De onde vêm as oscilações na tensão de saída do meu conversor buck?

Atualmente, estou construindo um conversor buck. Seus principais parâmetros são os seguintes:

• Entrada 24V
• Saída 5V / 3A
• Capaz de sustentar grandes correntes transitórias de carga causadas pela comutação dos LEDs de energia (~ 2A)

Selecionei um conversor síncrono de buck da TI que atende às minhas necessidades em termos de características elétricas, embalagem e custo: o TPS54302 . O primeiro protótipo foi projetado seguindo as recomendações e fórmulas de folha de dados. O encaminhamento do PCB foi feito imitando a placa de avaliação do conversor.

Aqui estão os esquemas e o CAD:

(Placa de 4 camadas, as camadas 2 e 3 estão ocultas. Elas contêm respectivamente o plano GND e o plano de suprimento)

Existem pegadas adicionais no capacitor neste projeto para poder testar diferentes configurações de componentes.

Quando realmente testei a placa, fiquei satisfeito com as principais características: eficiência, corrente e tensão de saída, ondulação de entrada e saída.

No entanto, eu queria testar a estabilidade da fonte de alimentação e foi aí que comecei a observar comportamentos inesperados. Não tenho nenhum analisador de rede ou gerador de sinal disponível, impedindo-me de medir a margem de fase. Em vez disso, as pesquisas do Google sugeriram que eu medisse as variações de tensão de saída ao aplicar uma corrente de carga transitória (~ 1A transiente com um tempo de subida / queda <1µs). Felizmente, tenho um MOSFET acionando um LED de energia na minha placa. Eu apenas tive que dar um curto-circuito no LED para gerar uma corrente transitória.

Os esquemas abaixo mostram minha configuração de teste em que MCU_GPIO_1 gera um sinal PWM e MCU_GPIO_2 é continuamente definido para um nível alto.

Como você pode ver, existem oscilações significativas na tensão de saída quando a carga atual é liberada. Para entender a origem dessas oscilações, realizei os seguintes testes:

• brincando com o valor do capacitor de alimentação C10
• alterando a configuração do capacitor de entrada (mais MLCCs)
• adicionando um cordão de ferrite em série com a entrada de 24V (no lugar do diodo de proteção D2)
• alterar a configuração do capacitor de saída (vários MLCCs ou 1 grande capacitor de polímero)

Até agora, esses testes "cegos" não me levaram a lugar algum. Estou procurando novos leads para entender o que está acontecendo aqui, antes de iniciar a segunda execução de protótipos. Então, aqui estão as minhas questões:

1. Como posso ter oscilações apenas no release atual e não no draw atual?
2. Qual poderia ser o elemento deficiente aqui: roteamento? Filtro de entrada? De outros?

Obrigado pela ajuda :)

PS: esta é minha primeira pergunta no StackExchange. Qualquer conselho sobre como melhorar a forma da minha pergunta é bem-vindo :)

EDIT: Andy Aka deu as respostas nos comentários: é um problema relacionado ao aterramento ruim da sonda. Esta imagem resume:

Fonte da imagem

Você não vai me pegar cometendo esse erro descuidado novamente!

Repita suas medições, mas desta vez conecte a ponta da sonda ao mesmo ponto do grampo terra. O que você vê?

Se sua sonda estiver captando um sinal diretamente devido ao loop indutivo que se forma, você também o verá quando a ponta da sonda estiver conectando diretamente ao local onde o clipe de aterramento está colocado.

Obrigado pela sugestão Andy. Enrolei um pequeno fio no chão da minha sonda. Então, eu fiz o mesmo teste. As oscilações desapareceram! Eu me sinto tão burro agora por não ter feito isso antes ... Enfim, meu SMPS funciona corretamente pelo menos