - 3.1+ A
• 13 V - 3.1+ A ← voltaje de salida máximo

Después de eso bajé la inductancia desenrollando 1 vuelta y comenzó a chirriar a corrientes mucho más bajas. Lo mismo sucede cuando agrego más vueltas. Cuando cambio la frecuencia, no pasa nada interesante. También he calculado los valores de condensador e inductor utilizando las fórmulas proporcionadas dentro de la hoja de datos TL494, pero también estaba chirriando con ellos. Cada medición de corriente se realizó en el lado de salida del inductor. He medido la ESR de mi condensador de salida y el probador LCR-T4 mostró 0.09 Ω.

Para resumir: tengo un problema con el inductor quejumbroso / chirriante y no sé cómo solucionarlo.

En todos los niveles, mis luces LED consumen menos corriente, lo que se requiere para hacer que el inductor chirre, pero mi corazón realmente quiere saber por qué sucede esto y qué no entiendo o entiendo mal. Por favor, ayúdame. Si me perdí algún detalle, los escribiré en un comentario a esta pregunta. Perdón por cualquier error en mi "Engrish", no es mi lengua materna. No tengo experiencia en este campo, así que por favor, perdóname si cometí algunos errores importantes.

Editar: "En todos los niveles, mis luces LED consumen menos corriente, lo que se requiere para hacer que el inductor chirree" - quiero decir, que los LED siempre deben consumir menos corriente, eso es necesario para hacer que el inductor chirre ⇒ durante el funcionamiento normal, el inductor no debe chirrido. Subí un video que muestra formas de onda a YouTube mientras cambiaba la corriente de salida, la frecuencia de conmutación y el voltaje de salida. La carga es mi improvisada "carga de corriente constante" hecha de un MOSFET y un potenciómetro que regula el voltaje en la puerta del MOSFET, es tosco, pero funciona. Como mehmet.ali.anil escribió (pero ahora veo que eliminó su respuesta), aumenté la inductancia a aproximadamente 200uH enrollando un nuevo cable y al final del video, puede ver que accidentalmente sintonicé la frecuencia a un valor "perfecto", que resultó en un trabajo exitoso de CCM, pero chirria silenciosamente todo el tiempo y especialmente durante el cambio de voltaje de salida. Además, la frecuencia está muy cerca del límite, siendo ~ 300 kHz. Debería haber subido un video similar de antemano, lo siento. Aquí está el enlace para ello:https://youtu.be/tgllx-tegwo

Actualizar

Aunque el 594 tiene una GBW mucho más alta y una tolerancia de 5V más estricta que el 494, todavía tienen un diseño de referencia que usa 20 kHz en lugar de 100 kHz para la velocidad de conmutación. También permite un valor C más bajo para el control f. Todo lo demás parece ser idéntico, por lo que puede hacer que el 494 funcione mejor con algunos cambios.

Su diseño parece tener tiempos muertos extraños, tal vez debido a una débil corriente de empuje o tensión de tiempo muerto. Su diseño de controlador push-pull tiene una combinación de f / 2 (sub-armónico) de f con una corriente de base débil que causa cierta inestabilidad. Por lo tanto, sugeriría que reduzca las resistencias de base a 330 ohmios en lugar de 10 K y use 20 kHz de terminación única a Rc = 10x Rb para conducir el FET con un divisor de voltaje o Zener si es necesario para limitar Vgs a 20V.

Esta combinación permite un 1% de tiempo muerto y una regulación más estricta de 0% PWM a 99%. Pero verifique la configuración de tiempo muerto.

===============================

Los componentes magnéticos pueden producir ruido audible, ya que contienen muchos elementos físicamente móviles, como bobinas, cintas de aislamiento y bobinas. La corriente en las bobinas produce campos electromagnéticos que generan fuerzas repulsivas y / o atractivas entre las bobinas. Esto puede producir una vibración mecánica en las bobinas, núcleos de ferrita o cintas de aislamiento, y los oídos humanos solo pueden escuchar el ruido, cuando la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación está en el rango de 20Hz a 20 KHz.

Posibles correcciones

• baje los cambios de flujo Bpp mediante la elección de Imax / Imin y la velocidad de cambio
• evite las inversiones de flujo si se usa en modo CC con corriente CM con una carga mínima> = 5%. ( no es ideal)
• minimiza la resistencia L, DCR que causa un aumento de escalón antes de la rampa de corriente y efectivamente agrega ondulación, por lo tanto, ruido al circuito de control. Calcule la relación L / R y compárela con la constante de tiempo C * ESR para un límite de ESR bajo y, por lo tanto, reduzca las constantes de tiempo del reactor.

La ferrita tiene dominios magnéticos que causan histéresis cuando la dirección inversa actual. Excitarlos con corriente y luego devolver 0 A estimula algo de vibración, pero ¿por qué?

Hipótesis

Si el f / 2 subarmónico es inestable, el ancho de pulso modulado resultante y se mezcla con los 100 kHz principales f utilizados en la frecuencia del ciclo inferior, puede haber un chirrido de audio superhet salvaje de 100 k - 50 k produciendo este sonido de 0 a 50 kHz.

• Los cambios en el filtro de retroalimentación es un filtro de adelanto y retraso que puede mejorar esto.

Actualización n. ° 2

El Op ha descubierto por accidente cómo hacer un filtro de plomo de fase para mejorar la estabilidad https://m.imgur.com/nBEd18F , la siguiente mejora es un "filtro de plomo-retraso" de fase para optimizar el margen de estabilidad. Podría usar dos tapas y una serie R en lugar de 1 tapa. Una tapa es 10 veces más grande con una serie de aproximadamente 1/10 de la R utilizada para controlar Vdc. Tiene una C más grande y una R más baja para reducir el rango de voltaje de corrección del cable del pulso pero no amplificar la ondulación demasiado que una tapa de derivación 1/10 más pequeña en // con la retroalimentación R que actúa como un HPF para reducir el contenido de mayor frecuencia en pulsos para reducir la ondulación de salida. (Lo siento, no hay un esquema con mi dedo en la pantalla táctil)

• Fin de actualización

Cuando la corriente se detiene en el Inductor, decimos que está funcionando en el Modo Discontinuo (DCM) y el Interruptor debe estar abierto en este momento y se aplica poca carga de corriente. El interruptor presenta una pequeña capacitancia en serie con L que crea una alta impedancia paralela // resonancia de 6MHz en su última curva que decae en <10us. Esto se amortigua por la resistencia de la piel y la frecuencia más baja por la capacitancia piel + cuerpo. (? 100k // 200pF ??) cuando se toca el disipador térmico pero no es el problema del ruido.

La solución para resolver este problema es agregar una retroalimentación negativa, como se explica en este video https://youtu.be/wNnOfF1NkxI?t=1584. En primer lugar, agregué un condensador entre la salida y el pin de retroalimentación del TL494, parece haber resuelto el problema, pero no funciona tan bien como agregar una retroalimentación negativa adecuada. He hecho algunas pruebas que prueban esto: al principio, aumento la corriente de 0A a 3A y luego cambio la frecuencia del oscilador de ~ 170 kHz a ~ 20 kHz y luego subo al "crash" (supongo) de TL494 ⇒ más allá de 300 kHz y luego volver a ~ 170 kHz. Trazo amarillo: voltaje en el condensador del oscilador, Trazo azul: corriente que fluye a través del inductor. El inductor ahora no está gimiendo sino silbando, depende del núcleo utilizado, porque cuando probé con EI, era menos notable (durante la noche la cinta se aflojó y el inductor comenzó a chirriar, ahora estoy experimentando con esmalte de uñas como un forma de pegar el núcleo y aún poder desmontarlo), Esta prueba se realizó con un núcleo EE pegado de fábrica. La captura de pantalla de una aplicación "espectroide" se realiza cuando la corriente de salida es de 3A y en la parte inferior. Puede ver el momento de 20 kHz y en la parte superior de 300 kHz.

Retroalimentación negativa + condensador https://youtu.be/S9KfA9NNXkE

Comentarios negativos https://youtu.be/h1AN7rQTDa4

Condensador https://youtu.be/7h7OzDj9q8Y

Nada (problema inicial) https://youtu.be/nVOfPynJRGE

Por retroalimentación negativa y condensador, quiero decir:

Más tarde comprobaré si mi controlador MOSFET push-pull funciona bien ahora. Si es necesario, puedo hacer una grabación más avanzada y mostrar la frecuencia generada por el inductor correspondiente a la frecuencia del oscilador.