Convertisseur boost défaillant

[dje8269]

Bonjour à tous,

J'ai créer un convertisseur avec le module .
Ce boost est alimenté par un accu li-ion 1S1P "classique" . J'aimerais alimenter un écran tactile de 5V avec ce boost pour ma domotique. Cet écran consomme 600ma ( luminosité au max) . C'est pour cela que j'ai choisi cet IC le PAM2401.

Voila ce qui se passe:
- à pleine charge de batterie je n'ai aucun problème, mais dés que la batterie descend un peu ça part en cacahuète. A environ 3.9V, le boost n'arrive pas à suivre et l'écran saute, il s'allume et s'éteint par saccade.

Pourtant le PAM2401 devrait suivre . Du coup j'incrimine la self ou mon routage peut être.
Pour faire ce montage j'ai utilisé cette self : https://www.mouser.fr/ProductDetail/...h%2Fl7jg%3D%3D
Avec le recul je la trouve très petite comparée au montage habituelle de boost. Elle est pourtant annoncée pour 2.1A !

A la sortie du boost j'ai 5.1V à vide. La tension tombe à 4.7V avec l’écran allumé. J'ai donc modifié le pont diviseur de feeb back pour monter ) 5.4V a vide( je n'ai pas encore mesuré en charge ).

Je vous joins une photo de la partie routage du circuit peut être que j'ai foiré mes masses ou autre suggestions !

Merci à vous de m'avoir lu

routage.jpg
Sans titre.png
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[dje8269]

Bizarre, le lien du module PAM2401 n'est pas apparu dans mon premier post !

https://www.diodes.com/assets/Evalua...User-Guide.pdf

[Antoane]

Bonjour,

Pour faire ce montage j'ai utilisé cette self : https://www.mouser.fr/ProductDetail/...h%2Fl7jg%3D%3D

144 mOhm de résistance interne, soit ~
L'inductance recommandée à une résistance ~10 fois plus faible.

A la sortie du boost j'ai 5.1V à vide. La tension tombe à 4.7V avec l’écran allumé.

La mesure est-elle bien prise au niveau de la prise de feedback (sur R11) ? Si oui, le convertisseur n'est donc pas capable de maintenir sa tension de sortie correctement, il est en limitation.
>> J'ai donc modifié le pont diviseur de feeb back pour monter ) 5.4V a vide
Ce n'est pas la bonne méthode, il faut s'assurer que le convertisseur puisse réguler correctement sa tension de sortie.

Je vous joins une photo de la partie routage du circuit peut être que j'ai foiré mes masses ou autre suggestions !

C6 est-il recommandé dans une app note ? Etant dans le même boitier que C9, il aura une inductance sensiblement identique ce qui va entrainer des résonance supplémentaires (ajoutées à l'inductance du routage), voir : le chapitre 3-section 2.2 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel...cument#page=89 (focalisé sur le filtre d'entrée du convertisseur, mais c'est une problématique similaire) ou https://forums.futura-sciences.com/e...r-demande.html
Le routage me semble pas mal, il pourrait être amélioré en rapprochant C9 du DCDC, par exemple en le mettant à la place de R11 qui pourrait descendre "sous" le CI et être connectée à la piste Vout "après" C9.
R12 pourrait se décaler vers la droite pour minimiser la quantité de cuivre et la longueur de la piste reliée au feedback (sensible car à relativement haute impédance).
C10 peut éventuellement remonter un peu aussi.
Ne pas hésiter à utiliser des pistes larges pour les pistes de puissance.
As-tu les datasheet des céramiques utilisés ?

[Vincent PETIT]

Bonjour,
A mon avis la self choisie n'est pas très adaptée pour un régulateur a découpage, son DCR me fait penser à une self pour faire du filtrage.

Voir plutôt ce genre de self de puissance (normalement le lien devrait pointer sur une liste triée) : https://www.mouser.fr/Passive-Compon...Resistance%7c0

[A voir en vidéo sur Futura]

[dje8269]

Bonjour à tous,

Désolé pour le temps de réponse j'ai une quelques complications d'emploi du temps

Vos deux avis vont dans le même sens que le mien. A savoir l'inductance choisie n'est pas la bonne ! je vais donc refaire ma carte car cela ne sert à de finir un truc que je sais que je devrais changer a l'usage . Je vais quand même peut être essayer un montage volant d'une autre inductance, cela pourra me simplifier grandement la tache.

la tension à été mesurée après les condensateurs C6 et C9 .
Pour C6, aucune note d'app. J'ai voulu améliorer le découplage tout seul en rajoutant un petit condo. Apparemment j'aurai du m'abstenir
Je prends bonne note des remarques sur le routage et si je refais la carte je ferais les modifs en conséquence.

Pour les condensateurs , j'ai trouvé ca : https://www.farnell.com/datasheets/3048801.pdf
Je les prends dans mon classeur : https://fr.farnell.com/kemet/cer-eng..._France/search

Bon allez je vais faire de la soudure en remplaçant l'inductance ( en mode casse-cou) et en enlevant C6 et je reviens vous dire ce qu'il en ai !

Merci à vous

[Antoane]

Bonjour,

Il faudrait aussi vérifier tes condensateurs : le C1206C106K4PACTU, par exemple, avec un tan(\delta) de 10 %, a une ESR de 1.6 Ohm à 1kHz
https://api.kemet.com/component-edge...106K4PACTU.pdf
Cela se vérifie assez bien à l'oscillo, en mesurant la tension aux bornes du condensateur.

Il faut choisir des MLCC à faible ESR, aux alentours de quelques dizaines de mOhm au max.

[dje8269]

Oula tu es trop technique pour moi la Antoane ! cela dépasse largement mes compétences.

Je viens de faire un test, en retirant l'inductance et en la remplaçant par celle ci en 2.2µH : https://www.farnell.com/datasheets/1669349.pdf
J'ai également retiré C6 .
Je précise que j'ai souder 2 fils de 1.5cm de long sur l'inductance jusqu' circuit. c'est pas top aussi.

Il y a du mieux. J'entends par la que maintenant j'arrive à descendre à 3V avec une alim stab(pour simuler la batterie) en entrée du circuit ensuite l’écran se coupe.
A 3V j'ai une tension de sortie de 4.1V pour 0.950 mA !!! c'est pas terrible.
Ce qui me chagrine c'est qu'avec mes 3V alim je me retrouve avec 2.7V en entrée du boost des que l'écran est allumé. le courant demandé doit être trop fort non ? ma tension chute .
J'ai laissé le montage sur la paillasse si jamais vous auriez besoin de mesure pour vous aider à m'aider .

Avec 600mA de conso je pensais être large avec le PAM2401 pour passer de 3V à 5V sans trop forcer !

PS ; j'ai un oscillo si besoin

LE schéma complet de la partie alim et recharge :

[dje8269]

Bonjour à tous,

Bon... après une soirée de tests, je n'ai pas réussis à obtenir un résultat satisfaisant. Il y a du mieux, je pourrais l'utiliser en l'état car l'écran ne se coupe qu’après être descendu à 3V en tension d'entrée.
Mais c'est quand même bizarre en dessous de 3.6V en entrée la sortie du boost s'écroule à 4.1V environ ( 700mA). mais même à 4V la tension de sortie n'est pas stable du tout. A l'oscillo j'ai pas mal de bruit je trouve, mais je ne suis pas assez calé pour savoir si c'est normal ou non.

L'alimentation stab de bonne qualité fait un bruit bizarre quand j'alimente le circuit ! le courant est bon et la tension aussi, elle suit sans problème. donc je pense que c'est mon circuit qui fait remonter quelques chose.
J'ai retiré Q2 dans le doute. Et j'ai même alimenté directement le circuit sur Vin sans passer par la gestion de l'alim.

Peut-être que mon découplage en entrée n'est pas assez robuste pour tout mon montage ? Que me conseilleriez-vous comme condo juste après la batterie ( capa et type) ? ( donc avant le boost et le régulateur 3V3)
Je pense que le routage mérite d’être modifier du coup je fais le refaire ainsi je placerai correctement ma self. Je vais sans doute faire un double face pour rajouter un plan de masse sur le bottom.

[Murayama]

Bonjour!

Je n'ai jamais utilisé le PAM2401, mais par experience, si on suit la documentation
à la lettre (il y a souvent une référence de self qui va bien), alors même en n'étant
pas spécialiste (c'est le but de ces chips), ça marche à la perfection dans tout le
domaine de courant possible.
Donc si vous avez une tension qui ne suffit pas, une sortie qui dépend de l'entrée,
c'est qu'il y a quelque chose qui ne va pas du tout.

Vous n'avez pas envie d'utiliser la self qu'ils recommandent dans la doc (page 8, L1)
(CDMC6D28NP-2R2M) histoire d'en finir une bonne fois pour toutes?

Elle coûte 1 dollar 16 à l'unité (Digikey). Vu le temps que vous y avez déjà passé +
le circuit que vous avez fait et que vous allez devoir jeter, ça vous coûte déjà beaucoup
plus cher. Ensuite, si ça ne marche toujours pas, c'est que l'entrée a du vague-à-l'âme
et il va falloir trouver une batterie dont la motivation donne moins de bande par
gros temps.

Pascal

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Dans la datasheet les calculs sont donnés pour le choix de la self et de la capa de sortie en fonction du "ripple current" (variation de courant) et d'autres paramètre assez simples ensuite il faut choisir une self adaptée.

- entre 1μH et 4.7μH (recommandation constructeur)
- le courant de saturation doit être très grand devant le courant max consommé par l'électronique.
- avoir un faible DCR (pour minimiser l'échauffement)
- être compatible avec la fréquence de découpage de 1MHz

[bobflux]

Le contrôleur de backlight de l'écran est probablement un DC-DC boost qui régule le courant dans les LED, donc quand la tension d'alim baisse, il va tirer plus de courant pour garder la même puissance. Ceci explique le fonctionnement assez binaire du circuit : soit y'a assez de courant, soit ça tombe. Comme le contrôleur de backlight va probablement marcher avec 3V, tu pourrais d'ailleurs l'alimenter direct à partir de l'accu.

Sinon, d'accord pour l'inductance, elle a trop d'ESR et pas assez de courant de saturation.

Pour ce qui est du layout, bon pour parler franchement, il est tout pourri. Un DC-DC à 1MHz en simple face, sans plan de masse, en général ça marche pas, mais si ça marche, ça fera un brouilleur radio large bande.

L'inductance des condensateurs CMS ne dépend pas de la capacité, mais seulement de la taille !!! Donc il faut arrêter avec le condensateur de 100nF "pour la HF". Si il a la même taille que l'autre de 22µF, ici en 1206, il aura la même inductance, donc la même impédance en HF. Il est donc avantageux de virer le 22µF et de le remplacer par deux (ou cinq) 10µF 16V X7R en 0805. En étant plus petits et en parallèle, ils auront moins d'inductance. En plus c'est moins cher que les 22µF, et si tu as mis du 10µF en entrée tu dois en avoir acheté une bande de 10. La capacité des céramiques tombe quand la tension augmente, donc ne mets pas du 6.3V, mets au moins du 16V, ça limite l'effet. X7R ou X5R, mais rien qui commence par Y ou Z sinon ton condensateur de 10µF fera 2µF en conditions réelles avec 5V dessus.

Ce circuit intégré a les broches LX, PGND et OUT du même côté, c'est fait pour que les condensateurs de sortie soient placés direct entre les broches 7 et 8.

Dans un convertisseur boost le courant dans l'inductance n'est pas trop méchant, c'est une dent de scie. Donc le condensateur d'entrée C10 a un job facile (tu peux quand même en mettre plusieurs en parallèle).

Par contre le courant de sortie (sur la broche out) est un carré bien sale avec des flancs raides ; le circuit envoie le courant de l'inductance soit sur la broche OUT soit sur la broche PGND en alternance. Il faut que la taille de la boucle entre ces deux broches, les capas de sortie, et (avec une priorité moindre) la masse de la capa d'entrée soit la plus compacte possible.

Donc il faut mettre les condensateurs de sortie direct sur les broches PGND et OUT, l'inductance sur la gauche, les condensateurs d'entrée au dessus. En fait Cout dans l'alignement de Cin serait encore mieux, mais je vais pas refaire le dessin.

Ensuite la contre-réaction qui se prend après les condensateurs (pas avant comme sur ton layout) pour qu'elle mesure la tension de sortie filtrée.

L'alim du chip peut passer sous le chip pour rejoindre le +5 d'entrée.

La zone de masse est un carré de cuivre que j'ai hachuré, à connecter au plan de masse avec des vias.

La broche "AGND" qui doit servir pour la référence de masse doit avoir sa propre via au plan de masse, elle n'est pas connectée via une piste à la zone de masse de la phrase du dessus. Dans ton layout, les broches FB et AGND sont à un endroit sur les pistes en question où circule le courant de sortie haché du boost, donc les tensions mesurées sont très bruitées, le chip ne peut pas calculer la bonne tension, donc la tension de sortie est fausse.

Le reste (ENABLE par exemple) passe où il peut.

[dje8269]

Bonjour à tous,

C'est un plaisir de vous lire quand les remarques sont bienveillantes et constructives. Un amateur passionné comme mou apprend toujours plein de choses. Merci pour cela.

@Murayama: il faut aussi les frais de port ! je ne suis pas du genre a commander une seule inductance.

@Vincent PETIT : merci pour ces précisions.

@bobflux : merci pour cette réponse précise et détaillée.
J'ai ma propre fraiseuse et le double face est plus délicat à faire. C'est pourquoi j'avais fait un simple face, ne pensant pas que cela allait complétement foiré !
L'argument de la pollution CEM m'a décidé à faire un plan de masse et donc faire du double face. En effet j'ai un module radio sur la carte pour commander mes équipements de maison.

En prenant en compte tes remarques et en utilisant le layout préconisé (page 6) j'ai refait le routage ma carte.
Avant d'allumer ma fraiseuse, sans vouloir abuser de votre temps , pourriez vous me donner votre impression sur cette nouvelle version ?

schema.jpg
typon.png
typon_bototm.jpg

Je précise que je pourrais rajouter des condo en sortie sur le 5V car la piste est trés large. Je n'ai pas fait les empreintes!
Pour la taille des composants, je n'ai que du 1206 .

Merci à vous

[bobflux]

Si tu le fais à la fraiseuse, et que tu n'as pas besoin de pistes au verso (à priori tu avais réussi à le faire en simple face) alors tu peux juste fraiser le dessus, et tu ne touches pas du tout le cuivre sur le dessous de la carte, il servira juste pour le plan de masse. Il suffira de faire des trous pour les vias et de souder des fils dedans. Comme ça tu n'as pas besoin d'aligner le dessus et le dessous pour le fraisage, et tu peux même simplifier le routage au dessus puisque la masse est toujours disponible avec une via, ça fait moins de pistes.

Le plus important c'est le placement des condensateurs de sortie qui est bien meilleur sur ton nouveau typon.

Sur le fichier joint "boost1" j'ai dessiné les deux boucles suivies par le courant HF du boost. Les problèmes d'émission et de bruit causés par une boucle parcourue par un courant HF sont proportionnels au produit de di/dt et à la surface de la boucle. Plus le di/dt est élevé, plus il y a des harmoniques HF, et plus la surface est grande, mieux ça marche comme antenne.

La plus importante est celle en jaune, entre OUT, PGND, et les condensateurs de sortie. C'est un courant découpé en carré donc di/dt très élevé lors des commutation (1A/10ns). Il faut que l'aire de cette boucle soit la plus faible possible, donc ne pas hésiter à coller les capas de sortie direct sur les broches, ou à en mettre des plus petites que 1206.

Celle en jaune a moins de di/dt puisque ça passe dans l'inductance, donc elle a une priorité plus faible. Par contre j'ai marqué un problème en bleu : le bout de piste de masse qui passe sous le chip porte le courant de l'inductance, donc le "0V" à cet endroit aura beaucoup de variations en fonction de ce courant en dent de scie. Et la broche "AGND" du chip, qui lui sert pour savoir ce qui est "0V" afin de déterminer sa tension de sortie, est connectée à cet endroit, donc tu risques encore d'avoir une tension de sortie instable en fonction du courant. C'est pourquoi je te suggérais de couper cette piste en dessous du chip et de donner une via de masse à la broche AGND.

Modifications suggérées sur le fichier "boost2" : déplacer C10 pour que la boucle où passe le courant de l'inductance soit localisée au dessus du chip, au besoin tourner un peu l'inductance pour que ce soit plus pratique. L'idéal c'est que les masses des condensateurs d'entrée et de sortie soient au même endroit, donc le bout "masse" de C10 contre le bout "masse" des condensateurs de sortie.

En fait je viens de réaliser qu'il y a aussi C7 et C12. Donc tu peux laisser un condensateur, par exemple C10 sur la broche "Vin" du chip pour découpler son alim interne, et mettre C7 et C12 contre C6 et C9.

La piste qui mène à la broche 2 de l'inductance a une tension carrée à la fréquence de commutation. Sa capacité parasite avec la masse est chargée et déchargée à chaque commutation, ce qui cause des pertes proportionnelles à cette capacité. il faut donc réduire sa capacité parasite avec la masse, en utilisant une piste plus fine, par exemple 1mm. Tu peux tourner l'inductance de 90° pour raccourcir cette piste, ou la déplacer un peu vers le bas et la gauche.

Enfin la via de masse qui est à droite du texte "U7" est mal placée, car elle se trouve à un endroit où circule un courant haché. Ça va référencer la masse de la sortie sur un point où il y a beaucoup de bruit, et donc augmenter le bruit dans la sortie. Il vaudrait mieux la placer un peu plus loin, après les condensateurs de sortie, et en mettre plusieurs.

[dje8269]

Merci encore Bobflux,

Tes modifications ne sont pas évidentes ! surtout concernant l'inductance; Dur dur de la déplacer maintenant .

Je ne comprends pas pourquoi déplacer C10 qui doit être le plus proche possible de la broche 3 d’après la DS .
Déplacer le VIA pas de problème, je le met donc apres les Condensateurs de sortie.

Sur la note d'application les broches AGND et PGND sont communes ?? . Mais je vais couper comme tu le préconise .

J'ai déplacer les 2 condensateurs C7 et C12 , au pire j'ai la place pour en rajouter au dessus la où ils étaient avant.
J'ai également coupé la piste de masse sous le chip.

Penses tu que c'est bon comme cela ?

Merci encore de partager ton savoir !

typon.png
typon2.png

[bobflux]

> Tes modifications ne sont pas évidentes ! surtout concernant l'inductance; Dur dur de la déplacer maintenant .

Au pire mets la au verso, mais ça devrait aller.

> Je ne comprends pas pourquoi déplacer C10 qui doit être le plus proche possible de la broche 3 d’après la DS .

OK, alors laisse C10 sur la broche VIN et mets C7/C12 contre les condensateurs de sortie comme tu as fait sur ton typon c'est bon.

> Sur la note d'application les broches AGND et PGND sont communes ?? . Mais je vais couper comme tu le préconise .

Oui mais ils ont mis des dizaines de vias, donc c'est solidement relié au plan de masse...

Je dirais juste élargir la piste en bleu pour former un bout de plan Vin avec les condensateurs dessus, et rétrécir la piste de l'inductance (vert) pour la capacité parasite.

Ça devrait mieux marcher.

[dje8269]

Super merci !

pas de composants possible au verso ! carte je compte mettre cette carte derrière celle de l’écran.
Ok je fais ces dernières modifs et je lance la machine !

Je fais des photos et vous tiens au courant !

[dje8269]

Bonsoir à tous,

Bon voila !! carte fraisée , soudure faite. Ma fraise commence à être usée, on peut voir quelques résidus de cuivre que j'ai grattés avant soudure bien évidement.
Je n'ai pas mis la résistance de limitation de courant mais je vais la mettre pour limiter à 1A environ.

Tous le montage fonctionne parfaitement. J'ai même réussis à descendre en dessous 2.6V en entrée avant de décrocher le 5.1V .

Merci à tous pour vos conseils et remarques, et un plus gros merci à Bobflux, pour sa patience et le partage de connaissance.
Je mets ici le schéma exact du montage sur la partie alim ( placement et valeur des composants)

schéma.jpg
platine nue.jpg
Platine montée.jpg


Question bonus :
Ecran éteint, je règle et j'affiche 3.3V sur mon alim de labo . je branche mon multimètre sur le connecteur J12 ( en entrée) je lis bien 3.3V .
Quand je branche l'écran mon alim m'affiche toujours 3.3V mais mon multimètre me donne plus que 3V en entrée du connecteur.

Où est mon erreur ? le multimètre fausse-t-il la mesure ?

PS : vous voyez un lien pour les images ou elles s'affichent sur vos pages ? Car moi je ne vois que des liens ?

[bobflux]

Bien joué ! Ça c'est du prototypage rapide

> Quand je branche l'écran mon alim m'affiche toujours 3.3V mais mon multimètre me donne plus que 3V en entrée du connecteur.

Sûrement la résistance des fils ou des connecteurs... essaie de mesurer en sortie d'alim pour voir d'où ça vient.

[dje8269]

Bien joué à toi !

pour le prototypage rapide. Si quelqu’un à besoin de ce service, qu'il me contacte, j'ai besoin de me payer de nouvelles fraises . Plus rapide que moi c'est pas possible, en double face les chinois n'ont qu'a bien se tenir Mdr !

Pour la mesure, effectivement le problème vient du petit interrupteur à glissière entre ma carte et l'alim .il est pas prévue pour 600-700mA !