Opciones de diseño óptimas para el controlador mosfet para convertidor reductor de CC / CC

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Estoy tratando con una aplicación en la que se usa un convertidor DC-DC para transformar un voltaje de entrada de 15V DC en voltajes más bajos. La configuración actual hace uso de un LM27222 con dos mosfets en configuración push-pull. La tensión de salida se linealiza en un filtro LC.

Aquí hay una imagen del esquema general utilizado.

ElLM27222estácontroladoporunaseñalPWMconunafrecuenciaportadorade65KHz.LosmosfetsutilizadossondetipoFDMS86101DC.Latensióndenivellógicoesde5V.Lacorrientedesalidaparadiseñarelsistemaes10A.Lacargaesresistiva.Elsistemafuncionabien,perosehanplanteadoalgunaspreocupacionesparaevitarcolisionesentrelosdosmosfets(ambostransistoresENCENDIDOS),especialmentedurantelasecuenciadeinicio/apagado.Estosucedióunpardevecesdurantelapruebadenuevosfirmwares,pero,muyprobablemente,elproblemaserelacionóconelingenierodepruebas,queno"tocó" tan cuidadosamente los cables de salida generando un atajo destructivo.

Según uno de los nuevos ingenieros con los que hemos estado trabajando, deberíamos:

  • Sustituya el LM27222 con otro controlador, el L6388E, que debería ser mucho más estable que el LM27222 y evite cualquier cambio de colisión, incluso en secuencias de transición.
  • Agregue un diodo en serie con el mosfet de lado bajo. Este diodo debe agregar protección adicional durante transitorios
  • Agregue un filtro complejo a la línea Vin. El filtro debe tener un inductor de modo común y modo diferencial, junto con un capacitor electrolítico grande y varios capacitores cerámicos pequeños. Según el ingeniero, este filtro debe limitar la demanda de energía pulsada de la fuente de alimentación y dar como resultado un diseño más "amigable con el cumplimiento" para cumplir con las regulaciones de compatibilidad electromagnética (EMC). El Vin proviene de un adaptador de corriente de escritorio AC-DC y le preocupa que el cable de conexión de la fuente de alimentación a la tarjeta electrónica pueda emitir frecuencias debido a la potencia pulsada requerida. Además, dado que varias de estas fuentes de alimentación se rompieron durante las pruebas, el ingeniero también sospecha que estamos devolviendo un ruido importante a la fuente de alimentación, lo que lleva a fallas.

Aquí hay una imagen del esquema interno de la L6388E.

Me gustaría hacer dos preguntas:

  1. ¿Es necesario llevar a cabo todos los pasos sugeridos por el ingeniero? El cambio de LM27222 es particularmente doloroso y lo evitaría si no diera ventajas claras.
  2. Si decidimos mantener la configuración actual con el LM27222, ¿cómo podemos controlar la señal LEN para evitar problemas durante el arranque y el apagado del sistema?
pregunta Francesco

3 respuestas

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El L6388E no se ve tan bien en la hoja de datos de su aplicación. Por ejemplo (y esto me preocupa), dicen que la frecuencia máxima recomendada de funcionamiento es de 400 kHz y que el disparo a través del tiempo muerto es nominalmente de 320 ns. Eso significa que el tiempo muerto puede ser el 13% del ciclo de conmutación general. Parece que no recomiendan las condiciones nominales de funcionamiento y tampoco ofrecen un circuito "típico" en su hoja de datos.

El Vcc mínimo para la parte parece ser de 9,1 voltios y está muy por debajo de los 4 voltios a 6,85 voltios en su esquema predeterminado.

Agregar el diodo en serie con el MOSFET inferior es una cosa extraña de recomendar y anula la eficiencia obtenida al usar un MOSFET de sincronización.

    
respondido por el Andy aka
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La primera línea en la hoja de datos LM27222 dice

  

Protección adaptativa de disparo, 10ns tiempo muerto

... y en la parte inferior de la página 6

  

PROTECCIÓN ADAPTABLE A DISTANCIA A TRAVÉS   El LM27222 evita la pérdida de energía a través del disparo asegurándose de que tanto los MOSFET de lado alto como bajo no sean   conduciendo al mismo tiempo.

(seguir explicaciones más detalladas)

Yo atribuiría sus FET soplados a un deslizamiento de la sonda de alcance ... sucede ... (me pasó una vez).

Los FET soplados pueden tener muchas otras causas, por ejemplo, mal diseño:

  • Picos de voltaje en la conmutación (alta inductancia de suministro, desacoplamiento defectuoso ...)
  • Oscilación FET (demasiada inductancia de la rejilla, trazas largas ...)
  • Las nueces de viruta (falta de desacoplamiento, etc.)
respondido por el peufeu
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No se recomienda el diodo en serie al MOSFET de lado bajo. La idea general de tener un convertidor síncrono es mejorar la eficiencia en comparación con un convertidor que tiene un diodo en lugar del MOSFET. El diodo contradeciría este concepto.

Con respecto al filtro de entrada, si necesita cumplir con las regulaciones de EMC, creo que se enfrentará a este problema en el futuro. En este caso, se recomienda un filtro de modo común y modo diferencial. Lo que normalmente hago es usar un bloqueo de modo común entre la entrada y el convertidor. Luego, después del bloqueo, uso un condensador de 10 nF entre las dos líneas de entrada y también un condensador de 10 nF entre cada línea de entrada y GND. También antes del estrangulamiento, coloco el mismo condensador de 10 nF entre las líneas y, además, una red RC (10 Oh, 10 nF) entre cada línea y GND. Y este es mi filtro para el EMC y ayuda a bloquear el ruido en ambas direcciones. Por supuesto, también se necesitan un montón de condensadores a granel de desacoplamiento.

Aquí hay un esquema de la etapa de entrada (la parte del circuito alrededor de los dos transistores se usa para limitar la corriente de entrada durante el arranque):

Ahora, es difícil decir si la ausencia de dicho filtro tiene algo que ver con sus fuentes de alimentación defectuosas. Pero considere esto: si está creando un cortocircuito al permitir que los dos MOSFET se realicen al mismo tiempo, este cortocircuito también se aplica a Vin. Y podría ocurrir que tal caso sea destructivo para la fuente de alimentación externa.

    
respondido por el nickagian

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