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.

А что именно греется?

Греются транзисторы (чуть сильнее нижний) и дроссель.

как обычно:
переразвести плату в соответствии с рекомендациями производителя как 4 слойную.
понять что 2 внутренних слоя играют роль теплоотвода,
принять во внимание замечания пункта 2.2 документа,
измерить активное сопротивление дросселя оно должно быть меньше 12мОм.
ЗЫ: не увидел на плате входных конденсаторов да и выходных тоже.

Спасибо за рекомендации.
Я бы хотел сначала добиться чтобы КПД достигло нужного уровня. Т.е. понятно что и такое огромное кол-во тепла можно отвести, используя 4-х слойную плату, вентилятор и т.п. Но схема с такими характеристиками не подходит, она должна заряд аккумулятора в выходной ток преобразовывать, а не в тепло.
А как добьюсь чтобы на текущей плате всё хорошо работало, даже если придётся всё порезать и перемычками заменить, то переразведу плату.
Понимаю что если сейчас переразведу плату на 4х слойку - скорее всего мало что изменится.

Дроссель такой: IHLP6767GZER100M01 ( https://www.terraelectronica.ru/show_pdf.ph...7gzer100m01.pdf ), сопротивление 11,6 мОм. Пробовал ставить "на проводках" большой (по размеру и сечению провода) дроссель с меньшим сопротивлением - практически без изменений (изменение КПД меньше 1%).

Выделил на рисунке платы красными прямоугольниками конденсаторы:

Входные конденсаторы GRM32ER7YA106KA12 ( http://psearch.en.murata.com/capacitor/pro...A106KA12%23.pdf ), изначально был один, сейчас в схеме стоят 3 параллельно.
Выходные конденсаторы 2 шт. TPSV107K025R0100 ( http://www.compel.ru/infosheet/AVX/TPSV107K025R0100/ ). Конечно не идеальный вариант, но быстро ничего лучше не нашёл. Они не греются.

Исходя из данной фразы, претензии Вам логично было сперва высказывать не здесь, а на ихнем форуме, тем более что по ссылке — никакой схемы для простых смертных, а некая мутная регистрация.

Амплитуда звонов очень велика. Нужно проанализировать путь переключения тока при коммутации ключа, и сделать взаимоиндуктивность этих двух цепей минимальной. Ну, например, ток идет по широкой полосе по одной стороне платы, а переключается на совпадающую широкую полосу по другой стороне.
Четырехслойка помогла бы не только отводить тепло (что немаловажно), но и очень сильно уменьшить паразитные индуктивности, и расширить силовые проводники - не нужно тратить пространство под малосигнальные цепи.
Вообще, может, я отстал от жизни, но 98,5% - это как-то шибко круто даже для понижающего.

Еще важная вещь по осциллограмме - по току при переключении наблюдается сдвиг уровня, что указывает на существенную омическую составляющую. Если оценить грубо - процентов так 7 примерно.

Какие могут быть 20 Вт на такой плате? Там бы транзисторы и дроссель уже бы выпаялись и отвалились.
ПМСМ что-то у автора не то в измерениях.

Конечно, если оставить схему работать надолго, всё выпаяется и отвалится. Я уже комплектов 7 ключей поменял из-за сгорания. И контроллеров штук 5. Я включаю её секунд на 10, снимаю нужные осциллограммы, измеряю нужные параметры, и выключаю остужаться.
А сколько мощности остаётся на плате, и какой КПД можете посчитать сами. Вот исходные данные:
Uвх=27,8 В, Iвх=5,61 А, Uвых=19,3В, Iвых=7 А.

Да я не претензии высказываю, а совета прошу.
Тот форум я смотрел, ничего на интересующую тему не нашёл.
А насчёт связаться с техподдержкой TI - хорошая идея, попробую.

AlexeyW, спасибо большое, очень ценные советы. Буду внимательно изучать топологию на предмет взаимной индуктивности силовых цепей.
Да, КПД хочу сделать максимально высокий. Знаю что такие преобразователи бывают - работал с контроллером солнечных батарей с КПД 99%.
Сдвиг уровня тока может быть из-за сильного "звона"? Оммической составляющей там, на мой беглый взгляд, неоткуда взяться (значительной, во всяком случае) - ключи с низким импедансом (порядка 3 мОм), дроссель 12 мОм.

Нет, от звона сдвига не будет. Поскольку ток через индуктор непрерывен, то сдвиг только от скачка на сопротивлении. Хорошо бы видеть схему силовой части, и как включендатчик тока, по которому дана осциллограмма, и где подключена земля осциллографа.

Вот схема силовой части:



Ток измерял так: подключил землю осциллографа к положительному выводу C4, C5. Вставил резистор 0,01 Ом в разрыв между L2 и C4. Подключил вход осциллографа к месту соединения вставленного резистора и L2.

Вы сами что-то различаете на вложенной схеме?
Почему нельзя поставить белый фон, черные чернила и дать нормальное разрешение.
Это сложно?

Почему нельзя написать "Не могли бы Вы выложить схему на белом фоне, мне так привычнее"? Это сложно?
Прикладываю схему на белом. Функция "добавить картинку" почему-то безвозвратно уменьшает разрешение, так что, просто прикладываю файл.

А не был бы тут эффективнее повышающий преобразователь?
Вот с т.з. выживания ноута, при всяко разных проблемах с БП, это точно лучше.

Итого, к концу первой страницы темы Вы таки снизошли до придания ей смысла.

Итак:

1) подавляющее большинство требований паспорта нарушены;

2) в частности, его глава 10, а конкретно, Рис.42 — выходной силовой конденсатор оказался мало того, что задохликом танталовым, но и аж в противоположном углу платы;

3) требуемая той же главой разводка AGND попросту отсутствует — удивительно, что схема с ней хоть и недолго, но работает;

4) требование установки керамических конденсаторов в качестве силовых проигнорировано;

5) требование четырёхпроводного подключения датчика тока проигнорировано;

6) критичный компонент C_RAMP рассчитан неверно, хотя с такой AGND это без разницы;

7) VCCX, в нарушение однозначного требования паспорта, никуда не подключён.

8) как апофеоз концепции "было лениво почитать" — синхронный ключ попросту отключён и схема тупо использует его в качестве на редкость тугого диода.

Отличный анализ дизайна кстати... Тоже самое удивило почему на выходе стоят танталы и практически в углу платы.
Одно переходное под микросхемой тоже вызывает подозрения...

Однако... Это кому вообще нужно? Нам или Вам?

Рекомендую всегда пользоваться функцией "вставить изображение".

2. Не в этом дело. Запаял ещё пару керамических по 10 мкФ (таких-же как на входе) - ничего не изменилось. Переместил все выходные конденсаторы вплотную в входным (сверху, объёмным монтажом), и дроссель из горизонтальной позиции в вертикальную - ничего не изменилось.
3. Да, возможно.
4. Не в этом дело, см. п.2
5. Вполне возможно, буду пробовать.
6. Пробовал разные варианты, от 1 нФ до 2 нФ. С резистором подтяжки к Vcc (150к-170к) и без. Номиналы - рассчитанные автогеннератором схем от TI на разных установках оптимизации. Не влияет на звон и КПД. Влияет на стабильность частоты переключения ключей.
7. Подключу Vccx к земле. Автоматический генератор схемы от TI оставил его в воздухе. Хотя в описании и правда рекомендуют землить.

Буду делать новый макет, где будет полное 4-х проводное подключение датчика тока и полностью отделённая аналоговая земля.
Спасибо за советы!

я делал на ней двухфазный понижатель на 12В 25А. Плата двусторонняя, медь 35 микрон. Расчёты были по оригинальному экселевскому файлику.
В общем виде, м/сх не капризная, если разведено по ДШ. В паре уживаются, несмотря на синхронизацию глупым симметричным мультивибратором на 300кГц.

Конденсаторы в кучу соберите, и строго следуйте правилам аналоговой и силовой земли.

Вот у вас вход с одной стороны, а выход - с другой. Корректнее было бы, если схема имела бы всего 3 точки подключения - вход, общий и выход. Рядышком. И конденсаторы входной и выходной также будут стоять, рядышком, минусами друг к другу. А детали располагайте так, чтобы длины силовых контуров были наименьшими. Можно на двух сторонах.

Спасибо!
Уже понял что надо конденсаторы поближе друг к другу, думаю как это с минимальными переделками на макете попробовать...
У меня тоже сделано на 2х слоях, 35 мкм.
А можете выложить картинку вашей разводки силовой части схемы?
Какой КПД удалось получить на ней?


Т.З. такое: обеспечить автономным питанием мощный игровой ноутбук MSI MS-1781 с требованием по питанию 19,5В, 11.8А. На пол-часа в режиме максимальной нагрузки. Блок должен быть лёгким, желательно уложиться в 1 килограмм. Число циклов заряд-разряд желательно не менее 1000.

Выбрал в качестве аккумулятора 7 последовательных банок Boston Power Swing 5300 ( http://www.boston-power.com/sites/default/...%20Rev%2001.pdf ).

Да, про повышающий я тоже думал. И выбрал всё-таки понижающий по следующим причинам:
1. Он умеет полностью отключать нагрузку (это актуально при разряде батареи), а в комплекте с повышающим ещё надо ставить ключ на отключение.
2. По моей практике, понижающие можно сделать с более высоким КПД чем повышающие в тех-же габаритах.
3. Входной ток меньше, провода от аккумуляторов меньше будут греться или можно их меньшего сечения сделать.

Ток переключается между вот этими двумя путями. Поэтому именно они должны быть выполнены с минимальной ВЗАИМНОЙ индуктивностью (например, как я написал раньше - транзисторы на разных сторонах друг над другом, дорожки к ним широкие и тоже соответствуют по расположению). Точки земли А и В как можно ближе.


А C5 оставался подключенным в обход датчика тока, или нет?

Вообще, похоже, что осциллограф не полностью отвязан гальванически, и по земле щупа тоже шел ток, от него и сдвиг. А поставить датчик в разрыв земли С4 и С5 возможно?

Спасибо за рекомендации. Думаю как их выполнить на макете без заказа новой платы...

При измерении тока, гальваническая связь устройства была только с щупом осциллографа: питание шло от аккумулятора, нагрузка - лампочки.
Датчик тока стоял последовательно с дросселем, на одном конце дроссель, на другом - все конденсаторы и нагрузка.
В разрыв земли С4 и С5 очень сложно - экран на пол-платы надо распилить.

Сейчас исследовал физику "звона". Похоже что в момент открытия верхнего транзистора, идёт наводка на затвор нижнего, он открывается, просаживает напряжение на дросселе вниз, и начинается колебательный процесс с открытием-закрытием нижнего транзистора.
Вот как выглядит график напряжения на дросселе (жёлтый) и на затворе нижнего транзистора (синий): см. файл.
Пытаюсь понять как же он может наводиться. Вырезал дорожку на плате, прокинул сигнал управления затвором отдельным кабелем. Поставил нижний транзистор "боком", чтобы затвор был высоко над платой. Изменений в "звоне" никаких. Транзисторы специально выбирал с минимально существующим параметром "Reverse Transfer Capacitance", около 20 пФ.

Поставьте резисторы в цепях затворов, Ом по 5. Если звон уменьшится - замените их на RD цепочки.

Вот я дятел, извиняюсь - слона и не приметил. А и действительно, без резисторов нельзя.


Все емкости на плате исчезающе малы в сравнении с внутренними транзисторов, перекладка мало что изменит - разве что индуктивность проводников, и то в большую сторону.

Вероятнее всего - через емкость сток-затвор. Обычно достаточно включить резистор между затвором и истоком, но иногда делают небольшое отрицательное смещение (здесь).
Собс-но, с этого надо было начинать - при небольшом токе нагрузки проверить, нет ли сквозных токов.

Нет нужды это проверять — повторю, выпрямителем в схеме сейчас работает стандартный диод.

Plain, а почему? Вроде бы по схеме и ПП - затвор подключён...

Попробовал ставить в затвор нижнего транзистора резисторы 1, 2.2, 4.7 Ом. Без изменений. Потом ещё добавил к резистору 4.7, конденсаторы: сначала 270 пФ, потом 1 нФ. На звон не повлияло. Только на фронты на нормальном штатном открытии-закрытии. Больше номиналы вижу что нельзя, сейчас нижний транзистор закрывается только к моменту открытия верхнего.
Ещё интересный момент: при добавлении резистора, звон на затворе не уменьшается, но уменьшается на другом конце резистора (на м/с), т.е. помеха идёт со стороны ключа.

Подключение DEMB к земле через резистор позволяет контроллеру принудительно переходить в режим разрывных токов при малой нагрузке. При большой нагрузке это неактуально.

Да, пробовал подключить вывод DEMB через резистор 10к - никак не повлияло.
Подключил токоизмерительный резистор к дифференциальному входу м/с (CS, CSG) отдельными проводами. Тоже не повлияло на работу.

Поставьте резистор в цепь затвора обоих транзисторов. Сейчас у Вас верхний транзистор по-прежнему открывается быстро, из-за чего может паразитно открываться нижний. Почему - см тут.

Поставил по 10 Ом в затворы обоих транзисторов.
Плюс к этому, демпфирующую цепочку из резистора 4.7 Ом и конденсатора 1 нФ параллельно нижнему транзистору.

Результаты такие: КПД ещё уменьшился, стал 83%
Звоны остались, но изменились. Вот как выглядит график на затворе (синий) и стоке (жёлтый) нижнего транзистора:


При этом, одна и та-же цепь, идущая к дросселю в районе верхнего транзистора (синий график) и нижнего (жёлтый график):


Ещё попробовал на половинной нагрузке (3.58 А), КПД уже 90%, и звон пропадает. Вот как выглядит график на затворе (синий) и стоке (жёлтый) нижнего транзистора:


Есть идеи что ещё попробовать?
Чувствую пора уже новую плату разводить, этой ничто не помогает...

Поставьте диоды шоттки паралельно затворным резисторам чтобы ключи закрывалить быстрей чем открывались.

Разделяю Ваши чувства Добавлю, что на осциллограмме в первом посте хорошо видны потери в сердечнике дросселя, как будто он намотан на гвозде

держите source
КПД 95-97%, нагрузочные характеристики внутри
фотографии от предыдущего варианта схемы, без синфазных дросселей по входу и выходу


на затворах творилось это

Интересно... Один ещё не закрылся, а другой уже открыт? Или оба P-канальные? Жаль не могу посмотреть схему. Что скажут профессионалы?

Поставил диоды Шоттки параллельно резисторам в затворах.
КПД немного подрос: Изначально был 87%, при добавлении резисторов в затворы уменьшился до 83%, при добавлении диодов вернулся к 87%.
Вот осциллограммы, жёлтая на дросселе, синяя на затворе нижнего транзистора:


Слишком долго измерял, транзисторы (и возможно контроллер) перегрелись и сгорели с дымом :-(.


Спасибо огромное! Буду проектировать новую плату, пример правильной разводки мне очень поможет!

Здесь два канала впараллель

Ну, да, а транзисторов тогда четыре
Обращу внимание ТС, что Ydaloj при бОльших токах использует транзисторы с бОльшим Rdson, за то с меньшими емкостями.
Может быть, просто, других не было?

MikeSchir, это тот случай, когда живёшь вроде и не на отшибе, но и не в центре электронной промышленности.
ставил что было.

ДШ на LM5116 не обещает КПД выше 95%.

ИМХО:
Плохая трассировка.
Плохое подключение земли к управляющей микросхеме, короткозамкнутым кольцом.
Цепь затвора нижнего транзистора ловит наводки по магнитному полю и приоткрывает транзистор.

Выкладывайте новую плату, покритикуем.

Посмотрите новый вариант разводки. Есть шанс что нормально заработает?
Хочу делать на стеклотекстолите с толщиной фольги 70 мкм.

Транзисторы такие: CSD18501Q5A ( http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd18501q5a.pdf ) - верхний,
CSD18531Q5A ( http://www.ti.com/lit/ds/symlink/csd18531q5a.pdf ) - нижний

Дроссель IHLP6767GZER ( http://www.vishay.com/docs/34000/lp67gz01.pdf )

Конденсаторы входные 5x GRM32ER7YA106KA12L ( http://psearch.en.murata.com/capacitor/pro...A106KA12%23.pdf )

Конденсаторы выходные: GRM32ER71E226ME15L ( http://psearch.en.murata.com/capacitor/pro...E226ME15%23.pdf ) +
+ 2x TPSD107K020R0085 ( http://z.compel.ru/item-pdf/f814c113a6d3fe.../ps/avx~tps.pdf )

Зачем большинство дорожек к площадкам м/с уже чем ширина самих площадок м/с?? Я бы повернул по часовой стрелке на 90° м/с со всей ее обвязкой и расположил над дросселем по рисунку платы. Так она еще ближе будет к ключам и короче будут дорожки от нее к ним. Площадки C30 - C32 можно было бы и не делать с термокомпенсацией.

Дорожки можно совсем чуть-чуть сделать потолще: сейчас они 0,3мм, можно увеличить до 0,35. При толщине фольги 70 мкм, минимальный зазор 0,3мм, так что, при шаге м/с 0,65мм, можно сделать дорожки 0,35мм. Мне показалось непринципиальным какие их делать, 0,3 или 0,35.
Понятно что лучше сделать плату шире и поставить м/с выше, но габариты платы не позволяют, поэтому так извращаюсь. Ширина платы может быть только 19мм, уже корпус под неё изготовлен.
Высота может быть не более 16 мм, поэтому все конденсаторы низкопрофильные, нет электролитов "бочонков".
Всю термокомпенсацию уберу.

Плохо, что шире плату нельзя делать. Тогда там где транзисторы для конденсаторов C30-C32 можно побольше площадки сделать (под корпус 2220 или какой у Вас там следующий после них). Это если конечно у Вас не будет авт. смд-монтаж (а вручную запаяете) (1). В дальнейшем может пригодится для отладки с др. конденсаторами. На силовых дорожках сделайте доп. площадки-дорожки для пропайки сверху припоем чтоб их утолщить. Дорожки не сужайте ни где тут (именно тут в таких платах питания!), а старайтесь по-максимумуму везде их утолшать наоборот (в пределах разумного). Если (1) верно, то я бы еще добавил сквозные метализированные отверстия под самой м/с и дросселем и еще может где-то на плате где стоит. Дорожки можно делать и плавнее, а не под углом. Красивая плата - всегда красиво работает. Хотя и говорят - какая тут разница, но это так.

Схема не соответствует плате.

Я бы сделал так:




Переходное около R26 не нужно.
С 20 вывода м/с в верхнем слое среднюю точку транзисторов - так будет минимальная индуктивность петли управления VT1, плюс эти проводники пойдут над тихой землей.
Медь на дросселе слева (около R26) подрезать до минимума и сверху и снизу, тогда можно будет добавить земли в этом районе.
Раньше на схеме были токоизмерительные резисторы.. В принципе, ничего не мешает их вернуть без переделки. Соответственно, проводник с R27 и R28 в верхнем слое и около истока через переходное вниз.

Ну и для полной красоты немного сдвинуть L2 вниз, немного поднять C22 и C28 - тогда можно защитную земляную дорожку провести между токоизмерительной цепью и горячим выводом дросселя. Теоретически снизит емкостные наводки.

Разумеется, сугубое ИМХО.

Всё ж таки каждый раз подтверждается, что в искусстве разводки дюже хорошо помогает детсадовский опыт игры в пятнашки — из анализа схемы ясно же видно, что наиболее выгодно задвинуть в край дроссель, затем ключи, затем силовые конденсаторы, после чего на плате не остаётся импульсных токов и крупногабаритных компонентов и управление разводится без каких-либо выкрутасов.

Всем спасибо большое за рекомендации!
Вот что получается:

Такой вариант ближе к "правильному"? Голубым цветом на нижнем рисунке показано вскрытие маски для лужения.
Токоизмерительные резисторы не стал ставить, т.к. у Ydaloj сделано без них и всё хорошо работает. Да и зачем лишнюю энергию и место на плате тратить, если микросхема умеет мерить ток по падению на транзисторе?
Конденсаторы не стал менять на 2220 т.к. в Компэле (где я буду недостающий пассив покупать) таких нет. А если в ходе отладки окажется необходимым - и так запаяю (на вскрытие маски для охлаждения).

Ещё вопрос к знатокам: лучше плату брать потолще или потоньше? Выбираю между 1мм и 1,5мм.

А мне казалось знание физики важнее..

Тут скорее психология. Почему-то, как правило, тот, кто хорошо понимает физику и частности процесса, одновременно и работает аккуратно