El convertidor Buck funcionó en más de 1000 ciclos de arranque / parada con alimentación de la fuente de alimentación de CC regulada, falló con la batería de li-ion

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Tengo un proyecto que usa un convertidor reductor de TI ( LMZ14201 ) para revertir Voltaje de entrada (hasta 41V) hasta 5V regulados. Hasta ahora, había utilizado con éxito una fuente de alimentación de CC ajustable (regulada) para las pruebas. En esa configuración, el convertidor reductor funcionó a la perfección.

Hoy procedí a ensamblar el sistema completo (es decir, usando una batería de iones de litio, 36 V, como entrada para el convertidor). Para propósitos de prueba, conecté un interruptor entre los rieles positivos de la entrada del buck y la batería.

Sin cambiar nada más, el convertidor Buck falló (produjo chispas que provienen de debajo del paquete; ¿almohadilla térmica / GND?) la segunda vez que se conectó la batería. ¿Cuál podría ser el problema aquí?

  • Seguí con diligencia el diseño recomendado que se muestra en la hoja de datos del convertidor DCDC
  • Probé voltajes de hasta 41.6 V con la fuente de alimentación. La batería mencionada anteriormente tenía 36V (voltaje nominal aproximado), la fuente de alimentación tiene una capacidad nominal de hasta 42V (recomendado) y 43.5V (abs. Máx.) Respectivamente
  • La capacitancia de entrada conectada al convertidor Buck es 3x4.7uF. Aparte de eso, no había elementos de filtro de entrada que separaran la batería y el convertidor

¿Podría ser el culpable aquí la posible corriente de arranque (causada por los capacitores de conmutación / entrada), combinada con una inductancia parásita / parásita? En caso afirmativo, una solución viable sería un limitador de corriente de la serie NTC. ¿Qué otras causas podría tener esto, además de la falla aleatoria de la pieza?

ACTUALIZACIÓN: Este problema es reproducible. Cambiar el retardo de arranque suave a 10 ms tampoco ayudó. Logré capturar el voltaje transitorio en el terminal de la batería. El voltaje de la batería es de aproximadamente 37 V, pero parece que oscila hasta 50 V tan pronto como el DCDC se conecta a la batería. Por lo tanto, la calificación máxima absoluta de 43.5 V ya no se cumple.

Esto no parece ocurrir solo con las tapas de filtro de entrada conectadas, sino solo cuando las tapas de filtro de entrada y el IC del convertidor de CC / CC están conectados.

    
pregunta fscheidl

2 respuestas

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Entiendo por qué ves la caída inicial rápida, porque los electrodos de la batería son bastante complejos eléctricamente:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

En la aplicación de la carga, se forma un EDLC en los electrodos y la capacitancia puede ser enorme - 60μF a 100μF no es inusual (las placas efectivas están literalmente separadas por Angstroms) con un ESR por debajo de miliohmios y eso le brinda un diferenciador muy efectivo en la carga transitoria inicial de la batería en una carga pesada.

Una vez que se ha formado el EDLC, deja de conducir y la única resistencia es la ESR de los propios electrodos de la batería. A medida que los terminales se recuperan para estar limitados solo por la carga y la ESR interna, puede haber un efecto inductivo (después de todo, la autoinducción existe en cualquier lugar donde fluye la corriente, en mayor o menor grado).

Su forma de onda parece una resonancia amortiguada, por lo que puede funcionar un amortiguador adecuado.

Puede ver cómo se forman los EDLC en los electrodos de la batería en este documento .

He visto este efecto varias veces y fue bastante confuso la primera vez que apareció (en un circuito activado con agua de mar).

    
respondido por el Peter Smith
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Las baterías pueden proporcionar corrientes de un orden de magnitud más alto que el suministro de su banco. Posiblemente su suministro de banco le estaba dando un "arranque suave" por el límite actual durante el arranque. ¿Implementaste el arranque suave? Esto es especialmente importante cuando la fuente de alimentación está bajo carga en el inicio.

    
respondido por el John Birckhead

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