LM5116 Buck 24V ->20V 20A

[addysoftware]

A lucrat cineva cu LM5116? Am facut un buck cu el si are probleme la tensiuni de iesire mai mari de 11-13V si curenti mari.

 

Probleme inseamna: cand cresc tensiunea spre sarcina (sarcina este de cca 1.25 ohmi) in loc sa functioneze in continuare "linistit", forma de unda corecta, incepe sa "harssaie", unda se transforma in..nici nu prea pot s-o descriu, pulsurile devin neregulate ca durata, se "alipesc" cateva pulsuri, apoi urmeaza o pauza, sau doua, aleatoriu. "Face foarte urat" si nu-i pot da de cap.

 

Montajul e facut conform regulilor din pdf... trasee scurte spre MOS-uri, trasee Kelvin de la rezistorul I_sense, inductante parazite cat mai mici, nu are "bucle de masa".. Desigur, e oarecum diferit fata de cel data in http://www.ti.com/lit/ug/snva226c/snva226c.pdf , deoarece am folosit MOSFETuri in capsula TO220, curentii sunt mai mari, etc.

 

schema 26V-24V 20A. v020.zip

 

Cablajul partii de putere are inca cca 8 condensatoare pe alimentare fata de cele doua figurate in desen, si inca 4 pe iesire fata de cele doua figurate in desen. Cablajul a fost facut "pe bucati" pentru a-l putea modifica si inlocui fara a fi nevoit sa refac totul. Partea cu condensatoare este lipita cu cate 6 fire scurte de cupru de 0.8 mm, nu apar rezistente si nici inductante parazite (decat cele inerente unor lungimi de cca 1 cm... ). Traseele de curent mare sunt dublate cu fire de cupru in cantitate suficienta pt curentul respectiv.

Frecv de lucru aleasa a fost de doar 55kHz, pt a putea lucra cu tranzistoare cu capacitate mare de grila, fara a fi nevoie ca integratul sa fie alimentat cu o sursa separata pe Vcc.

 

Bobina este in aer, deci nu are miez care ar putea sa se satureze. Are cam 30 spire fir multifilar de 2,5mm izolat cu PVC (e provizorie) pe diametru interior vreo 45mm. Ar trebui sa aiba cca 22-27 uH conform formulelor... Nu am punte RLC ca s-o masor..

 

Eppur si... non muove correctly.

Am o oarecare senzatie ca trebusoara ar putea avea legatura cu modul cum circuitul face efectiv ajustarea pwm-ului in functie de Isense si de Vout. In pdf este o sectiune despre RAMP, emularea curentului prin bobina de catre un circuit separat, cu C_ramp exterior. Acesta primeste informatii de la Isense prin pinii C_S si C_SG.

Din pacate am impresia ca respectivul sistem e un pic "sensibil" la conditiile exterioare, am impresia ca aceasta "zona" e de vina pt functionarea defectuoasa, dar nu-mi dau seama cum sa-l fac sa functioneze corect.

Editat Ianuarie 11, 2017 de addysoftware

[iop95]

Ar fi nevoie de mai multe detalii;

- tensiunea de intrare / din ce se face alimentarea?

- tens de iesire

- ce tip / valoare e rezistenta de curent si care e valoarea pentru limitarea de curent?

- VCCX unde este conectat?

Ceva forme de unda?

[Depanatoru]

Cu 30 de spire in aer ma indoiesc f mult ca faci 22 - 27 uH ... de fapt nu e prea exagerat sa te astepti sa trebuiasca cam atatea pe un miez toroidal .

Nu merge sa nu ai aparate , chiar si facute de tine ... daca vrei ceva performante .

Si la nivelul asta oricum bobina se face cu rezistenta minima , ceea ce inseamna miez bun si putine spire , nu cat mai lunga ... Nu se satureaza nimic la un convertor buck . Si asta e o cerinta capitala , degeaba ai respectat perfect normele de proiectare a cablajului si restul pieselor .

Editat Ianuarie 11, 2017 de Depanatoru

[addysoftware]

...- tensiunea de intrare / din ce se face alimentarea?

- tens de iesire

- ce tip / valoare e rezistenta de curent si care e valoarea pentru limitarea de curent?

- VCCX unde este conectat?..Ceva forme de unda?

[*]Tensiunile sunt in titlul topicului. Va fi alimentat de la 2 baterii cu plumb si va livra curent constant cca 20A la 22.5 sau 23V catre un invertor mppt; ideea e in primul rand sa reusesc sa-l fac sa urce in regim de sursa de tensiune constanta pana la 20v...23v 20A, cum scrie in titlu, ca apoi partea de curent const e deja rezolvata, in principiu un LM339 va fi configurat ca "operational" si va citi curentul pe o rezistenta de 0.1V la 20A, iar rezultatul il va injecta in feedback-ul lui LM5116 a.i. sa-i scada tensiunea de iesire cand curentul depaseste 20A; in acel moment invertorul mppt va "considera" ca e alimentat la limita si-si va scadea consumul; echilibrarea probabil nu va fi usoara, va fi de munca cu constantele de timp, dar pana una alta, asta-i o poveste mai in viitor.

[*]Rez de curent e un "resou" de 2+2kW la 55V. Deci cam 1.5 ohmi per sectiune, doua sectiuni

[*]Limitarea de curent a fost calculata pt cca 22A +/-20%.

[*]Vccx se pune la masa daca nu se foloseste; eu l-am lasat pe un capacitor de 0.22uF deci e "in aer" intr-un fel, dar tensiunea e zero, masurata cu osciloscopul. Adica e ok. Nu l-am pus chiar la masa ca m-am gandit ca poate o sa-mi trebuiasca.

[*]Formele de unda sunt f f ok, cata vreme nu o ia razna (adica la curenti si tensiuni mici). O sa fac niste capturi pt ambele situatii, eventual...

Cu 30 de spire in aer ma indoiesc f mult ca faci 22 - 27 uH ... de fapt nu e prea exagerat sa te astepti sa trebuiasca cam atatea pe un miez toroidal .

Nu merge sa nu ai aparate , chiar si facute de tine ... daca vrei ceva performante .

Si la nivelul asta oricum bobina se face cu rezistenta minima , ceea ce inseamna miez bun si putine spire , nu cat mai lunga ... Nu se satureaza nimic la un convertor buck . Si asta e o cerinta capitala , degeaba ai respectat perfect normele de proiectare a cablajului si restul pieselor .

Am mai facut bobine in aer, si a iesit aproximativ ok; e adevarat ca nu e precizie, ci cca -30%+50%. N-am punte. De 35 de ani nu m-am inlesnit sa-mi fac si eu una.... Am osciloscop bunicel si pana acum mi-a fost de ajuns... Pan'la urma pot improviza o punte, dar mai greu cu etalonatul... tre sa cumpar bobine de diferite valori... Poate ar merge si daca e etalonata doar pe rezistoare, si bobinele sa "iasa", dar trebuie oricum macar bobine pt capete.

Conform site-urilor care calculeaza bobina Brooks, as avea nevoie de doar 17 spire pt 22uH la dimensiuni comparabile cu ale mele. Fara miez. Am mai facut bobine Brooks in aer si pe osciloscop forma de unda a corespuns asteptarilor... (in limite rezonabile). Dar erau bobine de cca 2.5 cm diam ext, nu de 6 cm, si erau cu sarma cu strat subtire de izolatie.

Daca trebusoara merge, bobina finala poate ca va fi cu miez, poate nu... Depinde de avantaje.. Si.. ba da, se satureaza si la buck.

brooks calculator

 

insert 3cm height, 17 turns

 

http://www.nessengr.com/techdata/brooks/brooks.html

oops

trebuia radius, nu diameter... ia sa desfac eu bobina aia afurisita, sa vad ce nr de spire am bagat

 

Desfacut bobina: 23 spire, height 28mm, Dint=38mm, Dext 64mm

N-am gresit cand am facut-o, am gresit adineauri la nr de spire.

Conform site-ului, pare sa fie de cca 25uH daca Dext ar fi fost de 76mm dar e doar de 64mm;

daca bagam in calculator valoarea razei interioare, rezulta cca 25-26uH;

daca o bagam pe cea a razei exterioare/2, rezulta cam 21uH

deci nu e departe...

Poate ca pana la urma toata treaba e legata de campul e.m. foarte puternic generat de aceasta bobina, pe care nu m-am gandit s-o duc prea departe de circuit... Ea va induce pulsuri in traseele de cablaj cu circuitele de semnal ale lui 5116 (isensing in primul rand, ca e mai lung...chiar daca e in antifaza, sigur undeva ceva se intampla) si.... Ia sa vedem, daca o indepartez de controller la triplul distantei? O s-o rebobinez si va tin la curent.

Editat Ianuarie 11, 2017 de addysoftware

[UDAR]

Poate mă înșel dat totuși îți recomand să citești cu atenție paragraful 7.3.6 pagina 17 din Datasheet ( despre ”slope compensation ”) .

[Depanatoru]

E clar ca simptomul de inductanta prea mica se manifesta peste un anumit curent ...

Asemenea integrate nici nu sunt concepute sa fie reglabile in limite largi din potentiometru , gen sursa de laborator , ci sa fie fixe la ce valoare se doreste ... Nu e 100% sigur ca le poti face reglabile pe tot domeniul cu aceleasi valori de componente .

Editat Ianuarie 11, 2017 de Depanatoru

[addysoftware]

@UDAR - P-ala l-am citit si rascitit, ca si eu eram aproape convins ca are de-a face cu trebusoara respectiva; am scris mai sus ca am incercat sa aditionez curent cu un semireglabil; nu merge decat ceva mai bine decat fara. Cand ma apropii cu factorul de umplere de vreo 70%, o ia razna, cu tot cu slope compensation. Fara slope, de la 40% deja se face varza.

 

Am pus bobina la distanta de circuit, cu fire lungi. Degeaba. Am incercat si cu miez si fara miez (o jumatate de E42/15 K2006) cum am mai incercat si inainte; degeaba; adica merge mai corect cu miez, cu vreo 20% mai mult decat fara miez; dar nu mai mult.

 

Ar mai putea fi de la bucla de curent facuta de circuitul de putere insusi. Plusul, daca ne uitam pe cablaj, intra prin stanga jos, circula "de jur imprejur" pana la bobina si dupa ea, si iese prin dreapta jos. Adica o ditai spira in aer,strabatuta de pulsurile de 20A, si chiar aprox aproape de centrul acestei "bobine" e controllerul cu traseele aferente... Dar unde naiba sa-l pun in alta parte a.i sa nu fie tensiuni induse? Sau sa incerc un contra-circuit, o spira in sens contrar?

 

Cred ca asta (contra-spira) va fi urmatorul lucru pe care il voi incerca...

E clar ca simptomul de inductanta prea mica se manifesta peste un anumit curent ...

Asemenea integrate nici nu sunt concepute sa fie reglabile in limite largi din potentiometru , gen sursa de laborator , ci sa fie fixe la ce valoare se doreste ...

Da, eu in principiu il vreau la 23V 20A. Dar pt probe l-am "crescut treptat", sa vad cum se comporta; si nu merge in "partea de sus" a puterii.

Editat Ianuarie 11, 2017 de addysoftware

[masterpic77]

Ar fii bine daca ai putea separa problema , adica se comporta ciudat la tensiune mare sau la curent mare , astfel vei putea stii unde sa cauti problema ; deci incearca cu sarcina mica (2-3A) sa urci tensiunea de iesire la 20V cat iti trebuie tie .

[cristi7521]

Ai folosit schema generata cu webench (compensarea calculata de ti)?

Poate este doar din compensare.

[iop95]

Bobina e f mica pentru frecventa de 55K... pentru 20V si 20A cu 40% riplu e nevoie de 7.5mH!

In pdf e o greseala... apare micro in loc de mili.

[cristi7521]

Schema generata de ti, frecventa e putin diferita, e bine in microH.

[iop95]

Da... scuze.

E corect in micro..

Ce valoarea are Cramp (de la pinul 5)?

Oscilatiile apar si la tensiuni mari sau doar cand curentul depaseste o anumita valoare, indiferent de tensiunea de iesire?

Editat Ianuarie 12, 2017 de iop95

[Marian]

N-ai pus si niste poze cu montajul tau deci nu pot fi sigur, insa din descriere tind sa cred ca problema sta in insasi implementarea ta ( de fapt nu poate fi altceva ), si as avea cateva observatii de facut.

 

-In pdf-ul integratului vad ca iesirile sunt alimentate dintr-un regulator intern de 7,4V, si daca mai iei in calcul dioda de la flotanta, rezulta ca mosfetul de sus este alimentat cu mai putin de 7V in poarta, ceea ce este putin pentru un mosfet cu deschidere normala, greu de crezut ca te apropii macar de acel Rds-On mic din pdf, ceea ce inseamna pierderi in conductie posibil nejustificat de mari. Ar trebui deci mosfeti cu deschidere mica ( logic level )

 

-Vad in schema rezistente in porti de 1,5 Ohm, conform caror calcule ai ajuns la valoarea asta mica? Trebuie sa stii ca rezistente prea mici acolo pot cauza oscilatii nedorite, exista discutii pe tema asta, mai cititi-l pe Smilex din cand in cand, chiar daca nu mai activeaza, postarile sale au ramas si-s esentiale in multe cazuri. As zice macar un 2,2-3,3 Ohm acolo, poate chiar mai mult, pentru ca riscul este cat se poate de real.

 

-Tot in pdf-ul integratului vad in tabele un maxim disponibil pentru deschidere, de 1,8A la mosfetul de jos, si 1A la mosfetul de sus, pai esti foarte optimist sa comanzi mosfeti cu Ciss de 8n astfel la 50khz. Este inutil sa alegi mosfeti cu rds-on extrem de mic daca la capacitati sta foarte prost, pentru mosfetii astia ti-ar trebui driver de minim 4-5A, nu ce ai tu acolo.

 

-Nu stiu ce shunt ai pus, dar la o rezistenta atat de mica, asa cum ai tu in schema, orice traseu suplimentar, orice borna mai lunga, sau legaturi cu sarme, orice conteaza, orice detaliu iti poate decalibra limitarea, shuntul in sine trebuie sa fie neaparat neinductiv, deci chimic, nu metalic, orice inductanta parazita poate cauza probleme.

 

-Referitor la cablaj, uita-te la cel prezentat in acel pdf, la ce simplu si elegant este, si uita-te si la al tau...

Traseul de feedback este rutat in mod foarte nefericit, pe langa faptul ca trece pe sub inductanta ( 100% contraindicat ), se intersecteaza si cu traseul din drena mosfetului de jos, si iarasi nu-i bine. Uita-te in pdf sa vezi cum e rutat feedback-ul acolo, ocoleste inductanta si toate traseele de forta, la tine trece direct peste ele...

 

-Traseele de la shunt nu-s rutate tocmai ok, maresti putin spatiul dintre pad-urile shuntului, si rutezi traseele de monitorizare direct din centrul padurilor, asa cum de altfel este si in acel pdf, presupunand ca shuntul este unul performant ( nu se poate altfe, la o valoare asa mica ), trebuie sa rutezi astfel traseele de monitorizare, pentru a fi sigur ca monitorizezi doar shuntul si nu elemente parazite insumate cu el. Aspectul asta este foarte important cand este vorba de curent asa mare.

 

-Inductanta nu se face asa improvizat cum ai descris tu, ca sa faci 22uH fara miez, iti trebuie sarma nene, nu gluma, apoi sa o legi cu fire lungi ( sau chiar si scurte ) la placa e semidezastru... Ia un miez bun, eventual un tor de pulbere cu permeabilitate mica ( sa zicem mixul -2 de la micrometals ) si fa-ti inductanta pe el, faptul ca n-ai cu ce masura inductanta nu mai e o problema asa mare deoarece miezul respectiv are o anumita permeabilitate functie de mix si dimensiuni, pe care o pui intr-o formula si afli cate spire ai nevoie, eroarea este mult mai acceptabila asa, si performantele cresc exponential pentru ca o bobina fara miez este un emitator foarte puternic si foarte daunator pentru circuitele sensibile de la partea de comanda.

 

In incheiere as mai mentiona faptul ca un astfel de proiect nu se face asa la voia intamplarii, se cuvine sa citim, sa ne documentam, sa cunoastem cat mai bine convertorul buck in sine, si apoi integratul cu care dorim sa lucram. Parerea mea este ca te-ai grabit mult cu testele practice, si probabil va trebui sa refaci totul de la capat, dupa ce pui la punct toate detaliile problematice, si ai destule.

 

Succes.

[addysoftware]

Ai folosit schema generata cu webench (compensarea calculata de ti)?

Poate este doar din compensare.

... am calculat compensarea potrivit formulei din datasheet...

Pentru noi, Rload = 20V/20A = 1 ohm

Cout = 400uF

Fpmod = 1/ (2pi RC) = 1 / 6,3 x 1 x 0,0004 = 400Hz

DC gain = 1 ohm / (10 x 10mO) = 10 = 20dB

fpMod = 1/(2pi x Rload x Cout) = 1/(2pi x 1ohm x 4x680uF) = 234Hz

 

Ccomp pun de 2,2nF, iar Rcomp e mai bine mai mare de 18k, dar nu prea mare deoarece scade efectul.

Chf ~ 100pF

Ar fii bine daca ai putea separa problema , adica se comporta ciudat la tensiune mare sau la curent mare , astfel vei putea stii unde sa cauti problema ; deci incearca cu sarcina mica (2-3A) sa urci tensiunea de iesire la 20V cat iti trebuie tie .

Se comporta prost la putere mare, deci fie merge ok la curenti mici tensiune mare, si cand cresc curentul se comporta prost, fie invers: la sarcina mare, nu pot urca tensiunea ca o ia razna.

@iop95

 

Calculul bobinei:

 

(primul paragraf este exemplificarea "lor" din datasheet pentru sursa de 5V)

 

Potrivit "Brooks coil calculator", rezulatul pt a obtine 22uH ar fi apoi:

 

2 mm dia wire

30mm former dia, winding length = 20mm, R= 0,018 ohms

27 turns 3,1 meters length, 86 grams

 

Desigur, dupa ce reusesc sa-l fac si sa functioneze la parametri, voi pune probabil o bobina pe ferita, daca raportul cost/pierderi de energie justifica aceasta.

 

Cramp la mine are 2.2nF, ceea ce "se pupa" cu ce zice colegul mai sus, in schema data de webench, unde bobina are 13uH iar condensatorul Cramp are 4,7nF

 

 

Editat Ianuarie 13, 2017 de addysoftware

[iop95]

Avand in vedere ca nu se compara direct curentul masurat ci este generat, aproape sigur problema e in zona generatorului respectiv.

Ar fi bine sa verificati corespondenta formei de unda de la pinul 5 cu diferite valori crescatoare ale curentului de sarcina.

E f important sa nu existe semnal parazit pe intrarea de masura curent (pinii 12-13) si pe pinul 10.

Cond de la pinul 5 ce val are? Ce tip de condensator e?