Маленький КПД Step-Down конвертера на м/с LM5116, DC 21...30В -> 19,5В 10А Опции

[snowboy]

Делаю импульсный понижающий преобразователь напряжения для питания мощного ноутбука с входным напряжением 19,5В 10А от блока аккумуляторов из 7 последовательных Li-Ion банок.

Рассчитал схему в TI Webench: http://webench.ti.com/appinfo/webench/scri...92B339E90902A2E
Сейчас собрал в железе и тестирую на резистивной нагрузке. Получается КПД сильно меньше чем при расчёте: 87% вместо 98,5% (на 7А нагрузке). И соответственно, греется на 20 Вт вместо расчётных 2 Вт.

Вот разводка силовой части:


Подозреваю что проблема в "звоне" при переключении транзисторов. Вот график напряжения на входе дросселя (синий) и на токоизмерительном резисторе (жёлтый):

Пробовал варьировать номиналы компонентов на выводах Comp, Ramp м/с - не влияет особо на "звон" и на КПД.

Пробовал добавлять резисторы в затворы полевых транзисторов по 1-5 Ом, и даже RC-цепочки, нет положительного эффекта.
Пробовал ставить демпфирующую цепочку между входом дросселя и "землёй", при этом "звон" по напряжению сильно уменьшается, но по току почему-то остаётся, и КПД не меняется:

Измерил ток через дроссель: желтый - ток (5А в клетке), синий - напряжение на входе дросселя относительно выходного напряжения


Пробовал вместо штатного дросселя, мотать самодельные дроссели на кольцах из ВЧ феррита и пермаллоя, результат не меняется.

Знающие люди, посоветуйте пожалуйста как заставить правильно работать эту схему.

Сообщение отредактировал snowboy - Mar 13 2016, 10:17

[_Sergey_]

Т.е. 60в выброс в момент включения верхнего мосфета? Это выключение диода нижнего полевика получается..

Может замедлить включение верхнего мосфета?

In some applications it may be desirable to slow down the high-side MOSFET turnon time in order to control
switching spikes. This may be accomplished by adding a resistor is series with the HO output to the high-side
gate. Values greater than 10 Ω should be avoided so as not to interfere with the adaptive gate drive. Use of an
HB resistor for this function should be carefully evaluated so as not cause potentially harmful negative voltage to
the high-side driver, and is generally limited to 2.2-Ω maximum.

Да и сам верхний транзистор побыстрее.

Сообщение отредактировал _Sergey_ - Apr 6 2016, 14:29

[snowboy]

Может замедлить включение верхнего мосфета?

Замедлил, поставил ему в затвор 4,7 Ом.
См. осциллограмму: жёлтый - напряжение на затворе, синий сток-исток.
Фронт затянулся, но выброс остался. КПД такой-же. Нестабильность скважности такая-же.
Поэкспериментировал, и убрал этот резистор.

А я думаю, что это действие высокодобротного колебательного контура, образованного керамическими конденсаторами на входе и индуктивностью длинных проводов.

Да, очень похоже на правду. Снял осциллограмму входного тока на самом входе схемы шунтом 3.3 мОм, щупом с "лезвием", см. файл "INP_current.gif". Похоже, во время включения верхнего транзистора ток туда-сюда сильно колеблется.

Потом снял осциллограмму напряжения на "+24В" - "GND" ближе всего к силовым транзисторам, см. файл "IND_and_Vin.gif". Здесь синий график - цепь "+24В" на верхнем транзисторе относительно "GND" на нижнем. Жёлтый - напряжение на входе дросселя относительно "GND" на нижнем транзисторе. Похоже, во время включения верхнего транзистора, начинается "звон" в цепи "+24В", который и приводит к плохой работе схемы.

Поставил в цепь "+24В" (наиболее близко к силовым транзисторам) два тантала 100 мкФ 0,1 Ом. Картина практически не поменялась. Завтра ещё достану большой электролит и туда воткну для пробы.
Есть идеи как ещё этот "звон" побороть?

Во время Dead-Time (визуально 180нс) нижний мосфет рассеивает около 8..10 Вт каждый цикл.

Насколько я понял, Deat-Time эта микросхема выбирает сама и на него нельзя повлиять. Или есть способы?

Сообщение отредактировал snowboy - Apr 6 2016, 21:31

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

Насколько я понял, Deat-Time эта микросхема выбирает сама и на него нельзя повлиять.

Посмотрите импульсы тока на ныне отсутствующих в схеме токовых резисторах - если сквозного тока через ключи нет, про dead-time на некоторое время можно забыть.