El convertidor Buck deja de funcionar con mayor potencia

Sospecho que el núcleo de tu inductor está saturando.

Tiene una inductancia de 1 mH y una frecuencia de conmutación de 100 kHz y esto me indica que podría estar en el punto en que toda la energía colocada en el inductor no se está desviando a la carga por ciclo de conmutación, es decir, opera en CCM (modo de corriente continua). El funcionamiento en este modo está bien, pero a medida que aumenta el voltaje de suministro, la corriente promedio en su inductor puede aumentar rápidamente y la saturación del núcleo sigue. Cuando esto sucede, la inductancia cae a un valor muy bajo y crea los problemas probables que ve.

Otro punto; operar el MOSFET como un seguidor de la fuente NO hace un regulador de dólar muy eficiente y ese MOSFET se calentará y todo el punto de un regulador de dólar es que es un diseño eficiente en carga. Mire la traza rosada: solo está obteniendo un pico de 5 voltios proveniente de la fuente: un diseño decente estaría cerca de Vin o 9 voltios según la imagen de alcance.

Para activar completamente el MOSFET, se debe aplicar un Vgs de 10 V según la hoja de datos. Esto significa que el voltaje de la compuerta debe elevarse por encima del voltaje de entrada.

Necesitas un controlador MOSFET adecuado con bootstrap, no un opamp cableado como comparador. Puede probar ADP3120 , por ejemplo. Lea la hoja de datos, todo lo que necesita está allí.

También la opción MOSFET no es muy buena. Usted puede obtener mucho menor RdsON en estos días. Para una corriente de salida de 10 amperios, puede utilizar MOSFET SMD modernos. Esto hará que el circuito sea más compacto y reducirá la inductancia parásita y la EMI.

El valor del inductor es demasiado alto. Debería ser un par de decenas de µH, como máximo. Calcúlelo utilizando la ondulación de corriente del inductor aceptable. Los inductores grandes que usted usa tienen una gran capacitancia de entrelazado, lo que aumenta las pérdidas; también un inductor de ferrita blindado funcionará mejor aquí e irradiará menos.

El condensador de salida también es inadecuado. Su rango de corriente de rizado es demasiado bajo (ver hoja de datos). Para 10A necesitará al menos un condensador de polímero de baja ESR con algunos MLCC en paralelo. No escatime en los MLCC, pondría unos 10 µF allí.

La elección de las tapas depende de la corriente de ondulación del inductor, que depende del valor del inductor, la frecuencia y los voltajes de entrada / salida. Si, por ejemplo, utiliza una corriente promedio de 10A con un 30% de ondulación, necesita las tapas para soportar una ondulación de 3A, más un margen de seguridad adecuado.