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[参考译文] TPS40210:赢得升压&'t start 时负载较小、或摆动较小

Guru**** 2390735 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS40210

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/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1494598/tps40210-boost-won-t-start-with-a-small-load-ot-swing-with-small-load

器件型号:TPS40210

工具/软件:

我为 nixie 创建了一个经典的升压、第一个版本的性能很差、我也重新设计了它、并放置了更大的 MOSFET 和更大的电感器:

以尽可能短的方式重新路由接地:

输入电压:12~19,输出电压120-200V, 50 -80mA ,主 MOSFET :

STB33N60M2、MOSFET、600V、26A、190W、100mOm: https://www.st.com/en/power-transistors/stb33n60m2.html

工作频率78KHz

但现在它只能在没有负载的情况下工作,与2.5-3W laod 它停止工作,仍然重新启动

这是电流检测电压:

这是电源 VCC 上的电压:



但我连接了20uF C8、并在 C8上直接添加680uF 电容


这就是它在 MOSFET 栅极上的观察方式:

这是来源:

正如我伤心-这是只有2.5W 负载,没有负载它的工作,主线圈将不饱和,我替换它的大一个, 350uH,高达9A :

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    您好、I R、

    感谢您使用 e2e 论坛并添加所有这些信息。
    我将审查该设计、并在明天之前回复您。

    此致、
    Niklas

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    您好 I R、

    感谢您的耐心。
    我被 Isense 信号弄糊涂。
    它不仅能上升到600mV、这意味着峰值电流为12A、也不会提前触发 OCP、OCP 应处于150mV。

    测量负载时、是在无负载的情况下启动、然后增加负载、还是直接在有负载的情况下启动?
    电路可能无法在不触发过流保护的情况下斜升输出电压并同时为负载供电。

    此致、
    Niklas

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    我尝试使用两个示波器通道来测量电流、以计算真实差值、但得到几乎相同的结果:

    使用这个短脉冲时、升压从没有任何负载的情况下开始、在几秒钟内、脉冲将变得更短和更弱、在1-2秒后、我设置了电压

    在2.5W 负载下、它不会启动并保持在"脉冲"模式下、现在仅为 Rsense 25mOm、或者我尝试将其完全短接、但行为仍然相同Disappointedμ s

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    您好 I R、

    完全移除 Rsense 并不是可行的解决方案、因为峰值电流控制调节需要电阻器。
    唯一的选择是进一步降低电阻以避免触发过流保护、但我只会在我们确认 OCP 是2.5W 负载故障的根本原因后才这样做。

    您显示的测量来自 IC 的 ISNS 引脚、还是来自其他地方?

    此致、
    Niklas

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    删除 Rsense 只是一个测试...
    是的、我将 I WEIL 焊接到 Rsense 的低侧、并在上侧和 ISNS 引脚上提供了趋稳电压、这两者都是相同的、我不明白为什么我的布局会出现什么问题

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    您好 I R、

    我记得您刚才已经在另一个线程中分享了初始设计。
    我评论过还有一些建议未在最新版本中实现、尤其是输入侧的接地环路、其中所有电流将直接穿过接地平面上敏感 IC 的下方、返回到输入电容器。
    但是、我不知道这是否导致了我们看到的故障。
    其余的布局更改已实施、对我来说看起来可以接受。

    正如我在上一条消息中提到的、电流检测测量对我来说似乎不切实际。
    振幅高达>400mV、看起来像一个单个100%占空比脉冲、因此我假设分辨率非常低。
    MOSFET 测量结果表明、在器件由于未知原因而停止开关之前、该器件实际上在几个周期内正常开关。 (我们在此处讨论了 OCP)

    您确认电路板在没有负载的情况下可以正常工作。
    -您是否可以在零负载下启动电路板,然后在操作过程中增加负载? ->这将确认问题是否是启动时的浪涌电流
    -您将感应电阻降低25mOhm ,产生6.4A 的电流感应限值。 您是否可以测量电感器电流、或者仅在实验室中提供电压探头?

    此致、
    Niklas

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    好的、我尝试再次修复它、但仍然没有运气

    如上所述,如果没有 LOAT 它启动非常慢,很多关闭的周期,如上所述,几秒钟后关闭将会更短和更短,它开始...只有在4-6秒后,它开始正常工作,没有负载

    是的、超过0.5V 的尖峰将直接在 TPS 引脚7 - ISNS、所有 Rsense 等上进行测量。GND 引脚"固定"在背面 GND 平面、过孔~20、这几个 uOhm 电阻和几 nH 的电感

    我无法辩驳,什么是错误的 PCB 设计,从源极的 MOSFET 到阻尼器的路径是2mm,从感应到接地的 IC - 4-5mm,频率仅78KHz .. 我在 Rsense 两根导线上焊接直立,并使用示波器探针直接在这两根导线上测量电压...如果我只是为了测试将 Rsence 短接至零-我有相同的行为->板上有一些其他问题,但我不知道什么,为什么它是如此糟糕..

    否、无法测量线圈电流



    这就是我测量引脚7上的电压、接地弹簧直接 Rsense 上的电压和引脚7上 RC 连接上的尖峰的方法


    这是结果

    另一个奇怪的行为-如果我低于6V -升压进入"短周期模式"、它将停止工作并绘制2+A

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    尊敬的 IR:

    今天是银行假日。 请在星期二之前回复。

    此致、
    Feng

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    尊敬的 IR:

    今天是银行假日。 请在星期二之前回复。

    此致、
    Feng

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    您好 I R、

    因此、即使没有负载、器件也会在进入 OCP 状态几秒钟后才能达到目标输出电压。
    如果即使 Rsense 短路、问题也是相同的、则可能无法正确检测到检测信号。
    您是否知道 C6的值? 原理图中仅显示250。 这是250pF 吗?

    我一般认为该器件无法支持大升压比。 尤其是当 VIN 降至6V 时、使用此设计可能无法实现200V 输出电压。
    器件不应具有使电源电压短路的100%占空比模式。 这种"短路模式"感觉应用程序失败。

    此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    非常感谢您的耐心等待、
    是的、它是250pf、只是 RC 的值会有所不同、以便将频率从250赫兹设置为78KHz

    如果压降至6V、则会停止切换并打开主 MOSFET 以短接 Vin……

    主要优点不是启动比,如果电源电压为20V ,我也有同样的问题,在过去,我建立简单的升压与巧妙的旧 mc34063从9到250V 没有任何问题,高达7-8W 在250V 以超过80-85%的效率,只是限制了大的最小开关时间34063,我不能处理功率超过50m(从12V/200V)

    https://vfdclock.jimdofree.com/2015/07/18/openhardware-10w-mc34063-based-high-voltage-power-supply-module-high-efficiency-small-size/
    28x33x15mm、10W 升压(12V > 200V/50mA、82-85%)、工作非常好且稳定、为 nixie 时钟Smileyμ s 构建20多个版本

    我将尝试最后一次尝试更改布局,稍后将发布 PCB 的图片...

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    您好 I R、

    感谢您的解释。

    很抱歉、到目前为止、调试未成功。
    多次检查原理图后、我找不到问题。

    除了重新设计布局之外、我还建议检查所有焊接后电路板上的元件是否仍然可以正常工作。 (例如、在最后一张图片中、C8看起来非常破旧)
    如果您需要回顾最新的 PCB、请随时联系我们。

    此致、
    Niklas

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    最后一个尝试...在我订购最后一个 PCB 之前,这是新的布局,在 MOSFER 和 TPS 之间的 GND 只是一个多边形

    IC 下没有电流、VCC 到 IC 是自己的导线、不同于 VCC 到主电感器、与一些电容器直接连接

    我希望从主电感器> HV 二极管> HV 电容器返回到接地背板时、这些方法上没有电流限制

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    您好 I R、

    感谢您分享此次重新设计。
    我觉得新的功率级布置看起来不错。 IC 现在位于远离功率级的安静接地区域。

     我还想指出三个方面:
    -功率级组件仍与散热垫一起放置。 您进行追踪以改善连接,但仍有很多切口,我建议删除.
    尤其是在开关节点、输入/输出电容器和检测电阻器上。 我用黑线标记了它们。

    -您可以检查是否在 BP 盖接地端放置过孔? 如果没有、请在此处放置一个过孔、以便 BP 引脚和 GND 引脚之间的环路很短。 (我也用黑色箭头标记)

    - 上分压电阻器和 FB 引脚之间的反馈走线相当长。 使用两个470k Ω 电阻器时、信号对噪声变得非常敏感。 附近没有电源布线、但布线仍会穿过 VCC 和其他几个器件引脚下方。
    该引脚在上一版本中的实现方式类似。 您还记得 FB 引脚有噪声时有什么问题吗?

    此致、
    Niklas

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    谢谢!
    是的、BP 通过过孔短接到背板、我可以添加更多过孔、并将使用铜填充所有切口

    FB 线...我不知道我怎么能把它更短,上次它是好的,在180V 我有大约50-100mV 的噪音,
    我认为他们大多数从外面,像我的婴儿车的中国 LED 表放大器,或者我可以用较低的值分压器,我可以增加 到1mA (160-200mW)电流没有问题...

    好的,我希望在两个星期如果 PCB arived 它将工作.. 或者回到两个老学校的 MC34063升压器与 x2 10WSmiley

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    您好 I R、

    我同意更换 FB 电路很困难、但 FB 上的噪声确实存在不稳定的风险。
    折衷方法可能是为 pF 范围内靠近 FB 引脚的小型电容器添加一个封装。 这在布局方面应该是可行的、并且已经有助于稳定 FB 电压。

    此致、
    Niklas

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    不,它不工作...

    使用12V 输入、4W、19V 输入、仅~6.5W 限制、7w 负载(19V 输入、175V/40+mA 负载)后、它会进入过流模式、并关闭通用 SS 电容器放电

    只有积极-它开始正常,没有问题...

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    您好 I R、

    我将从应用团队内部获得更多反馈、看看我们是否漏掉了此设计中的任何重大问题。
    请允许我在下周初之前再给我一些时间、以便回到您的身边。

    此致、
    Niklas

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    谢谢!!

    我只想让我的 fisr worstesSmiley最稳定的设计
    它只是热,因为我使用 MOSFET 与高 RDSon .. 但每一次,如果我使我的布局更好-它的工作值得Smiley

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    它看起来像一个问题,这种情况下 Rsense 上的电容器约为400pf ,现在我从12v 得到更多一点,约5.6W (消耗功率)作为限制,这个信号它直接在 Rsense 的低侧和引脚7之间...非常高的频脉冲重置电流限制

    在这个原理图: neonkev.com/.../

    电容器设置为2200pF! 我会尝试更多,从1000到2200pF ..  器件


    UPD:

    好的、没有比这更好的了、Vin 19V、Cfilt -在2200pF 末端、在进入过流关断之前峰值功率9.5W (Vin 12v 时为6W)


    UPD2:
    I 短 Rsense 与奇怪的环路-没有变化,仍然6W 最大功率在12v 与过流击穿 :



    为什么??  

    UPD3:

    蓝色- MOSFET 漏极、黄色- Rsense 上的电压



    UPD 4:

    Bevore 关断栅极信号将可不稳定、如果 I 上升输入电压-它将稳定、但在更多负载下-再次可不稳定

    e2e.ti.com/.../doc_5F00_2025_2D00_05_2D00_03_5F00_16_2D00_47_2D00_35.mp4

    Rsense 上的电压、50mV/div、50m Ω、还有高达1A 的电流上升、15V 输入电压、从6w (所有状态)到9W 的缓慢上升负载(切断)

    e2e.ti.com/.../doc_5F00_2025_2D00_05_2D00_03_5F00_16_2D00_48_2D00_52.mp4





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    您好 I R、

    感谢所有额外的测试和测量。
    我的同事回来找我、询问目前使用的电感是多少。
    在早期的一个评论中、它是350 μ H。 这种情况是否仍然存在?

    通过使用我们的功率级设计器( https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER )进行一些快速计算、
    他们指出、该器件会相当早地进入 CCM (~2.5W)、占空比将高达94%、这可能超过器件可以处理的范围。
    这就解释了器件变得不稳定的原因。

    为了在6W 且开关频率为78kHz 时将占空比保持在85%以下、计算出最大电感为100uH。 预计峰值电感器电流为1.2A。
    您是否有50uH 或100uH 电感器来对此进行测试?

    谢谢、此致、
    Niklas

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    您好、Niklas、

    我找到了主要的问题: https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/87851/leading-edge-blanking-problem-with-the-tps40210

    这看起来像典型的 LEB 问题,作为第一次测试,我采取了第一个快速和肮脏的解决方案- 4.7pf + 470欧姆从漏极到 ISIN 引脚 ..

    和 (鼓)..

    ISIN 引脚信号:  

      不再是狂野和疯狂的摇摆

    烧伤婴儿、烧伤! (150V 时的230V/40W 灯、作为测试负载)

    这是不能再受限制了



    现在我需要使用补偿网络、来自 TI 的两个计算器和3个外部网页提供提交4个完全不同的版本。 电感器也是如此、对于相同的 VI/OUTSmileyμ H、所有 calcutaros 和网页均提供了47 μ H 至500uH 的值

     现在、我在180V/CCM 输出时有7-8v 锯齿峰值、我无法识别它是补偿、还是离开90mA 或其他原因

    您是否根据频率/电压/电感/功率等对 LEB 参数进行了正确的计算/预期?
    布局可能性? 我不知道如何再放置4个器件、也不会破坏 GND 布局。 任何比特杯溶液/计算?

    TPS 的内部 LEB 仅为75ns 固定、在本例中、看起来太短了

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    您好 I R、

    很高兴听到您找到问题的根本原因。
    为了计算补偿、我们通常使用功率级设计器工具以及 https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER
    您将在数据表中找到所有必要的参数。

    为了减少前沿尖峰、像采用快速又脏的方法一样、从 SW 到 GND 的 RC 滤波器可能已经足够了。
    遗憾的是、我没有任何比其他 e2e 主题中提到的更简单的解决方案。

    我知道 TPS40210器件于2022年进行了重新设计、以便采用最新的工艺技术运行。 所有规格和数据表参数保持不变、但旧器件的典型值差异可能更大、尤其是在涉及 LEB 等规格时。
    如果您已经在使用新的器件材料、是否可以检查封装?
    新材料应来自 RFAB。

    此致、
    Niklas

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    我不能真正相信这个工具的价值...
    如果我的分频器为94k/400 (相对高电流) 、则表明我不现实的2M Rcomp、11nF Ccomp 和零 Cff



    如果我专门为 TI 页面的此 TPS40210使用 Excel、则建议值与 116K/470nF /86pf 完全不同

    使用此值、它完全不稳定、只有5W 负载和野生蜂鸣

    对于我的分频器940k/4 - 1M/47n/10pF -完全不稳定、负载仅为4W、调节至250k/100N/100pF -负载超过15W、但检测

    WEBENCH、还有一堆值、同样完全不同... :



    从另外两个包含就绪原理图的来源、我还有另外两组值、已经有所不同





    什么是真正的源头? 如何为我的案例计算实际值?




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    尊敬的 IR:

    工程师今天不在办公室。 请期待回复延迟。

    此致、
    Feng

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    您好 I R、

    我很遗憾地听说、每个计算器都会给出不同的结果、并且建议的值似乎都不起作用。

    我倾向于推荐功率级设计器、因为此工具附带了说明计算工作原理的应用手册、因此可以手动仔细检查计算结果。 ( /cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/196/Loop-stablity-application-note.pdf )

    如果计算不起作用、最好的解决方案是通过基准测试建立补偿。
    常用的方法是从非常慢的补偿开始、例如在 COMP 引脚上只连接一个1nF 的电容器。
    然后、通过添加 R 和 C 分量来添加额外的极点/零点、测量波特稳定性并形成波特曲线。

    此致、
    Niklas

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    这是太多的理论在这篇论文中,如果你官方(由专业工程师创建) 计算器/模拟器交付非常不同,不工作的结果.. 如何确定我会找到更好的解决方案...

    好的,我尝试用不同的值不同的值,并尝试获得支持 grom chatgpt/grok,我回复更好的回复像官方数据表/ claculator .. 现在我有功率高达14W 在输出与值在结束完全不同的数据表,470pF Ccomo,一个33k/100N RC ..但有时我有麻烦开始与负载...

    我发现没有解释这一巨大差异与官方数据/价值

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    您好 I R、

    我同意补偿理论这一主题非常复杂。
    您永远无法确定您的解决方案是否是理想的实现方案、但通过测试、您可以看到系统是否足够稳定、能够满足您的设计要求。
    我无法解释为什么 AI 工具的推荐值与我们提供的工具有很大差异、原因很简单、就是我不知道其中的公式。

    然而、一个好消息是、在修改补偿后、该设计可以达到14W。

    此致、
    Niklas