DC-DC booster falla con una fuente de batería de plomo-ácido

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Tengo un PCB de refuerzo de 10A DC-DC nominal con ajuste de Voltaje / Amperio. Está diseñado para cargar un LiPo de 5C y se ajusta a la salida de 17.5V y 5A para la carga.

Funciona muy bien cuando se alimenta con una fuente de conmutación de 12V / 20A. Pero cuando se alimenta con una batería de plomo-ácido de 12 V, el amplificador DC-DC se descompone (cortocircuito en la entrada del reforzador después de un corto tiempo).

Simplemente no entiendo este comportamiento y ahora he destruido dos refuerzos en este truco. Debe haber algo diferente con el modo de conmutación en comparación con la batería, aunque ambos son una fuente de 12 V para el amplificador DC-DC.

¿Qué está pasando? ¿Alguien puede explicar esto?

La imagen muestra las 3 partes (alimentación en modo conmutado, amplificador DC-DC y batería)

Actualización:

El daño se hace después de unos pocos segundos (5-10), presumiblemente después de que el LiPo se desconecta en la salida (mientras se realiza la prueba). Tal vez la batería se debe desconectar primero, aunque esto no es necesario con la alimentación del modo de interruptor. Sin embargo, algo indica que esto puede ser la causa, ya que parece que no hay ningún problema mientras la carga se realiza desde la batería (aunque esto solo se ha intentado durante los 5-10 segundos mencionados).

Es cierto que hay un rápido aumento en la temperatura de la PCB, que no se ve con el suministro en modo de conmutación. El fabricante solo sugiere agregar enfriamiento por encima de 6A (su eficiencia del 96%). Así que no es un problema de enfriamiento real.

Como se describe, la entrada del amplificador se acorta, lo que puede deberse a una corriente excesiva que corta la PCB a la placa de aluminio subyacente. Me inclino a pensar que hay un fenómeno de resonancia, pero nunca he oído hablar de eso. El fabricante de la batería declara una resistencia interna de 37mOhm a 1kHz.

No estoy muy contento de intentar nada antes de que las cosas estén más claras.

Actualización-2:

Con un fusible en la entrada del DC-DC, descubrí que se funde cuando la salida del DC-DC se desconecta de la batería LiPo para cargarla. Esto solo ocurre cuando se utiliza una batería de plomo-ácido como fuente de alimentación (es decir, no con el modo sw).

La diferencia es que la batería de plomo puede estallar hasta 40 A y, por supuesto, el DC-DC se destruye al comerse todo esto.

La clave para resolver este problema es: ¿Por qué el DC-DC aplica todo ese Amplificador? cuando se desconecta su salida.

La trivialidad es gaussiana: cuando se elimina la corriente de una bobina, la bobina intenta mantener la corriente elevando el voltaje y en el circuito de control (IC) se producen situaciones fuera de control. El sw-mode previene esto de manera práctica simplemente por su protección contra sobretensiones, etc. que la batería LA no tiene.

Lo que no es triva es: ¿Por qué diseñaron este DC-DC para autodestruirse, sabiendo que posiblemente alguien usaría una batería potente (y no un modo sw) como fuente de energía?

La solución no tan feliz es usar un fusible que se pueda extraer con el dedo en la entrada, pero se recomienda una mejor.

    
pregunta Gearlos

1 respuesta

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Un análisis completo de la resonancia es difícil sin hojas de datos y un modelo para cada parte. Pero la falla principal es el diseño del sistema con falta de atención a las pérdidas térmicas y la refrigeración. Requiere un ventilador y un disipador de calor.

La teoría simple es la ganancia de resonancia en serie \ $ Q = \ dfrac {X (f)} {R} \ $ que es la ganancia de corriente reactiva también aumenta las pérdidas en serie \ $ I ^ 2R = Pd \ $ en su camino como RdsOn de la entrada MOSFET. Aunque la batería C proporciona una constante de tiempo muy larga \ $ T = C * ESR \ $

El MOSFET puede tener un tempco de PTC. y se calienta a medida que aumenta la temperatura, lo que conduce a un escape térmico cuando se producen oscilaciones espurias en el interruptor lateral primario. LED de alimentación, no hay problema, alimenta una "gran problema" de alta impedancia y alta Q para una fuente de voltaje conmutada.

Esta es la naturaleza de las baterías de carga de alta frecuencia, ya que las corrientes de CA también pueden ser altas, aumentando las corrientes de rizado en los límites máximos y las pérdidas de conducción en los MOSFET.

A menos que haya un diseño de sistema adecuado de impedancias y corrientes máximas y resonancias, pueden ocurrir muchas fallas. Reducir las corrientes de resonancia es comprender cómo la impedancia de cada parte contribuye al circuito de control del sistema.

Esto no será un análisis exhaustivo, sino solo una discusión de bajo nivel de algunos principios.

  • la impedancia de salida se "transforma" en fuente a una impedancia "promedio" más baja en virtud del regulador de refuerzo en voltaje y \ $ \ dfrac {V_ {IN}} {I_ {IN}} < \ dfrac {V_ {OUT}} {I_ {OUT}} \ $ para un regulador de refuerzo, como en un transformador de voltaje de inducción. Lo que significa que la baja impedancia de la batería se ve aún más baja al interruptor primario.

La placa DC-DC está en un sustrato de aleación de aluminio de aproximadamente 2 pulgadas cuadradas que, en el aire libre sin disipador de calor, normalmente se calentará con aproximadamente 2 vatios de pérdida, se debe montar en un gran disipador de calor para una máxima transferencia de energía con grasa térmica. (detalles retenidos)

Teniendo en cuenta que la aplicación admite hasta 85 vatios de salida, ¿cuáles son sus expectativas ?? para la peor eficiencia de caso en una carga de cortocircuito "casi". (es decir, una batería) ¿Qué tan caliente se puso? ¿Cómo reaccionó quikly para apagarlo?

  

Estos son errores de usuario, no fallas de componentes.

  • la batería del SLA tiene un ESR de 12V / 44A o un mínimo de 0.25 Ohm que aumenta a medida que la carga de la batería se reduce o envejece. Esto puede estirar la duración de la corriente primaria cuando el voltaje cae durante los ciclos. Los reguladores Boost transforman el voltaje a expensas de una mayor corriente primaria y las impedancias resonantes pueden aumentar las pérdidas de energía. Esto puede llevar a oscilaciones con una batería que tiene un efecto de memoria y un ESR alto que resulta en una operación inestable.

    • solución sugerida: use tapas de ESR bajas adecuadas que estén clasificadas para la corriente de onda continua de CC. p.ej. 5Armas a la frecuencia de conmutación actual. Se necesitan varios límites para admitir el que está a bordo en un rango de valores de bajo nivel de tantalio y plástico para abarcar el espectro de la corriente de entrada.

La batería también tiene una ESR más alta que los reguladores reductores con tapas de salida de ESR ultra bajas e incluso algunas con filtros de salida de regulación de ferrita LC.

Esto puede hacer que la corriente de refuerzo primaria resuene más. El uso del regulador de refuerzo para cargar una batería con un ESR muy bajo ahora significa una impedancia aún menor aplicada al interruptor RdsOn de entrada, lo que significa más corriente de carga.

La solución reduce el límite de corriente, agrega disipador de calor y microfanatos a la placa y agrega varias mayúsculas en la entrada del regulador con < = 10mOhm ESR.

Las cargas de LED son bajas en ESR con, por ejemplo, 47V @ 1.3A = 61W implica ESR < < 1 Ohm a menos que esté regulado con el sumidero de corriente.

Pero las cargas de batería equivalentes a 100k Farads tienen una ESR según los cambios de voltaje de las corrientes de paso ΔV / ΔI = ESR que está estrechamente relacionada con la corriente de cortocircuito a Voc / Isc y estará en el rango de xx mΩ .

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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