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[参考译文] TPA3255:驱动高功率级别时的故障关断

Guru**** 2458880 points
Other Parts Discussed in Thread: TPA3255

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1298095/tpa3255-fault-shutdown-when-driving-high-power-levels

器件型号:TPA3255

您好!  

我们在直流应用中使用 TPA3255。  我们通常使用48V 电源、并且在将8A 驱动至2.7欧姆负载(P=8^2*2.7 = 172W)时、我们有时会看到在10ms 或更长时间后发生锁存故障情况。  我们不会在所有器件上看到这种行为。 我们使用 PBTL (并联桥接式负载)工作模式。 我们还使用连接到 OC_ADJ 的22kOHm、其输出端应允许高达17A (两个连接在一起时为34A)。  我不知道导致这种情况的是什么错误情况。  我们来看负载每一侧的单独电压、它几乎达到顺从限值(0V 或48V)。 当故障发生时、负载每侧的电压更接近大约23V 和35V。  我们也没有看到 Clip_OTW 置为有效。  此外、根据我们的 LC 滤波、我们已在书面上确认它不应是输出端的最大电流问题(即大于17A)。

例如、我们尝试将电源电压从48V 提高到53V、这样系统就能够将8A 电流驱动到2.7 Ω 负载、持续6秒以上。  有人知道此器件在此条件下出现故障的原因、以及即使在较低的48V 电源下也能解决此问题或提高其稳健性的理想方法吗?  

我们在这里找到了一篇博客文章...  https://e2e.ti.com/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1196004/tpa3255-fault-shutdown 提供了一些信息、但结论是他们使用极化电容器、而不应该使用极化电容器、但他们谈到了使用不同的开关频率和调整自举电容器。   

这里是一个应用手册、其中也讨论了与 TPA31xxDx 相关的自举电路。。。  www.ti.com.cn/.../sloa259.pdf

我们曾尝试将自举电容器从33nF 调整到~94nF、但这并没有修复故障情况。  仅调节电源电压可以修复故障情况。  当我们将电源电压调节至更高水平时、PWM 占空比会发生变化、这一点是合理的、因此我们认为这可能仍然与自举电容器相关。  

非常感谢您提供任何帮助。 谢谢。  

内森

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    内森

      根据你的描述确实觉得很奇怪。

      让我们先确认一些细节。 当发生此问题时、FAULT 引脚和 CLIP_OTW 引脚都仍是输出高电平?

      发生这种情况后、我们如何使器件恢复正常? 仅切换复位或重新上电?

      增加电压可以减少问题、看起来与 BST 电容器相关、但您的工作条件实际上没有那么大。 这是一个奇怪的问题。

    [报价 userid="585914" url="~/support/audio-group/audio/f/audio-forum/1298095/tpa3255-fault-shutdown-when-driving-high-power-levels ]发生故障时、负载两侧的电压分别接近大约23V 和35V。  [/报价]

     这个电压听起来不正确。 如果使用48V 电源、空闲电压将为24V、扬声器两侧的电压应以24V 镜像。 让我们使用示波器捕获此波形作为起点、那情况怎么样?  

     您向我提供原理图和 PCB 是否方便? 我需要一些时间来检查它们。

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    Hi Shadow He,
    我想我有一个拼写错误!   抱歉。  负载两侧的电压分别为13V 和35V、因此电压仍以24V 为中心、在此处、电压从24V 上升和下降11V。  我们有(35V-13V)/2.7Ohm = 8.14安培。

    FAULT 引脚和 CLIP_OTW 在问题发生之前均为高电平。  我仅看到 FAULT 引脚变为低电平、CLIP_OTW 保持高电平。  
    为了使其恢复正常运行、我必须切换复位或重启电源。  

    我现在无法分享原理图、但可以分享更多信息。  
    内森

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    你好、Nathan

     有两种可能性。

     一是负载值小于您的预期值、负载值在不同的电流和频率下是否有任何变化? 我们可以捕获实际的输出电流波形以进行验证。

     另一个是与 PCB 布局有关。 我们以前看到的一个示例是、布局不良、PCB 接地上的噪声过大、这使得 PBTL 无法 正常工作。 我们可以尝试在您的电路板上输出双通道 BTL、并为每个 BTL 负载使用5.4 Ω、同时检查两个通道是否能够输出更大的功率。  

     如果您有 EVM、也可以对其进行负载测试。  

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    您好!   

    您是 TI 员工吗?  我不确定 TI 员工是否曾就此博客提供反馈。 当然,我感谢任何人的反馈。  

    我们非常确信负载电阻为2.7欧姆。  我们还测量了负载两端的电压(一侧为35V、另一侧为13V)、这正是我们的预期。  我们不会调制负载上的电流。  我曾提到它是一个直流应用、因此我们只是对输入进行步进、在此处我们看到的是8A 通过负载。  

    你是什么意思,"以前看到的一个例子"?  

    您是否认为这不是 PWM 开关频率或自举电容器的问题?  

    我认为在现有布局中、切换到 BTL 模式并不容易。

    单端测量。  您通常如何连接到器件顶部的 PowerPAD?  如果您使用硅树脂导热油脂、则无法提供良好的接地连接。  我想知道 PowerPAD 是否会导致器件接地端出现不必要的噪声拾取。  但引脚12、13、25、26、33、34、41和42上的接地情况确实良好。  

    内森

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    你好、Nathan

      是的、大多数情况下、由 TI 员工提供支持。 很少看到任何其他客户在此处有时间给出答案、通常只提出新问题。

    您的意思是什么?  [/报价]

     而其他一些客户则只构建两层板并尝试提供500W 输出。 它的接地从 LC 滤波器返回到器件的 GND 引脚完全切断。 因此、开关噪声将无法轻松返回到源。  

    您通常如何连接到部件顶部的 PowerPAD?  [/报价]

    通常不需要特别注意。 散热焊盘不是内部电路的主要 GND 路径。

    正如我提到的它是一个 DC 应用程序
    [/quote]

    实际上、我没有提到这一点、这款音频器件的设计不是以这种方式使用的。 输入侧通常会有隔直电容器、我们是否移除了该器件以发送直流信号? 我对它仍然能够工作感到有点惊讶。  

    那么您的问题可能更复杂。

    我们如何先尝试正常正弦波,看看是否会发生任何奇怪的事情?  

    [/quote][/quote]
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    您好!  

    我们现在拥有一款8层电路板。  其中、第2层、第4层和第7层是连续的接地层、但第1层充满了接地覆铜。  第1层上的泛洪是可以的、但有许多迹线和焊盘会降低其覆盖范围。  例如、在 TPA3255 IC 下、我们在器件下方布线。  我看到在 EVM 中、接地完全位于器件下方。  不过、我认为对于电感器而言、接地平面中的返回电流路径相当不错。

    我们确实对输入进行了直流耦合、但偏置在3.9V 附近、我们通常将 AVDD 电压一分为二。

    我们尝试使用15A 峰峰值(+/-7.5A)正弦波在相同的2.7欧姆负载中测试了该电路。  进入负载的功率将是 P2=(15/(2*sqrt (2)))^2 *2.7=76W ,这是远远小于8A 直流到2.7欧姆,其中它的功率将是 P1=8^2*2.7=173W。  无论如何、由于15App 正弦波流入负载、功率放大器未出现故障。  当我们将15App 交流波形增加到稍高的值时、我们看到了与8A 直流测试类似的故障跳闸。  进入负载的76W 功率控制杆与600W 单声道的预期功率等级相差甚远(PBTL 工作时)。   

    如果系统由于功率电感器下方缺少良好的接地返回电流而导致布局不佳、您预计会跳闸数据表中表5中的哪一个故障?  我仍然对导致它跳闸的原因感到困惑、因为我们存在锁存故障情况、表5仅显示以下可能性:  

    其中 OTE 是热关断、OLP 是过流关断、锁存 OC 也是过流保护。   您知道是否有任何其他未发布的锁存条件?  

    我们确实看到、如果我们将电源电压升高到48V 以上、确实会提高驱动更多电流的能力、但没有达到我们希望达到的水平。  

    谢谢。  

    内森

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    你好、Nathan。

    解决您的问题。

    虽然不太可能出现问题、但仍有一些要点需要向您确认。 您的 PBTL 连接方法和引脚配置是否按数据表中建议的方式设置?

    需要尝试的一项测试是、您可以将 PVDD 设置为51V 吗?

    我稍后将在 EVM 板上测试它、并在稍后向您提供反馈、

    Br.

    魏秋。

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    您好!

    是的、我们根据 PBTL 连接(M2=高电平、M1=低电平)对其进行了连接。  我们确实尝试了高于48V 的电压、例如高达52V、电流有所改善、但负载功耗仍然只有约175W。  

    内森

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    你好、Nathan。

    根据我们的基准测试、我们在 BTL 模式下发现了类似的情况。 我们观察到电感器的电流、在触发故障时未达到 OC 值。 这会发生在较低频率(如20Hz)下、因为 低频在峰值处的持续时间更长。

    我们可以进一步增加 BST 电容的值 、以降低 触发故障的可能性。 您可以尝试470nF 甚至更大的电容。

    Br.

    魏秋。

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    尊敬的 Wei Qiu:  

    我们使用 PBTL 模式和架构。  我们查看了其中一个自举电容器上的电压、该电压看起来很好、并且在故障期间完全没有下降。  我们也没有在 PWM 波形中看到任何逐周期计数(CB3C)。   仅测量一个 BST 电容器是否足够、是否必须测量全部四个电容器、还是只测量两个高侧 BST 电容器?  

    我还有一些关于  "DC 扬声器保护电流阈值"的问题。  在9.4.1.3节中、说明了它用于 BTL 模式、而不是 SE 模式。  

    1) 1)您知道直流扬声器保护是否也在 PBTL 模式下实现?   

    2) 2)如果它被用在 PBTL 模式下、您知道它是如何与四个输出 OUT_A、OUT_C 和 OUT_B、OUT_D 一同工作的吗?  

      IE 要正常工作、它应该添加 OUT_A 和 OUT_C、并将其与 OUT_B 和 OUT_D 的添加进行比较。  

    3) 3)我在第7页底部看到、"BTL 电流不平衡阈值= 1.5A 典型值"。  如果检测到这种类型的保护是否也会导致 FAULT 引脚变为低电平?  这种类型的故障是否属于锁存条件?  

    此器件是否有任何"勘误表"?  我还对这些器件的测试方法很好奇、因为我们有些器件支持高功率输出(~300W 负载)、而有些器件不支持。  

    谢谢!

    内森  

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    你好、Nathan。

    观察所有 BST 电容器是否更好。

    1)您是否知道在 PBTL 模式下是否还实施了直流扬声器保护?   [/报价]

    是的、PBTL 模式仍具有直流保护。

    2)如果在 PBTL 模式下使用、您知道它是如何处理 OUT_A、OUT_C 和 OUT_B、OUT_D 这四个输出的?  [/报价]

    在 PBTL 模式下、内部设置强制 A 和 C、B 和 D 的输出保持一致。

    3)我看第7页底部显示"BTL 电流不平衡阈值= 1.5A 典型值"。  如果检测到这种类型的保护是否也会导致 FAULT 引脚变为低电平?  这种类型的故障是否属于锁存条件?  [/报价]

    是的、我也注意到这种保护。 您能帮助收集一些波形以帮助我们判断这是否是由这种保护造成的吗?

    四通道:故障引脚、输出 PWM_N、 输出 PWM_P、OUTPUT_N。

    另外、您能告诉我您这颗芯片的采购量是多少? 这可以帮助我们了解是否需要将我们的市场循环。

    Br.

    魏秋。

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