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[参考译文] UCC256402:经调整的 PMP21683 中的频率抖动和设计计算器问题

Guru**** 2513185 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC256302, UCC256402, PMP21683, UCC256403

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/1553572/ucc256402-frequency-jitter-and-design-calculator-questions-from-adapted-pmp21683

器件型号:UCC256402
主题中讨论的其他器件:PMP21683UCC256302、UCC256403

工具/软件:

您好:

我们正在使用 550W EVM PMP21683 的重新设计版本、并更新为使用 UCC256402 而不是 UCC256302 。 我们能够调节 54Vout、但使用此 EVM 的目标是更大限度地减少频率抖动、以便更准确地分析固定频率下的交流损耗。 然而、我们无法更大限度地减少该抖动。 下面是一个示例;所示的迹线是初级开关节点的持久性图、其中颜色亮度表示 EVM 在该条件下普遍运行:

上面的捕获是在稳态下 540W (10A @ 54V) 拍摄的、我们看到开关频率在 51.5kHz 至 73.5kHz 之间变化、且没有明确的工作点。

UCC256402 是否设计为具有这一频率变化?

此外、PMP21683 测试报告显示、在大致相同的负载下、典型开关频率约为 83kHz。 由于磁性元件和谐振回路相同、为什么与此设计相比、我们可能在更低的开关频率范围内运行?

我们已经调整了 VCR 电容分压器、但也遇到了问题。 当我们使用设计文件推荐的电容器对时、我们看到了更多的抖动、这种不稳定性甚至导致 OCP 或另一个故障。

只有当我们减小 VCR 分频器对时、我们才看到更一致的运行。 该分频器是否用于调整稳态频率变化?  

我们也进行了其他更改、以尝试防止频率变化。 我们最初从 UCC256402 迁移到 UCC256302 进行的一项更改是移除了 FB 引脚上的上拉二极管(请参阅下面的 D107)。 我们的理解是、UCC25640x 系列控制器不应该使用该二极管、因为使用较高的 IFB 电流源来偏置光电耦合。 但是、移除该二极管或未充分偏置会导致严重的不稳定、包括在启动时、在输出电压将达到 75V 以上、然后再调节回 54V(请参阅下面的二极管正确偏置前后)。

什么可能导致需要使用该上拉二极管?

之前:

之后:

我们还对 TI 提供的“补偿和瞬态“设计计算器存有疑问。 我们首先尝试为提供 4kHz 交叉频率和>35 度相位裕度的补偿网络选择值、但这导致了非常慢的瞬态响应、而我们认为这是不可接受的。 在递增补偿网络中的 RV/CV 极点以提供理想的瞬态响应后、我们将这些值代入设计计算器、他们显示了一个  –60 度相位裕度 尽管实际响应是我们见过的最好的。

为什么会有这样的差异?

此致、

Orion Kress-Sanfilippo

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    Orion、

    很高兴在这里提供帮助。 在我看来、反馈环路不稳定、因此频率不断变化。 由于 Vout 和 Pout 发生了变化、请检查增益曲线以确保有足够的裕度来避免 ZCS 区域。  最好 通过单次采集但时间标度较大的方式共享波形。 还包括 VCR 和 FB 引脚波形

    FB 引脚上的二极管不需要连接到 RVcc。 我们的设计文件显示“DNP"。“。 您看到 Vout 波动这一事实表明环路不稳定、FB 可能会被二极管钳制。

    请分享相对于参考设计(围绕 IC) 的)的 BOM 更改的完整列表。  

    您的 VCR 问题对我来说不清楚。 您更改的值是多少? 您能分享一下波形吗?

    顺便说一下、此参考设计 与您的设计类似、但使用的是 UCC256403。 您可以比较 BOM 以获取更多想法。

    https://www.ti.com/tool/TIDA-010080

    另请参阅产品页面的应用手册部分、从本材料开始了解 VCR 调优的工作原理

    https://www.ti.com/lit/pdf/sluaal2

    Ning

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    尊敬的 Ning:

    有关围绕 IC 更新的 BOM、请参阅随附的设计计算器文件。  

    UCC25640x 设计计算器 Rev4.0_IDEAL_EVM_08152025.xlsx

    这是 Vfb (Ch1)、VSW (Ch2)、VCR、PIN (Ch3) 和 Vout (Ch4) 的单次捕获。

    1.很明显、我们在使用二极管时没有看到明显的输出电压波动。 请参阅下面的、它看起来与 PMP21683 类似。

    我们的设计:

    PMP21683 测试报告:

    此外、仔细观察 PMP21683 测试报告、我发现稳态时频率变化(抖动)存在一些变化、并且 Fsw 高于我们的设计。

    2、此电路板的预期频率变化量是多少? 我要问的原因是、虽然从输出稳压的角度来看、转换器似乎正常运行、但当每个周期不同时、这使得我们的损耗分析变得非常困难。 我们希望将频率固定在每个工作点(或尽量减少变化)。  

    3.你知道为什么我们的工作条件比原始设计的低,有相同的谐振回路?

    至于 VCR 变化、我们介绍了 VCR 引脚电容器的各种值、最初 PMP21683 上的 C_upper = 150pF、C_lower = 6800pF。 根据计算器、我们设计的建议值为 11584.2pF 和 83pF、但使用这些值会产生更大的不稳定性、在这种情况下、开关频率范围为 40kHz 至 120kHz、没有典型工作点(请参阅下文)。  

    此时、FB 上也没有齐纳二极管。 此后、我们减小了 VCR 引脚上的总电容、使 C_upper = 33pF、C_upper = 4700pF、然后添加到 FB 引脚上的二极管、发现频率抖动更小。

    Orion

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    Orion、

    我们将审查设计文件、并尽快答复您。

    此致、

    Ning

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    您好、Orion、

    您是否可以在 R135 中放置 10k 电阻器、并在发生最大抖动时检查该电阻器上的电压?

    请检查该电阻器上的电压是否发生变化?

    此致、

    Sougata

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    尊敬的 Sougata:

    将电阻器更改为 10k Ω、会阻止 EVM 调节输出电压。 我将其降低到 1k Ω 并捕获了以下快照(Ch1 为 V_R135、Ch2 为 V_OUT、Ch3 为主开关节点)。 这些是相同的视图、第一个位于 10us/div、第二个位于 100us/div。

    Orion

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    您好、  

    当频率变化时、FB 引脚中的电流似乎发生了变化。 请确保负载条件 Vin 和 Vout 保持恒定。 如果 FB 引脚电流即使负载相同也在变化、则 可能需要微调反馈。 但在此之前、能否将电容 C145 增加到 1nF、然后检查在恒定负载和恒定 Vin 下、频率是否在变化? 此时还要检查 1k Ω 两端的电压。 它是否在变化?

    此致、

    Sougata

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    尊敬的 Sougata:

    感谢您的指导、我们开始看到在变革后更加一致的行为。

    将该电容增加到 1nF 可减少 10A 负载时的频率变化量、尽管 FB 引脚电流的形状发生了变化(见下文)。

    在轻负载条件下、我们仍然看到频率发生较大变化、因此我将该电容增加到 4.7nF、并改善了轻负载抖动。

    Ning Tan 在本螺纹前面指出 FB 引脚 (D107) 上不需要齐纳二极管、因此我在增加 C145 后将其移除、EVM 仍能正常工作(过去,移除齐纳二极管会导致输出不稳定)。 此外、通过电阻器 R135 的直流电流从 1.5mA 降至仅 50uA(参阅下文)。

    最后、完成这些更改后、我看到了一些 Vout 波动(参见下文,Ch1 是初级开关节点、Ch2 是输出电压、Ch3 是次级 VDS)、但这些波动在重新调整补偿环路后得到了解决。 更新后的设计文件附在该消息的底部。

    我看到的最后一个问题与瞬态响应有关。 以下是从 50%至 100%负载发生负载跳变期间的输出电压捕获数据。 (Ch1 是主开关节点、Ch2 是输出电压、Ch3 是辅助 VDS)。

    这里的恢复时间非常慢、几乎为 80ms。 但是、在设计计算器中使用这些值可提供合理的 10kHz 交叉频率和 32 度相位裕度、并且计算器文件中绘制的瞬态响应与该行为不匹配。 如何缩短恢复时间?

    e2e.ti.com/.../UCC25640x-Design-Calculator-Rev4.0_5F00_IDEAL_5F00_EVM_5F00_08212025.xlsx

    谢谢、

    Orion

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    您好、Orion、

    您能否通过微调补偿器来将增益交叉频率增加到 20kHz 和 PM 45 度?

    此致、

    Sougata

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    尊敬的 Sougata:

    我们在设计计算器中发现一个误差、该误差改变了交叉频率的预期结果。 和 PM (Opto CTR 设置为 200x、而不是 200%)。  

    向 FB 引脚添加电容将如何影响该补偿的波特图? 我们在设计计算器中看不到对此电容的任何引用。

    Orion

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    您好、  

    您可以使用 Bode 100 或类似类型的仪器来检查环路响应和微调补偿器吗? 这将更加现实。  

    在 FB 引脚上添加电容器不会对波特图产生太大影响、而是会抑制噪声并使 FB 引脚电流稳定。

    此致、

    Sougata

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    尊敬的 Sougata:

    我们无法访问网络分析工具、因此目前无法检查环路响应。 您说添加电容不会影响波特图、但我们已经看到它会对 V_OUT 稳定性产生显著影响。

    是否有办法预测在不使用网络分析器的情况下在该引脚上增加电容所产生的影响?

    此外、我们还有一个关于 VCR 电容器的问题、 UCC256402 的数据表似乎指出、VCR 电容器上的电压会影响初级 MOSFET 的关断、当这些 MOSFET 关断时、不会向输出传输电力。 是否有方法可以更改 VCR 电容器、使“无电源传输“时间间隔(标记如下)更短? 我们希望减少在此期间 SR VDS 上发生的振荡次数。

    谢谢、

    Orion

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    您好、Orion、

    我认为增加 FB 引脚中的电容可以滤除 FB 引脚中的噪声、它基本上可以使 FB 引脚在相同功率下拉出的电流保持稳定。 因此、您会看到非常稳定的 Vout 和频率不会以相同的功率和相同的 Vin、Vout 发生变化。 但它可以通过 Bode 100 来验证。

    在没有网络分析器的情况下、没有其他方法可以预测在该引脚上增加电容的影响。 不过、您可以使用控制器的 simpleis 模型在网站上提供的仿真中微调补偿器。

    您无法 控制关闭时间、它是自适应的。 但是、您能否在 SW、LO、HO、SR_VDS1、SR_VDS2 和 IRES?

    以及您使用的是哪个 SR 控制器 IC?

    此致、

    Sougata