Hallo, ich habe einen Synchronwandler zusammengebaut, der soweit auch läuft. Zu einigen Problemen dazu existieren hier auch schon ein paar Beiträge. Ich habe momentan zwei Dinge die mir den Kopf zerbrechen bzw. bei denen ich mir nicht ganz klar bin wie es dazu kommt. 1. Beim Ausschalten bei einer hohen Ausgangsspannung (z. B. max 48V) ist ein "Knacken" von der Platine zu hören. Ich vermute, dass sich dadurch dass der Lowside-MOSFET schließt der Ausgangskondensator über seinen ESR, dem DCL der Spule und dem RDSon des MOSFETs sehr schnell entlädt, da alle Werte im Bereich einiger mOhm liegen (siehe Schaltplan im Anhang). Liege ich damit richtig oder weiß jemand zufällig wie damit bei üblichen Schaltwandlern gehandhabt wird? Bei niedrigen Spannungen (1-10V) ist kein, bis nur ein ganz leises "Knacken" zu hören. Dazu kommt, dass sich der Gate-Widerstand am Lowside-MOSFET dunkel verfärbt... den hatte ich bereits einmal ausgetauscht aber nach einiger Zeit im Betrieb wurde dieser wieder etwas bräunlich, weshalb ich vermute das an der Stelle auch zwischenzeitlich zu viel Strom fließt. 2. Bei einem Ausgangsstrom über 2A kommt es schlagartig zum Schwingen am Ausgang. (siehe Anhang 2) Die Schwingung liegt im Bereich von ca. 500 Hz. Ich habe keine Ahnung wieso es dazu kommt. Die Grenzfrequenz des LC-Filter des Wandlers beträgt ca. 500 Hz. Das ist der einzige Ansatz den ich habe. Eventuell kommt es durch die Regelung durch den STM32 zu einem Schwingen im Regelkreis. Wieso das dann allerdings vom Ausgangsstrom abhängt ist mir ein Rätsel. Wenn ich den Wandlerstrom über den STM32 Regel kommt es nicht zum Schwingen.
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12V_ab_ca_2_A_schlagartig.PNG
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> Ich vermute, dass sich dadurch dass der Lowside-MOSFET schließt der Ausgangskondensator über seinen ESR, dem DCL der Spule und dem RDSon des MOSFETs sehr schnell entlädt, da alle Werte im Bereich einiger mOhm liegen (siehe Schaltplan im Anhang). > Liege ich damit richtig oder weiß jemand zufällig wie damit bei üblichen Schaltwandlern gehandhabt wird? Laß mich raten, du bist der nächste der versucht die Pulsweitenmodultation mit PWM im µC zu machen weil das in der theorie doch funktionieren müßte... Zum "Abschalten" setzt du dann einfach den Ausgang auf 0% PWM. Dann ist deine Vermutung völlig richtig und du knallst die gesamte Ladung der Ausgangskondensatoren in Spule und MOSFET. Einzige Lösung ist ein MOSFET-Treiber der ober und unter Seite getrennt ansteuern kann und zum Ausschalten dann die Gate-ansteuerung von beiden MOSFETs abschaltet.
A-Freak schrieb: > Laß mich raten, du bist der nächste der versucht die > Pulsweitenmodultation mit PWM im µC zu machen weil das in der theorie > doch funktionieren müßte... Naja ich habe mich halt an eine Anwendung von STMicroelectronics orientiert, da funktioniert es auch. (Siehe hier: https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/ec/9c/b0/81/b5/12/4e/21/DM00108726.pdf/files/DM00108726.pdf/jcr:content/translations/en.DM00108726.pdf ) A-Freak schrieb: > Einzige Lösung ist ein MOSFET-Treiber der ober und unter Seite getrennt > ansteuern kann und zum Ausschalten dann die Gate-ansteuerung von beiden > MOSFETs abschaltet. Der verbaute LM5104 kann das meines Wissens ja nicht... im Programm habe ich jetzt beim Ausschalten eine Ausschalt-Kurve einprogrammiert, dadurch klappt das immerhin. Ist natürlich trotzdem keine Traumlösung.
RH schrieb: > Beim Ausschalten bei einer hohen Ausgangsspannung (z. B. max 48V) ist > ein "Knacken" von der Platine zu hören. Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 0V weg? Oder die 12V? Oder geht dein Steuersignal auf konstant low? Im letzten Fall verheizt du 1mF*(48V)^2*0,5 = 1J in einem Puls in den Restwiderständen deines Aufbaus. Ich kann mir schon vorstellen, dass das knackt. Edit: ok, ich sehe an den späteren Beiträgen, dass es tatsächlich der letzte Fall war. Da wird dir wohl tatsächlich nur das definierte "Runterfahren" der Ausgangsspannung mit einer entpsrechenden Rampe bleiben. RH schrieb: > Eventuell kommt es durch die Regelung durch den STM32 zu > einem Schwingen im Regelkreis. Ja, das klingt nach einem guten Kandidaten. In funktionierenden Lösungen wird die Regelung des DCDC deswegen oft einem dedizierten IC überlassen, statt das in einem µC programmieren zu wollen. RH schrieb: > Dazu kommt, dass sich > der Gate-Widerstand am Lowside-MOSFET dunkel verfärbt... den hatte ich > bereits einmal ausgetauscht aber nach einiger Zeit im Betrieb wurde > dieser wieder etwas bräunlich, weshalb ich vermute das an der Stelle > auch zwischenzeitlich zu viel Strom fließt. Das wäre ein sehr seltsamer Strompfad. Immerhin liegt ein MOSFET-Gate in Serie. Wenn du darüber wirklich genügend Strom bringst, um einen 7,5Ohm-Widerstand zu verheizen, dann ist sehr seltsam. Prüfe deine Schaltung nochmal, ob du nicht irgendwo einen Fehler oder einen versehentlichen Kontakt vom Gate auf ein anderes Potential hast. Ach ja: es ist eine ganz schlechte Idee, dem LM358 als Spannungsfolger direkt 10nF an den Ausgang zu hängen. Laut Datenblatt mag er in der Konfiguration nicht mehr als 50pF sehen, wenn seine Stabilität gewährleistet bleiben soll. Löte den mal als erste aus oder hänge ihn hinter den 1kOhm-Widerstand statt davor.
Achim S. schrieb: > Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 0V weg? Oder die > 12V? Ups: Tippfehler. Gemeint war natürlich "Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 50V weg? Oder die 12V?"
Achim S. schrieb: > Was genau bedeutet "Ausschalten" bei dir? Brechen die 0V weg? Oder die > 12V? Oder geht dein Steuersignal auf konstant low? Im letzten Fall > verheizt du 1mF*(48V)^2*0,5 = 1J in einem Puls in den Restwiderständen > deines Aufbaus. Ich kann mir schon vorstellen, dass das knackt. > > Edit: ok, ich sehe an den späteren Beiträgen, dass es tatsächlich der > letzte Fall war. Da wird dir wohl tatsächlich nur das definierte > "Runterfahren" der Ausgangsspannung mit einer entpsrechenden Rampe > bleiben. Genau, ich schalte das PWM-Signal am Eingang des Treibers auf 0, d.h. der Lowside-FET leitet, der Highside-FET nicht. Was könnte man Hardwareseitig denn dagegen tun? Wenn ich beide Schalter ausschalte bleibt die Ladung ohne Last ja eventuell im Kondensator, bzw. entlädt sich nur sehr langsam über den Spannungsteiler. Achim S. schrieb: > Das wäre ein sehr seltsamer Strompfad. Immerhin liegt ein MOSFET-Gate in > Serie. Wenn du darüber wirklich genügend Strom bringst, um einen > 7,5Ohm-Widerstand zu verheizen, dann ist sehr seltsam. Prüfe deine > Schaltung nochmal, ob du nicht irgendwo einen Fehler oder einen > versehentlichen Kontakt vom Gate auf ein anderes Potential hast. So ganz erklären kann ich es mir auch nicht. Bei den 7,5 Ohm Widerständen handelt es sich allerdings auch um kleine 0805 Widerstände. Viel Watt können die ja auch nicht ab oder? Vielleicht sollte ich da andere verwenden. Achim S. schrieb: > Ach ja: es ist eine ganz schlechte Idee, dem LM358 als Spannungsfolger > direkt 10nF an den Ausgang zu hängen. Laut Datenblatt mag er in der > Konfiguration nicht mehr als 50pF sehen, wenn seine Stabilität > gewährleistet bleiben soll. Löte den mal als erste aus oder hänge ihn > hinter den 1kOhm-Widerstand statt davor. Oh ja das ist ein Fehler im Schaltplan, auf der Platine ist richtig herum!
Dein Gate Treiber ist einfach schlecht gewählt. Da nimmt man welche mit 2 Eingängen die die Brücke komplett in High-Z schalten können. Und erzeugt das komplementäre PWM im Controller. Die Gate Wiederstände sind ziemlich groß jenachdem wie viel Spannung der Gatetreiber ausgibt hast du da jedes Mal ein paar Watt Abwärme und 0805 kann vielleicht 125mW. Das schwingen deutet auf einen schlecht eingestellten Regler hin. Könnte aber auch daran liegen das dein LM358 schwingt. PS: wozu die extra Diode am LS FET?
RH schrieb: > , bzw. entlädt > sich nur sehr langsam über den Spannungsteiler. normalerweise entlädt er sich über die Last. Aber wie schon geschrieben: mit deinem Treiber bleibt dir nichts anderes übrig, als den Ausgangskondensator durch eine entsprechend programmierte Rampe langsam zu entladen. Dein FET verträgt nur eine single pulse energy von 93mJ. Die wird zwar im Avanlanche-Betrieb gemessen, die Energiemenge ist aber trotzdem eine passende Hausnummer für die maximal verträgliche Pulsenergie. Wenn du 1J über ihn verbrätst, ist er sofort im Eimer. Bisher retten dich wahrscheinlich die parasitären Wirkwiderstände deiner Bauteile, die einen wesentlichen Teil der Energie übernehmen. Gut ist es trotzdem nicht für deinen FET. RH schrieb: > So ganz erklären kann ich es mir auch nicht. Bei den 7,5 Ohm > Widerständen handelt es sich allerdings auch um kleine 0805 Widerstände. > Viel Watt können die ja auch nicht ab oder? Vielleicht sollte ich da > andere verwenden. 0805 verträgt - je nach Widerstandstyp - auch sowas wie 100-200mW (hat Guest sinngemäß ja auch schon geantwortet). Mit welcher Frequenz versuchst du deinen FET denn zu treiben? Daraus und aus der Gate Charge deines FETs ergibt sich im wesentlichen, wie stark der Widerstand belastet wird.
RH schrieb: > 2. Bei einem Ausgangsstrom über 2A kommt es schlagartig zum Schwingen am > Ausgang. Hi. Das Filter hinter dem LM358 ist doch verkehrt herum !? Erst R und dann den C. So arbeitet der LM358 direkt auf die 10nF.
Guest schrieb: > Das schwingen deutet auf einen schlecht eingestellten Regler hin. Könnte > aber auch daran liegen das dein LM358 schwingt. Edit: Die Schwingungen konnte ich jetzt nicht nochmal reproduzieren. Ich hatte den Gatewiderstand bevor die Schwingungen auftraten gewechselt und einen vermeindlichen 10 Ohm widerstand eingesetzt. Jetzt habe ich wieder 7,5 Ohm eingelötet und es schwingt nicht. Beim Messen des 10 Ohm Widerstands der vorhin drin war, habe ich allerdings 80 Ohm gemessen... das wäre ja viel zu viel. Hatte den Widerstand direkt aus der Rolle genommen, keine Ahnung warum der so viel mehr Ohm hat. Guest schrieb: > PS: wozu die extra Diode am LS FET? Zum Überbrücken der Inversdiode des LS-FET. Die extra Diode hat eine geringere Flussspannung und soll während der Totzeit die Verluste etwas verringern. Sie ist nur optional um zu schauen, ob sich damit wirklich der Wirkungsgrad verbessern lässt.
Xerxes schrieb: > Hi. > Das Filter hinter dem LM358 ist doch verkehrt herum !? Erst R und dann > den C. > So arbeitet der LM358 direkt auf die 10nF. Ja genau, oben hab ich schon angemerkt dass es sich um ein Fehler im Schaltplan handelt, der aber nicht so verbaut ist. Auf der Platine ist es richtig herum :)
Achim S. schrieb: > Wenn du 1J über ihn verbrätst, ist er sofort im Eimer. Bisher retten > dich wahrscheinlich die parasitären Wirkwiderstände deiner Bauteile, die > einen wesentlichen Teil der Energie übernehmen. Gut ist es trotzdem > nicht für deinen FET. Naja einen FET hat es leider schon zerschossen mist. Achim S. schrieb: > Mit welcher Frequenz versuchst du deinen FET denn zu treiben? Daraus und > aus der Gate Charge deines FETs ergibt sich im wesentlichen, wie stark > der Widerstand belastet wird. Die Schaltfrequenz beträgt f = 62500 Hz, Gesamt Gate-Ladung sind 81 nC Die beim Schalten auftretende Leistung müsste dann doch p = Qg Vdd f = 0,06 W sein oder?
Achim S. schrieb: > 0805 verträgt - je nach Widerstandstyp - auch sowas wie 100-200mW (hat > Guest sinngemäß ja auch schon geantwortet). > > Mit welcher Frequenz versuchst du deinen FET denn zu treiben? Daraus und > aus der Gate Charge deines FETs ergibt sich im wesentlichen, wie stark > der Widerstand belastet wird. Von der Verfärbung ist allerdings auch nur der LS-Gate-Widerstand betroffen. Da es sich um identische MOSFETs handelt, müsste das Problem ja sonst eigentlcih auch beim anderen Gate-Widerstand auftreten.
RH schrieb: > Edit: Die Schwingungen konnte ich jetzt nicht nochmal reproduzieren. Ich > hatte den Gatewiderstand bevor die Schwingungen auftraten gewechselt und > einen vermeindlichen 10 Ohm widerstand eingesetzt. Jetzt habe ich wieder > 7,5 Ohm eingelötet und es schwingt nicht. Beim Messen des 10 Ohm > Widerstands der vorhin drin war, habe ich allerdings 80 Ohm gemessen... > das wäre ja viel zu viel. Hatte den Widerstand direkt aus der Rolle > genommen, keine Ahnung warum der so viel mehr Ohm hat. Edit des Edits: Ich konnte die Schwingungen wieder reproduzieren! Verwende ich ein Labornetzteil (Linear) passiert nichts. Beim Verwenden eines Schaltnetzteil mit 50V Ausgang, kommt es wieder wie schon geschrieben ab ca. 2,5 A zum Schwingen. Es kann sein, dass das Schaltnetzteil was abbekommen hat, weil ich das gestern verwendet hatte als ich den Kurzschluss produziert habe.
Ich glaube mittlerweile eher an ein Problem meiner elektronischen Last. Bzw. dass diese das Schwingen verursacht. Jetzt gerade lassen sich die Schwingungen wieder nicht reproduzieren, egal bei welchem verwendeten Netzteil... Die Last ist eine DS400NV von Höcherl & Hackel.
RH schrieb: > Ich glaube mittlerweile eher an ein Problem meiner elektronischen Last. > Bzw. dass diese das Schwingen verursacht. > > Jetzt gerade lassen sich die Schwingungen wieder nicht reproduzieren, > egal bei welchem verwendeten Netzteil... > > Die Last ist eine DS400NV von Höcherl & Hackel. Tut mir leid für den Spam: Auch bei einem Lastwiderstand kommt es zum Schwingen. Es muss also an der Regelung liegen. Bei der Stromregelung klappt alles gut.
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Guest schrieb: > Wie sieht denn dein Regler aus? Hab einen PI Regler auf dem µC laufen. Die Regelfrequenz beträgt etwa 8 KHz. Im Anhang befindet sich die Sprungantwort des offenen Systems bei Stellgrößenänderung. Hier der Regelalgorithmus für den Konstant-Spannungs-Modus:
1 | static uint32_t PI_CVM(uint32_t xValue){ |
2 | |
3 | int32_t pid_out; |
4 | int32_t error; |
5 | int32_t P_term; |
6 | error = SetValueVOut - xValue; |
7 | Int_term = Int_term + ((Ki_CVM * error) / 256); |
8 | if (Int_term > SAT_LIMIT) |
9 | {
|
10 | Int_term = SAT_LIMIT; |
11 | }
|
12 | if (Int_term < -(SAT_LIMIT)) |
13 | {
|
14 | Int_term = -(SAT_LIMIT); |
15 | }
|
16 | P_term = (Kp_CVM * error)/ 256; |
17 | pid_out = P_term + Int_term; |
18 | if (pid_out >= MAX_DUTY) |
19 | {
|
20 | pid_out = MAX_DUTY; |
21 | }
|
22 | |
23 | if (pid_out <= MIN_DUTY) |
24 | {
|
25 | pid_out = MIN_DUTY; |
26 | }
|
27 | return pid_out; |
28 | }
|
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