This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] TPS7H4010-SEP:[TPS7H4010-SEP/LM73606]反相降压/升压 (IBB) 输出电压下降

Guru**** 2546670 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS7H4010-SEP, LM73606

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/1566600/tps7h4010-sep-tps7h4010-sep-lm73606-inverting-buck-boost-ibb-output-voltage-dropping

器件型号:TPS7H4010-SEP
主题中讨论的其他器件: LM73606

工具/软件:

尊敬的 TI:

我一直根据应用手册 SNVAA76 — 具有的抗辐射反相降压/升压转换器、使用 TPS7H4010-SEP 开发反相降压/升压转换器
TPS7H4010-SEP。 我使用的是 LM73606 原型板。

配置(如下所示)基于应用手册中的 12V/–12V 配置、将其修改为在 15V/–15V 条件下工作。

注意:未组装 R5、并且器件列表中不包括器件。

请注意、此设计中的 UVLO 似乎不起作用、我已经纠正了此问题、现在移除了 R9 (10k) 电阻器、上拉 EN 引脚。  

问题
一般来说、我想说目前有两个问题:

1.开关频率似乎与 RT 值不对应。 它看起来是可变的、具体取决于负载、而不是一致的。

2.输出电压“下降“(因为它是负的它实际上增加,但你得到点)增加负载。

输出电压与输出电流间的关系

第一个验证步骤是简单地为不同负载场景绘制输出电压。 我将使用可编程负载加载电路 恒定的电阻  消耗量。

在实验中、尝试弄清楚我注意到的开关频率情况、如果 RT 保持未连接状态、则器件运行得更好、但是在 SW 节点上观察到的实际开关频率似乎没有任何显著变化。

开关节点测量

为了评估问题、我对开关节点 SW (L1 的引脚 1) 进行了测量。 需要注意的是、对于这些测量、输出电压本身实际上非常稳定(最后一个测量值除外)。 不是很值 我查看了应用手册中的 12V/–12V 设计图、此 IBB 设计的行为似乎不同。 事实证明、调试很困难、因为常规数据表中的许多语句似乎对此 IBB 配置无效。

无负载 — 输出= 15.2V
请参阅下面在相同空载条件下的两个测量值。 脉冲之间的时序似乎波动。 我认为这是合理的、因为该器件 在自动模式下运行、仅在需要时进行开关。 请注意、纯粹从开关的方波部分来看、这里的“Switching Frequency“似乎为~ 2MHz、而根据 RT 设置 (39k)、该值应该为 1MHz。

1K 负载 — 输出= 15.17V
我以这作为基准、这是一个“轻负载“、行为似乎符合我对 自动 模式的期望。

50R 负载 — 输出= 15.01V
在 50R 负载下、输出电压已降至 15.01V。此处的电流为~μ A 300mA。 查看 I 下面的开关节点会发现、尽管输出电压已经下降 200mV、但器件在大约 50%的时间内仍然处于空闲状态。 (我的假设是,当这些正弦振荡出现时会发生这种情况,也许它们的存在是我的整个问题,但我无法找出它们存在的原因)此外、这里的开关频率(纯粹从方波看)看起来~ 1MHz。

10R 负载 — 输出= 14.4V

此处的电流为~ 1.4A。 这里下降了大约 600mV、开关频率看起来为 500kHz、仍然存在一些“关断时间“。 观察到的另一种效应是、当节点位于其最低点时、SW 节点中出现短峰值。 最后、即使无法达到输出电压、仍然似乎仍有一些“非开关“时间。

5R 负载 — 输出= 9.22V
这是器件似乎完全丢失的地方。 此输出电压不再稳定、SW 节点似乎到处都是。 我仍然被我之前提到的那些“峰值“迷住了、我首先想到的是可能会有一些内部过流保护功能启动、但其迟滞在 46ms 左右、时间太长了。

它的格式
一些其他的 invo 可能会帮助:

1.电感器的饱和电流为 5.6A,我相信这可能是问题的一部分,我会试图找到一个更高额定值的电感器。
2.我已经尝试将 RT 电阻器连接到 GND 而不是输出电压,以及使用电位器代替它。 通过 RT 连接到 GND、无论值如何、开关频率看起来都完全不受影响。 对于 RT 至输出电压 (N15V)、至少它看起来会起“某种作用“、但并不符合人们的预期。

  • 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。

    您好、 Rogier、

    我相信你看到的是相当严重的不稳定。 当~电流上升到足以使器件退出 PFM 模式后、虽然开关频率看起来似乎随负载变化、但实际上一直是 Δ V 1MHz。

    如上图所示、每个红色箭头都指向一个新的开关周期。 SW 节点在几乎两个完整的周期内变为高电平、然后在最短导通时间(为此目的占空比为 0%)使用接下来的三个周期、可以看出在开关处于高电平之前电感器电流一直变为零、且持续时间超过最短导通时间。

    电感器电流达到零是这些“正弦振荡“出现在许多示波器屏幕截图中的内容。 当电感器电流变得足够低以至于无法再产生幅度大于 VOUT 的电压时、它无法再为输出提供能量、因此开始在由电感器和 COUT 形成的 LC 处振荡。 在 FPWM 模式下不会发生这种情况、因为该器件只需保持低侧开关闭合状态、并允许负电流流过电感器、而不是让其稳定在零。

    TPS7H4010-SEP 没有控制环路的外部补偿、因此对器件的补偿非常有限。 通常、添加 COUT 会降低控制环路带宽、而降低 COUT 会增加该带宽。 也可以调整前馈电容器以更改转换器的频率响应、但使用小于或等于 100kΩ 的顶部反馈电阻器时可能根本不需要它。

    数据表建议 选择 COUT 以使交叉频率介于开关频率的 1/10 至 1/8 之间、并在第 24 页上提供了公式 (18)、以根据 VOUT 和 COUT 估算控制环路交叉频率。 还提供了公式 (19)(20) 和 (21)、用于在需要时提供有关 CFF 选择的指导。

    正如您在文章中提到的、电感器也可能在这里发挥作用。 高侧~1 Ω 1.75µs 保持导通、如果 3.3µH 电感器两端的电压为 15V、则会使峰值电流达到~8A。 这远高于电感器饱和值、也完全在高侧开关电流限值范围内、这可能意味着开关只有在达到该限值时才会关断、因为该器件达到了其电流限值。

    我建议查看器件数据表第 29 页的表 8-1。 它提供了将各种条件下的控制环路考虑在内的元件选择指南。 例如、12V 1MHz 条件非常接近您的用例、建议使用 6.8µH 电感器将电感器纹波保持在~10%至 30%之间、并仅使用 22uF 的输出电容、以确保控制环路带宽约为 100kHz 至 125kHz。  

    谢谢、

    Andy

  • 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。

    尊敬的 Andy:

    非常感谢你的供应、我有一些后续问题和评论、我希望这些问题将有助于追查这个问题。

    一个重要的重要问题是、我们发现放置于输入和输出电容器的电容器是 4.7uF、而不是上面原理图中所示的 47uF。 这意味着我的实际输出电容实际上更接近您建议的 22uF。 我不确定这是否意味着您对我的 Cout 过高的初始假设现在无效?

    1.我只想验证您是否知道我正在“不“地使用此转换器、它是常规运行模式、而是用作反相降压/升压转换器。 我通过 SNVA856B 和 SNVAA76 发现、这有进一步的影响。

    2.我开始使用的设计基于 SNVAA76 表 2-1 中所述的设计。其中指出、对于–12V 输出、使用了 3.3uH 电感器结合 141uF 的输出电容。 这是我基于您在上面看到的设计的基础。 但如果我正确理解您、141uF 对于此器件来说远不能正常工作? 查看图 3-4、它似乎运行良好。  

    结合我的测量是(错误地)使用~14、2 μ F Cout 执行的这一事实、以及在本 TI 应用手册中、测量结果似乎可以正确使用 141 μ F。 您是否仍然坚持认为需要降低 Cout 的结论? 是否需要增加?

    未来的步骤

    我的第一步是用额定电流足够大的电感器替换电感器。 我会确保同时获得 6.8 μ H 和 3.3 μ H 的值进行实验。 但我不确定应该增大还是减小这里的输出电容。

    此外、我将测量输入、以查看我的输入电容当前是否不足。

  • 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。

    您好、 Rogier、

    是的、47uF 电容器的电容值为 4.7uF 是一个重大变化。 您是否已将所有 5 个电容都安装到电路板上? 如果是这样、那么它确实非常接近 22uF。

    我知道您将此器件用作 IBB、尽管这确实存在影响、但许多功能通常也可以应用于降压配置的 IBB 配置。 因此、我仍然建议使用器件数据表中的表 8-1 来指导元件选型。

    事实证明、您一直在使用相当快的控制环路(低 COUT)运行器件、并且应用手册确实展示了采用较慢环路(更大的 COUT)的功能、因此我建议尝试添加额外的输出电容来减慢环路速度。 减小控制环路带宽会增加增益裕度和相位裕度、并提供更高的稳定性。 如果您尚未根据您的条件重新计算前馈电容器、我还建议您重新计算该电容器。  

    对于电感器选择、还请注意、由于这是 IBB 配置、因此电感器电流纹波将大于降压转换器中的电感器电流纹波。 选择较大的电感器将有助于降低电流纹波。 您已经提到了 SNVA856B、本应用手册包含计算 IBB 中电感器电流所需的公式。

    如果您的输入电容也都是 4.7uF、则我同意测量 VIN 会更好。 根据此转换器之间的寄生效应以及为其供电的任何器件、并考虑到 IBB 的电流应力增加、可能需要一些额外的大容量输入电容。 不仅在 VIN 和 GND 之间、而且在 VIN 和 VOUT 之间放置一定量的输入电容可能也是一个好主意、因为这是两个独立的电流环路、都受益于去耦。

    谢谢、
    Andy  

  • 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。

    尊敬的 Andy:

    我做了大量调试和电路板的进一步改动、但遗憾的是、~1.8-1.9A 仍然是一些神奇的限制、器件会变得不稳定。 为了不是“修剪锅向导“、我决定回到绘图板、看看我的设计中是否存在严重错误。 再次查看 SNVA856B“使用反相降压/升压转换器“、并结合使用其中的公式和数据表中的公式、我并不完全确定 这里的合适设计。

    使用以下输入:

    关键功能之一
    VIN 15 V.
    输出电压 –15 V.
    VOUT、maxripple 0.1 V.
    电流消耗 3. a.
    Fsw 1.00E+06 Hz
      1. MHz
    纹波的技术 0.3 -
    纹波电流 0.9 a.
    占空比 0.5 -
    燃油效率更高 0.85 -


    相抵消
    EQ SNVA856B 中的 8 产生 9 μ H 电感器。 我目前选择了一个 8.2 μ H 的电容器。

    输出电容
    使用数据表中的公式 28、66uF 的值是最小输出电容。 电路板 I 目前放置了大约 90 μ F。

    反馈电阻
    我仍假设是 100k/7.2k 反馈网络。

    补偿 Cff

    我认为、在这之后、设计变得很困难。 数据表中的等效数据。 18 规定交叉频率 Fx(仅取决于 Vout 和 Cout)必须为 fsw 的“1/10 至 1/9“。 使用 Cout 和 Vout 时、交叉频率当前为 17.8kHz、不是建议的~100kHz。 但这里使用的两个参数是“固定的“。 COUT 具有一个最小值、如果将其降低过多、输出纹波将变得不可管理。

    采用计算出的 Fx 值 (17.8kHz)、这意味着补偿电容器应该为 344 pF、看起来相当大。  

    为了排除 Cff 的问题、我将电阻分压器更改为 18k/1k3、这应该(根据数据表第 22 页)意味着 Cff “可能不是必需的“。 但是、即使采用这种配置、也无法从电源获得超过 1.8-1.9A 的电流。 效率似乎也不受我所做的大部分更改的影响。

  • 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。

    您好、 Rogier、

    看一下设计参数、我认为您的元件选型看起来是合理的。 在此设计中、由于需要额外的输出电容而导致控制环路变慢也是可以接受的、尽管这几乎可以肯定是 前馈电容器计算结果会返回如此大的值的主要原因。

    虽然我不认为这是导致您出现不稳定的原因、但达到 3A 时可能需要更大的电感器、例如使用 3A 电流消耗和 8.2µH 电感器时、峰值开关电流高于最小高侧电流限制阈值(使用 snva856b 中的公式 6、并假设效率为 75%)。 使用更大的电感器将获得接近 10%的电流纹波 (6A 的 10%)、这是数据表中建议此器件使用的最小纹波。

    当行为与您观察到的内容类似时、典型的建议是调整 COMP 网络、使用较小的电感器来获得较大的电流纹波或增加斜率补偿。 但是、您没有这些选项可供使用、因为 TPS7H4010-SEP 具有内部补偿功能、电感器对于 3A 的 IOUT 已经太小、并且 TPS7H4010-SEP 没有外部可调斜率补偿。

    关于您的效率目标和注释、我预计该器件的效率约为 75-80%。 IBB 的效率将低于降压转换器、因为通过器件施加更大的电流应力会产生更大的损耗。

    至于潜在的下一步尝试:

    尽管您已经有了相当大的电容、但有时向 PVIN 添加额外的去耦电容可以降低内部噪声并有助于清除下降沿的不稳定性。

    以 500kHz 频率运行可以提高稳定性、但如果需要非常低的纹波、则可能需要额外的 COUT。

    使用稍微不同的输入电压可能会有所帮助、因为这样可以允许器件在不同的占空比下运行。 尽管您尝试使用它、但请注意、VIN 上的 17V 将在器件上产生 32V 的最大电压应力。

    谢谢、

    Andy