У меня проблема с моим самодельным конвертером доллара. Он основан на микросхеме управления TL494 с моим дискретным драйвером MOSFET. Проблема в том, что мой индуктор скрипит и скулит, когда выходной ток превышает определенное значение.

В качестве индуктора я впервые использовал обычный тороидальный дроссель от старого блока питания ATX (желтого цвета с одним белым лицом). Однако я заметил, что это действительно нагревается, и это была не потеря в моем медном проводе, это было ядро, не подходящее для коммутационного приложения, а скорее для целей фильтрации. Затем я разобрал небольшой ферритовый трансформатор, намотал на него свой собственный индуктор, но он снова скрипел.

Тогда я подумал, что это может быть из-за того, что ядра не идеально склеены, поэтому я решил сделать это на более крупном трансформаторе (возможно, EPCOS E 30/15/7 с круглой центральной частью, но, к сожалению, я понятия не имею о материал, использованный в этом сердечнике, и с зазором или без него), но на этот раз с тщательно удаленными обмотками без разрыва сердечника.

Результат был приемлемым (мой генератор сигналов еще не прибыл, поэтому я не могу точно измерить индуктивность, но он находится в области 10 мкГн, 6 витков (пары проводов, чтобы уменьшить скин-эффект)). Он все еще скрипит, но только при напряжениях и токах, которые, вероятно, не будут достигнуты при моем светодиодном освещении (в основном я хочу создать свой собственный преобразователь постоянного тока для управления напряжением, подаваемым на светодиоды вместо использования ШИМ, который создал слишком много электромагнитных помех ).

Вот формы волны (ток, протекающий через индуктор, измеренное падение напряжения на резисторе 0,082 Ом ~ 0,1 Ом), которые я зафиксировал, когда использовал сердечник из железного порошка (желто-белый) в качестве сердечника индуктора. Каждый сигнал связан по постоянному току.

Низкий выходной ток: ок. 1A

Средний выходной ток: ок. 2A

Высокий выходной ток: ок. 3A. На этом уровне начинается писк. Но я должен подчеркнуть, что сердечник индуктора был нагрет до ок. 90 ° С. Это в основном было похоже на форму волны сверху, но модулировано низкочастотной синусоидальной волной.

Я не смог заставить колебаться текущую форму волны между определенным уровнем, не касаясь 0A. Я видел, что это не должно достигать этого на фотографиях сигналов онлайн и в конвертере OSKJ XL4016 с осциллографом. Выглядело это так: (Извините за нарисованную форму волны, но, к сожалению, я ее не сохранил; это просто доказывает свою точку зрения)

Вот формы волны, которые я получил с моим текущим ферритовым трансформатором-индуктором в момент, когда начинается писк.

Канал 1 (желтый): ток.
Канал 2 (синий): напряжение на индуктивности.

В этот момент появляется скрип. Я пробовал увеличивать и уменьшать выходной конденсатор, но это обычно не решало проблему. Кроме того, звуки затухают, когда я касаюсь неизолированного радиатора MOSFET, я понятия не имею, почему этот звон вообще существует.

Это моя схема (это не совсем то, что у меня есть на моей печатной плате, но изменения просто неуловимы, например, потенциометр вместо 2 резисторов и точно настроенное значение конденсатора для получения частоты 100 кГц). Контакт 2 в настоящее время подключен к Vref, а контакт 16 - к GND для постоянного включения преобразователя, Vin - входное напряжение = 24 В. Из-за высокого пикового тока, видимого диодом D5, он был заменен на более долговечный для 5А:

D4, C2, R15 были окончательно заменены лучшим и более надежным решением, но оно не влияет на формы волны на катушке индуктивности L1. Это моя компоновка печатной платы, она была разработана для другого приложения (требуется максимум 0,5A - 1A, поэтому я не добавил туда радиатор). Кроме того, значения некоторых резисторов и конденсаторов были скорректированы вручную, чтобы обеспечить хороший КПД ~ 86% при полной нагрузке, большая часть потерь энергии происходит в MOSFET Q7, вероятно, из-за медленного нарастания и спада фронта сигнала затвора и Rds (вкл), будучи на 0,3 Ω.

Теперь (во время тестирования) индуктор подвешен над слоем припоя (потому что он слишком большой, чтобы поместиться в отведенном месте, еще когда я проектировал эту плату, я не знал, что не могу использовать обычный сердечник из железного порошка, на другой Конвертер, основанный на LM2576, работал нормально, но есть проблемы с регулированием напряжения, поэтому я хотел его спроектировать). Наконец, я записал напряжение и ток при указанном напряжении, при котором индуктор начал слышно скрипеть, вот результаты:

• 5 В - 0,150 А ← мин. Выходное напряжение
• 6 В - 0,300 А
• 7 В - 0,400 А
• 8 В - 1 А
• 9 В - 2,5 А
• 10 В - 2,7 А
• 11 В - 3,1 А ← расчетный выходной ток
• 12 В - 3,1+ А
• 13 В - 3,1+ A ← максимальное выходное напряжение

После этого я уменьшил индуктивность, развернув 1 виток, и она начала пищать при гораздо более низких токах. То же самое происходит, когда я добавляю больше обмоток. Когда я меняю частоту, ничего интересного не происходит. Я также вычислил значения конденсаторов и индукторов, используя формулы, приведенные в техническом описании TL494, но они тоже были скрипучими. Каждое измерение тока проводилось на выходной стороне индуктора. Я измерил ESR моего выходного конденсатора, и тестер LCR-T4 показал 0,09 Ом.

Подводя итог: у меня проблема с нытьем / скрипом индуктора, и я не знаю, как это исправить.

На каждом уровне мои светодиодные фонари потребляют меньше тока, который необходим, чтобы заставить скрип индуктивности, но мое сердце действительно хочет знать, почему это происходит, и что я не понимаю или неправильно понимаю. Пожалуйста, помогите мне. Если я пропустил какие-либо детали, я напишу их в комментарии к этому вопросу. Извините за любые ошибки в моем «английском», это не мой родной язык. У меня нет опыта в этой области, поэтому, пожалуйста, прости меня, если я сделал несколько больших ошибок.

Редактировать: «На каждом уровне мои светодиодные фонари потребляют меньше тока, что необходимо для того, чтобы индуктор скрипел» - я имею в виду, что светодиоды всегда должны потреблять меньше тока, что необходимо для того, чтобы индуктор скрипел ⇒ во время нормальной работы индуктор не должен писк. Я загрузил видео, показывающее формы волны на YouTube при изменении выходного тока, частоты переключения и выходного напряжения. Нагрузка - это моя временная «нагрузка постоянного тока», сделанная из полевого МОП-транзистора и потенциометра, регулирующего напряжение на затворе полевого МОП-транзистора, она грубая, но она работает. Как писал mehmet.ali.anil (но теперь я вижу, что он удалил свой ответ), я увеличил индуктивность примерно до 200 мкГн, намотав новый провод, и в конце видео вы можете видеть, что я случайно настроил частоту на «идеальное» значение, которое привело к успешной работе СКК, но он тихо скрипит все время, особенно при изменении выходного напряжения. Кроме того, частота действительно близка к пределу и составляет ~ 300 кГц. Я должен был загрузить подобное видео заранее, извините. Вот ссылка для этого:https://youtu.be/tgllx-tegwo

Обновить

Несмотря на то, что 594 имеет гораздо более высокую полосу пропускания и более высокий допуск 5 В, чем 494, они все еще имеют эталонный дизайн, который использует 20 кГц, а не 100 кГц для скорости переключения. Это также позволяет более низкое значение C для управления f. Все остальное кажется идентичным, так что вы можете заставить 494 работать лучше с некоторыми изменениями.

Похоже, в вашей конструкции есть странные простои из-за слабого двухтактного тока или напряжения покоя. Ваш двухтактный драйвер имеет комбинацию f / 2 (субгармоника) f со слабым базовым током, что вызывает некоторую нестабильность. Поэтому я бы предложил уменьшить базовые резисторы до 330 Ом вместо 10 кОм и использовать 20 кГц с одним концом до Rc = 10x Rb для управления полевым транзистором с помощью делителя напряжения или стабилитрона, если необходимо ограничить Vgs до 20 В.

Эта комбинация позволяет 1% времени простоя и более жесткое регулирование от 0% PWM до 99%. Но проверьте настройки мертвого времени.

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

Магнитные компоненты могут создавать слышимый шум, так как они содержат много физически подвижных элементов, таких как катушки, изолирующие ленты и катушки. Ток в катушках создает электромагнитные поля, которые создают отталкивающие и / или притягивающие силы между катушками. Это может вызвать механическую вибрацию в катушках, ферритовых сердечниках или изоляционных лентах, и человеческие уши могут просто слышать шум, когда частота переключения источника питания находится в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц.

Возможные исправления

• уменьшить колебания потока Bpp с помощью выбора Imax / Imin и скорости переключения
• предотвращать инверсию магнитного потока при использовании в режиме постоянного тока с током CM при минимальной нагрузке> = 5%. (не идеально)
• свести к минимуму сопротивление L, DCR, который вызывает скачкообразный рост до линейного изменения тока и эффективно добавляет пульсации, таким образом, к шуму в контуре управления. Вычислите отношение L / R и сравните с постоянной времени ESR C * для низкой крышки ESR и таким образом уменьшите постоянные времени реактора.

Феррит имеет магнитные домены, которые вызывают гистерезис при изменении направления тока. Возбуждение их током, чтобы затем вернуть 0 А, стимулирует некоторую вибрацию, но почему?

гипотеза

Если субгармоника f / 2 является нестабильной, в результате ширина модулированного импульса и смешивается с основными 100 кГц f, используемыми в частоте нижнего цикла, может быть дикий суперзвуковой визг 100 кОм - 50 кГц, создающий этот звук от 0 до 50 кГц.

• Изменения в фильтре обратной связи могут привести к улучшению этого.

Обновление № 2

Оператор случайно обнаружил, как сделать фазовый отводящий фильтр для повышения стабильности https://m.imgur.com/nBEd18F , следующим улучшением является фазовый «опережающий фильтр» для оптимизации запаса стабильности. Можно использовать две заглушки и серию R вместо 1 заглушки. Один колпачок в 10 раз больше с серией около 1/10 от R, используемой для управления Vdc. Он имеет больший C и меньший R для уменьшения диапазона напряжения коррекции импульсного отведения, но не слишком усиливает пульсацию, чем 1/10 меньшего шунтирующего колпачка. в // с обратной связью R, которая действует как HPF, чтобы уменьшить высокочастотное содержание в импульсах, чтобы уменьшить пульсации на выходе. (Извините, нет схемы с моим пальцем на сенсорном экране)

• конец обновления

Когда ток в Индукторе останавливается, мы говорим, что он работает в режиме прерывистого режима (DCM), и в это время коммутатор должен быть разомкнут и приложена небольшая нагрузка по току. Переключатель имеет небольшую емкость последовательно с L, что создает параллельный резонанс с высоким сопротивлением 6 МГц на вашей последней кривой, затухающей в <10 мкс. Это ослабляется сопротивлением кожи, а более низкая частота - емкостью кожи и тела. (? 100k // 200pF ??) при касании радиатора, но это не проблема для шума.

Решением этой проблемы является добавление отрицательного отзыва, как описано в этом видео https://youtu.be/wNnOfF1NkxI?t=1584., Во-первых, я добавил конденсатор между выходом и выводом обратной связи TL494, похоже, это решило проблему, но это не так хорошо, как добавление правильной отрицательной обратной связи. Я провел несколько тестов, которые доказывают это: сначала я увеличиваю ток с 0А до 3А, затем меняю частоту генератора с ~ 170 кГц до ~ 20 кГц, а затем поднимаюсь до «сбоя» (я полагаю) TL494 ⇒ выше 300 кГц и затем возврат к ~ 170 кГц. Желтая кривая - напряжение на конденсаторе генератора, Синяя кривая - ток, протекающий через индуктор. Индуктор теперь не скулит, а шипит, это зависит от используемого сердечника, потому что, когда я попробовал с EI, это было менее заметно (ночью лента ослабла, и индуктор начал скрипеть, теперь я экспериментирую с лаком для ногтей как способ склеить сердцевину и все же иметь возможность разобрать его на части), Этот тест был сделан с заводским приклеенным сердечником EE. Снимок экрана приложения "Spectroid" делается, когда выходной ток составляет 3 А и внизу. Вы можете увидеть момент 20 кГц и верхние 300 кГц.

Отрицательный отзыв + конденсатор https://youtu.be/S9KfA9NNXkE

Отрицательный отзыв https://youtu.be/h1AN7rQTDa4

Конденсатор https://youtu.be/7h7OzDj9q8Y

Ничего (первоначальная проблема) https://youtu.be/nVOfPynJRGE

Под отрицательной обратной связью и конденсатором я имею в виду:

Позже я проверю, работает ли мой двухтактный драйвер MOSFET. Если есть необходимость, я могу сделать более сложную запись и показать частоту, генерируемую индуктором, соответствующую частоте генератора.