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Este artículo trata sobre la solución de problemas de un sistema básico de sistemas electrónicos que no siempre funcionan según lo planeado: circuitos de convertidor básico, conmutados, de bajo voltaje, CC-CC, monofásicos, no aislados, básicos.

Reglas generales para la resolución de problemas del convertidor

Al resolver problemas, es importante considerar qué variables están en juego y reducir el número de posibles causas de falla.

Aquí hay algunas pautas que te ayudarán:

• Debe hacer que el sistema no pueda solucionarlo de manera confiable. Un problema que desaparece por sí solo vuelve por sí solo.
• Cambia solo una cosa a la vez y nota el efecto.
• Si el circuito dejó de funcionar, pregunte "¿qué cambió?" ¿Hubo un evento que coincidió con la falla?
• Vea si la falla se mueve con la placa del convertidor, el chip o la carga.

Con estos conceptos en mente, aquí hay nueve problemas comunes que pueden surgir al diseñar un convertidor reductor CC-CC y algunas causas probables.

Una sonda de 10 × que mide la tensión de salida. Imagen de Eric Bogatin.

Problema # 1: demasiada ondulación

Si está viendo demasiada ondulación, la inductancia podría ser demasiado baja: los valores más altos dan una ondulación más baja pero una respuesta transitoria más lenta.

Además, tenga en cuenta que la corriente de ondulación del inductor grande significa mayores corrientes pico y una mayor probabilidad de saturación del inductor, especialmente a altas temperaturas, y más estrés en sus FET.

Otros problemas pueden ser do_afuera demasiado bajo (no hay suficiente almacenamiento para retener la salida) o do_afuera ESR (resistencia en serie equivalente) demasiado alta (lo que provoca una caída de IR) do_afuera).

Finalmente, la baja frecuencia de conmutación causará más ondulación.

Ruido medido con una sonda 10x. Captura de pantalla por Eric Bogatin de "Cómo medir el ruido en las fuentes de alimentación en modo conmutado (SMPS)"

Problema # 2: Error al iniciar

Primero, hágase esta pregunta: ¿Está el pasador de “habilitación” impulsado (o levantado) correctamente? Lo mismo para la buena potencia de salida.

La falla en el inicio puede ocurrir porque está viendo una capacidad de carga excesiva (como para un FPGA) actuando como un cortocircuito y activando el límite de corriente. Algunos chips tienen características de cegado y arranque suave para manejar esto.

Establezca el límite de corriente lo más alto posible para evitar falsas alarmas, y negocie con el ingeniero de FPGA para optimizar la capacidad en el nivel del sistema.

Por último, asegúrese de que el V_en no está hundido y el bloqueo UV no se está activando debido a la caída de la entrada.

Problema # 3: voltaje presente en la salida cuando está apagado

Si su circuito está realmente apagado pero ve un voltaje en la salida, generalmente proviene de otro circuito de alimentación. Compruebe si hay rutas no obvias a otros carriles activos.

Problema # 4: mala regulación

Con mando a distancia V_afuera detección, la mala regulación puede ser causada por la caída de voltaje óhmico de la ruta de alimentación, tal vez debido a un riel (línea de salida de convertidor de potencia único), que se distribuye a demasiadas cargas en una placa. Esta es la razón por la que a veces se evitan circuitos integrados de convertidor de riel múltiple ("PMIC") a favor de múltiples convertidores junto a sus cargas.

Si su pin de detección de voltaje es ruidoso, mantenga el diseño de este pin limpio y asegúrese de que las resistencias asociadas con la señal de detección estén ubicadas cerca del controlador.

Otra explicación es que su voltaje de referencia puede ser inestable si se filtra por debajo.

Problema # 5: Respuesta transitoria lenta

El principal culpable aquí es que puede haber demasiada capacitancia de salida a granel o un inductor demasiado grande.

Otro problema puede ser la mala compensación del bucle. Las características de los bucles son difíciles de caracterizar completamente sin el equipo adecuado. Pero incluso si no tiene un analizador de red, puede usar una carga escalonada y observar el timbre transitorio, le dirá mucho a bajo costo.

Además, en el desarrollo, la compensación generalmente debe cambiar si cambia la carga de diseño. Por ejemplo, ¿está utilizando un módulo de evaluación de fábrica en la mitad de su carga diseñada? Ves el problema.

Problema # 6: Inestabilidad

do_afuera La ESR puede ser una causa de inestabilidad, ya que introduce un cero en la respuesta del bucle, lo que hace que la curva de ganancia deje de descender y comience a desviarse, erosionando o eliminando los márgenes de ganancia. Si el cero tiene la frecuencia suficientemente baja, la ganancia no pasará de cero antes de que la fase pase a 180 °.

Los chips convertidores más económicos pueden ser compensados ​​internamente para salvar partes externas, pero asegúrese de que su do_afuera cumple con el mínimo y máximo do_afuera Gama ESR en la que serán estables.

Otras explicaciones de la inestabilidad pueden incluir un mal sentido del voltaje o la disposición del nodo sumador o el ruido.

Asegúrese de generar un diagrama de Bode con el software de diseño y verifique la fase y los márgenes de ganancia, incluido el exceso de temperatura.

Problema # 7: Baja Eficiencia

El capacitor de arranque debe ser lo suficientemente grande como para proporcionar carga a la compuerta FET del lado alto; de lo contrario, es posible que el FET no se encienda por completo y luego se queme. Se puede utilizar una resistencia en serie con el pin de refuerzo para ajustar el encendido para controlar el timbre.

Medir la eficiencia del circuito de potencia (especialmente por encima del 90%) no es trivial, ya que requiere mediciones de corriente y es la relación de dos cantidades de potencia. Es de esperar que haya caracterizado la contribución de cada componente a las pérdidas a través de una herramienta de hoja de cálculo, que generalmente le dirá que los MOSFET y la resistencia del inductor ("DCR" o resistencia de corriente directa) son los principales contribuyentes al desperdicio de calor.

Un gráfico que muestra la eficiencia frente a la frecuencia para un regulador de conmutación reductor. Diagrama tomado de la hoja de datos para el LT8610 de Linear Tech / Analog Devices.

Problema # 8: Problemas de baja temperatura

Recuerde que la ESR aumenta para tapas electrolíticas a bajas temperaturas, y la capacitancia también cae.

Problema # 9: Problemas de PMBus

En un bus de comunicación de datos compartidos, asegúrese de que otro nodo no esté parloteando intermitentemente cuando no esté mirando.

Además, asegúrese de que los pullups que ha utilizado sean lo suficientemente fuertes: los pullups de 47kΩ (como en un FPGA) no son tan buenos como los 10kΩ.

Conclusión

Si no sabe qué hacer, tome más datos, eso le dará algo para analizar, crear ideas y propiciar una discusión en equipo.