Inductance négative et instabilité du convertisseur DC / DC en cascade

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J'essaie de déboguer une paire de convertisseurs DC / DC en cascade et je suis tombé sur un mur de briques. Le FAE local a dit que c'était probablement quelque chose à voir avec une "inductance d'entrée négative" sur le deuxième convertisseur qui gâche la stabilité du premier convertisseur (mais le FAE n'est pas là pour "aider" davantage). Le problème est que je ne trouve pas de notes d'application, de papiers, de livres, etc. sur ce problème.

Ma question est la suivante: connaissez-vous de la littérature sur ces questions? Ou mieux encore, quelques idées sur les choses à essayer ou à regarder?

Voici ma configuration ...

Convertisseur 1: + 4v à + 12v @ 1 amplificateur de sortie boost. La fréquence de commutation est d'environ 350 KHz. Convertisseur 2: il s'agit en fait d'un ampli audio de classe D de 10 watts (qui est essentiellement un convertisseur à commutation de buck). La fréquence de commutation est d'environ 310 KHz.

Et le problème ...

Le convertisseur 1 fonctionne très bien avec une charge résistive au lieu du convertisseur 2. Il fonctionne même si la résistance est activée / désactivée à des fréquences audio.

Le convertisseur 2 fonctionne très bien lorsqu'il est alimenté par une alimentation électrique de paillasse.

Lorsque le convertisseur 1 alimente le convertisseur 2, C1 s'arrête en raison d'une surintensité dans le MOSFET. Il s'arrête plus facilement si la fréquence audio est inférieure. Au-dessus d'une onde sinusoïdale de 1 KHz, cela semble fonctionner correctement. Lorsqu'il s'éteint, la puissance de sortie ne représente qu'environ 50% de ce que les convertisseurs peuvent faire séparément.

Des idées? Des pointeurs?

Mise à jour: j'ai trouvé le problème.

Il y avait deux bugs ...

  1. Fondamentalement, Olin avait raison. J'ai fait une erreur de calcul. Le premier convertisseur aurait dû être en mesure de fournir le double du courant qu'il fournissait. Au lieu de + 12v à 1A, nous avions besoin de 2 ampères.

  2. Le convertisseur 1 est un convertisseur en mode courant, ce qui signifie qu'il a une résistance de détection de courant entre le MOSFET et GND. Il semble que les traces et les vias de PCB pour ce chemin de signal n'étaient pas à la hauteur. J'ai essayé plusieurs résistances dans la gamme de 4 à 24 milli-ohms, mais je soupçonne que les traces / vias ajoutaient encore 5 ou 10 mOhm. Le résultat final est que nous surintégrions plus tôt que nous le voulions.

Dans le processus de débogage, j'ai isolé le convertisseur 1 du reste du circuit et l'ai modifié pour fournir un solide 2 ampères dans une charge de résistance. Une fois qu'il était solide, je l'ai connecté à l'ampli audio et cela a bien fonctionné sous toutes les charges et fréquences audio attendues.

Donc, apparemment, cela n'avait rien à voir avec une inductance négative ou autre.

Pour être un gars principalement numérique, je suis sûr de devenir beaucoup mieux dans les trucs analogiques! :)

power-supply dc-dc-converter inductance Le photon
la source
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Au moins, ça s'arrête. La nôtre explose. :( La charge résistive qui fonctionne sur le premier convertisseur consomme une puissance égale ou supérieure à celle du test de l'amplificateur, n'est-ce pas? Y compris l'inefficacité de l'ampli? Vous n'évaluez pas la résistance équivalente à une onde sinusoïdale pleine échelle, puis testez l'ampli avec une onde carrée à grande échelle ou quelque chose comme ça?
endolith
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Avez-vous essayé un condensateur sérieusement grand sur la sortie 1? Si gros, vous devrez peut-être le charger par résistance pour l'empêcher de démarrer le 1er convertisseur.
Russell McMahon
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@endolith Oui, lorsque Converter1 s'arrête, il fonctionne à 50% de ce qu'il pourrait faire avec la charge résistive - sur la base des mesures RMS.
@Russell Nous avons essayé de mettre des bouchons et / ou des inducteurs entre eux avec peu de succès. Mais nous n'avons pas encore essayé d'énormes bouchons effrayants.
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Si vous avez résolu le problème, veuillez poster comme réponse à votre propre question, ne modifiez pas la question.
mjh2007

Réponses:

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D'après vos chiffres, il semble que le tirage instantané lorsque la sortie audio est au pic maximal de la forme d'onde est trop pour le convertisseur 1. Cela expliquerait pourquoi il fonctionne à des fréquences plus élevées, car le convertisseur 1 voit alors plus la moyenne plutôt que le pic instantané tirage actuel.

Vous dites que le convertisseur 1 met 12V à 1A, ce qui fait 12W. La mise hors tension audio de 10 W RMS signifierait que les crêtes des formes d'onde audio sont deux fois plus instantanées. Cela surchargerait le convertisseur 1 de presque 2x selon votre description. À une sortie audio de 1 kHz, la surcharge ne se produit que pendant environ 250 µs à la fois. Étant donné que le tirage moyen est OK, le convertisseur 1 ne fait pas défaut.

Ce n'est qu'une supposition, bien sûr, mais elle est cohérente avec les informations que vous avez fournies.

Olin Lathrop
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Je pense que votre FAE est confus.

L'amplificateur est une charge à puissance constante vers le premier étage DC-DC. Si la tension de sortie du premier étage diminue, l'amplificateur consommera plus de courant pour maintenir la même puissance de sortie. L'amplificateur présente donc une caractéristique d'impédance négative, et non une «inductance» négative (quoi que cela signifie).

Une charge d'impédance négative a des implications pour la stabilité. Si l'amplitude de l'impédance négative annule le réseau d'amortissement du filtre LC de sortie de l'alimentation, l'alimentation peut osciller.

Venable Industries a une série d'articles sur le thème de la stabilité (H. Dean Venable = gourou du système de contrôle) - consultez TP-12 (inscription gratuite requise).

Si vous ne voyez pas de signes d'instabilité sur l'étage DC / DC (impulsions erratiques, ondulation sinusoïdale), l'arrêt prématuré n'est pas dû à des interactions de boucle.

Adam Lawrence
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