Indutância negativa e instabilidade do conversor DC / DC em cascata

Estou tentando depurar um par de conversores DC / DC em cascata e colidi com uma parede de tijolos. O FAE local disse que provavelmente tem algo a ver com "Indutância de entrada negativa" no segundo conversor, comprometendo a estabilidade do primeiro conversor (mas o FAE não está por perto para "ajudar" mais). O problema é que não consigo encontrar notas, papéis, livros etc. sobre esse assunto.

Minha pergunta é: Você conhece alguma literatura sobre essas questões? Ou melhor ainda, algumas idéias sobre coisas para experimentar ou olhar?

Aqui está a minha configuração ...

Conversor 1: conversor de aumento de + 4v a + 12v @ 1 amp out. A frequência de comutação é de cerca de 350 KHz. Conversor 2: Este é realmente um amplificador de áudio Classe D de 10-ish watt (que é basicamente um conversor buck de comutação). A frequência de comutação é de cerca de 310 KHz.

E o problema ...

O conversor 1 funciona bem com uma carga resistiva em vez do conversor 2. Ele funciona mesmo se o resistor for ligado / desligado nas frequências de áudio.

O conversor 2 funciona bem quando alimentado por uma fonte de alimentação de bancada.

Quando o Conversor 1 está alimentando o Conversor 2, C1 será desligado devido a sobrecorrente através do MOSFET. Ele desliga mais facilmente se a frequência do áudio for mais baixa. Acima de uma onda senoidal de 1 KHz, parece funcionar bem. Quando desligado, a saída de energia é apenas cerca de 50% do que os conversores são capazes de fazer separadamente.

Ideias? Ponteiros?

Atualização: Encontrei o problema.

Havia dois bugs ...

1. Basicamente, Olin estava correto. Eu fiz um erro de cálculo. O primeiro conversor deveria ter sido capaz de fornecer o dobro da corrente que estava fornecendo. Em vez de + 12v em 1A, precisávamos de 2 amperes.

2. O conversor 1 é um conversor de modo atual - o que significa que ele possui um resistor de detecção de corrente entre o MOSFET e o GND. Parece que os traços e vias da PCB para esse caminho de sinal não estavam à altura da tarefa. Tentei vários resistores na faixa de 4 a 24 mili-ohms, mas suspeito que os traços / vias estavam adicionando outros 5 ou 10 mOhm. O resultado final é que estávamos com sobrecorrente mais cedo do que desejávamos.

No processo de depuração, eu isolei o Conversor 1 do restante do circuito e o ajustei para fornecer 2 ampères sólidos em uma carga de resistor. Uma vez sólido, liguei-o novamente ao amplificador de áudio e funcionou bem em todas as cargas e frequências de áudio esperadas.

Então, aparentemente, não tinha nada a ver com indutância negativa ou qualquer outra coisa.

Por ser um cara majoritariamente digital, com certeza estou ficando muito melhor em coisas analógicas! :)

A partir dos seus números, parece que a atração instantânea quando a saída de áudio está no pico máximo da forma de onda é demais para o conversor 1. Isso explicaria por que ele funciona em frequências mais altas, já que o conversor 1 vê mais a média do que o pico instantâneo sorteio atual.

Você diz que o conversor 1 coloca 12V em 1A, que é 12W. Colocar potência de áudio de 10W RMS significaria que os picos das formas de onda de áudio seriam duas vezes mais instantaneamente. Isso sobrecarregaria o conversor 1 em quase duas vezes, de acordo com sua descrição. Na saída de áudio de 1kHz, a sobrecarga ocorre apenas em torno de 250µs por vez. Como o empate médio está bom, o conversor 1 não falha.

Isso é apenas um palpite, é claro, mas é consistente com as informações que você forneceu.

Eu acho que seu FAE está confuso.

O amplificador é uma carga de potência constante para o primeiro estágio DC-DC. Se a tensão de saída do primeiro estágio diminuir, o amplificador consumirá mais corrente para manter a mesma potência de saída. O amplificador, portanto, apresenta uma característica de impedância negativa, não uma 'indutância' negativa (o que isso significa).

Uma carga de impedância negativa tem implicações para a estabilidade. Se a magnitude da impedância negativa cancelar a rede de amortecimento do filtro LC de saída da fonte de alimentação, a fonte de alimentação poderá oscilar.

Venable Industries tem uma série de artigos sobre o tema da estabilidade (H. Dean Venable = guru do sistema de controle) - confira o TP-12 (é necessário registro gratuito).

Se você não encontrar sinais de instabilidade no estágio DC / DC (pulsos erráticos, ondulação sinusoidal), o desligamento prematuro não se deve a interações de loop.

Se você ainda está procurando alguma literatura sobre impedância negativa (não indutância) do conversor DC-DC, aqui estão alguns bons links:

• Resistência de entrada negativa dos reguladores de comutação
• Resistência de entrada negativa e correntes de entrada RMS
• Impedância da fonte de entrada e seus efeitos no desempenho e nas características do conversor DC-DC