[参考译文] LM5156：Vin = 13V 的 LM5156 三角波 — 发生了什么情况？

您好、Tomasz、

LM5156 是一款纯升压控制器。
它无法向下调节。

当输入电压保持在 12V 以下时、它将适当地升压至所需的输出电压。
当输入电压远高于目标输出电压时、所有负载电流都会流经二极管
输出电压将是低于输入电压的二极管压降。 在此期间、Boost 保持关闭状态。

当输入电压介于这两个点之间（略微介于所需的输出电压加上二极管压降之间）时、升压控制器将尝试保持所需的输出电压。 但控制器很难使输出在该范围内保持平坦。 输出电压在该范围内无法保持平缓（因为这不是线性稳压器）。
此外、空载将更像是实验室条件。

具体的行为取决于许多因素、例如输入和输出电压之间的差值、二极管、电感器、电容器、负载电流、漏电流等。

在任何情况下,控制器将首先尝试保持所需的 12V 输出稳定,然后再被较高的输入电压覆盖。

此致
哈利

 哈里·霍夫纳 

您好 Harry、
您确定 LM5156  只是升压控制器吗？
LM5156 数据表标题明确指出、它支持升压、SEPIC 和反激式拓扑。
在应用部分数据表的第一页中、指出：
“宽输入升压、SEPIC 和反激式电源模块“
此外、在线 WEBENCH 工具和官方 Excel 计算器均提供 SEPIC 设计选项、当输入电压高于输出电压时、不能进行任何阻挡。 我是否忽视了一些明显的东西？

您好、Tomasz、

我很抱歉,这种困惑是在我的最后
LM5156 也支持 SEPIC 和反激式。

您写道：
>>……一旦 Vin 超过 12V (Vin > Vout)、输出就会产生~200mVpp 的三角交流分量、周期 400us、
随着 Vin 上升、振幅也会增加。

您能解释一下、如果振幅越来越大、输入电压就越高？
当 Vin 达到 35V 时、最大纹波是多少？

或者这种较高的纹波是否仅存在于略高于 12V 的较小范围内、而对于较高的输入电压、纹波会再次变得更小？
您能澄清一下吗？

坦克和问候
哈利

您好 Harry、

介于之间 Vin 13.4V 和 24V 、三角分量的振幅从大约增加 180mVpp 最终目的 670mVpp 、之后开始减小。 在此范围内、频率从下降 2kHz 过渡时间 1.5kHz 甚至可以听到电路的声音。

然后,相当突然 VIN = 31V ，一切都恢复正常运行 — 除了这一点 Vout 测量值为 11.3V 、略低于预期。 输出波形看起来干净、纹波极小、并在高达时保持稳定 VIN = 40V 我没有测试 40V 以上、以免损坏电路。

这种行为对我来说没有太大意义、但我想这正是您预期的结果。

此致、

Tomasz

尊敬的 Tomasz：

我想您在使用 2.15MHz 时会进入此设备的最短开启时间、尤其是。

但我将与该设备的专家联系 — 他明天会回来。

此致、

 Stefan

尊敬的 Tomasz：

我查看了您的设计、原理图看起来可以正常使用。

根据波形和说明、听起来器件在轻负载条件下会进入跳跃模式运行。
如果负载很小并且占空比变得非常小、则器件无法进一步缩短 MOSFET 导通时间、而是开始跳过脉冲。
您将不再具有固定的开关频率、这会导致观察到可闻噪声。

这是预期的器件行为、对器件本身没有风险、但输出电压纹波将会增加、如波形中所示。

使用异步控制器无法避免轻负载跳跃模式运行。 可以通过更改电感来调整阈值、在该负载下器件开始进入跳跃模式。 较大的电感意味着该器件将在较低负载下保持恒定的 fsw。

此致、
Niklas

你好、Niklas 和 Harry、

感谢您研究这个问题。 我使用 1A 负载测试了电路、正如您预测的那样、问题消失了。
您会推荐哪种解决方案？ 此 SMPS 也必须在轻负载条件下可靠运行、并且 200mV 至 700mV 纹波是不可接受的。
不用说,增加一些恒定负载不是首选,特别是因为 240mA 是不够的。

另一个可能是另一个单独的问题是高 Vin 下的输出电压大幅下降、这也会在重负载条件下发生。 700mV 压降似乎并不常见。 我可以重新配置此 SMPS、并可能将最大输出电流限制在 1.3A 左右、但确保轻负载和最大负载下的输出电压稳定是首要考虑因素。

我是否应该使用支持强制 PWM 模式的控制器？ 如果是、您能推荐任何优秀的候选人吗？
您是否建议改用反激式拓扑（例如 LM5185）？ 缺点是反激式拓扑需要变压器、而这通常比合适的功率电感器更难买到、因为我不能选择自定义绕组。 此外、PCB 上方的元件高度限制为 4.5mm、这进一步限制了变压器的选择。

此致、

Tomasz

尊敬的 Tomasz：

感谢您的反馈。
反激式拓扑可能不足以解决此问题、因为您也可能会进入跳跃模式运行。 对于强制 PWM 运行、您需要一个四开关降压/升压控制器、这种控制器的成本更高。

但是、我同意、即使在跳跃模式期间电压纹波预计增加、700mV 压降也会异常高。
这意味着它也可能与环路不稳定有关。
输出端目前使用了三个 33uF 电容器。 这些是陶瓷电容器还是电解电容器？
陶瓷电容器的 ESR 通常较低、这有利于滤除开关噪声、但它们的直流偏置降额也较高、这意味着在 12V 时、有效电容不是 33uF、可能类似于 20uF。

关于补偿、建议使用我们的快速入门计算器工具。
https://www.ti.com/tool/download/SNVR481
您可以查看波特图如何根据给定设计参数的 VIN 选择而变化。
如果您看到相位裕度变小、则可以考虑调整补偿值以稳定调节。

另一步是对开关节点进行波形测量、这样将显示驱动器信号是稳定的还是存在占空比振荡。

此致、
Niklas

您好、Niklas、

感谢你的帮助。 我仅使用 1812 年高级陶瓷电容器、由于具有低直流偏置、因此经过精心选择。 总降额输出电容为 60 µF。 当前的 Rcomp、Ccomp 和 CHF 值是使用 TI 的 Excel 计算器工具选择的、并使用 TI 的 Power Stage Designer 进行交叉检查、这有点棘手（请参阅此处）。 根据您的建议、我还不会放弃它、并将在接下来的几天内继续微调环路补偿。
我会随时更新您的最新信息

此致、

Tomasz

尊敬的 Tomasz：

我看到您已经处理过薪酬。
在您需要查看有关新波形或元件选择的帮助时、敬请告知。

此致、
Niklas

您好、Niklas、

我设法更好地稳定电路、但随着 Vin 增加到 30V、输出电压仍下降了接近 1V — 这令人惊讶，遗憾的是，不可接受。

我可能会开始认为最好使用 TPS552872 等集成式全桥转换器。 其输入电压限制为 36V（42V 瞬态电压）、但我的 SMPS 不需要在 36V 以上运行 — 它只需承受高达 80V 的输入电压。

我可能会在前面使用一个简单的高压 NPN 晶体管、电阻器和齐纳二极管来解决这个问题、但我想知道是否有更好的推荐解决方案。

请提供建议。

此致、

Tomasz

尊敬的 Tomasz：

感谢您的更新。
我将在内部与一些经验丰富的同事核实是否有任何其他建议针对反激式设计或您提到的全桥选项等替代设计。
我明天会回来的。

此致、
Niklas

您好、Niklas、

谢谢你。 我可能需要进一步研究、但我已经使用 5.6uH 电感器实现了 SMPS 稳定。
它们的中心彼此相隔 15mm。 我尝试如果改变其中一个方向有任何不同,它不. 也就是说、SMPS 仍然稳定、并且会产生显著的压降。 剩余的主要问题是显著的压降（请参阅下图）、但我想这是一个单独的主题。

此致、

Tomasz