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[参考译文] TPS4.017万:使用更快的FET会导致栅极驱动振荡。

Guru**** 2318630 points
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/579105/tps40170-using-faster-fets-results-in-gate-drive-oscillations

部件号:TPS4.017万
主题中讨论的其他部件: CSD8.8539万ND

尊敬的E:

在评估多个不同FET以减少开关损耗的过程中,只要使用快速FET对,TPS4.017万就会开始在hic up模式下运行。

从C611的慢速启动电压来看,每次都触发过电流,因为此电压总是像锯齿一样向上和向下斜坡。

在寻找原因时,我遇到了开关节点电压的奇怪的电压骤降,这种情况在高侧FET打开后大约40毫秒发生。 在高侧门驱动信号上也可以看到此骤降。 这让我有点困惑,因为它不是正好位于交换机节点的上升边缘,而是有一些延迟。

由于振铃不会过早停止,这可能是跳闸超电流限制的原因。 (在威胁 TPS4.017万消隐间隔中,状态为100ns),因此振铃接近此点。

(注意:电流过限值已增加到Uilim = 300mV)

TPS4.017万的哪个引脚容易受到高dV/dt信号的影响,而这些信号可以主动将高栅极降低?

有时甚至会导致在整个吨位时间内出现一些高门驱动振荡。 在低负载条件下,这不会发生,因为切换节点的dV/dt要低得多。 (由于负电感器电流,开关节点从输出电感器增加,然后从FET打开。) ->高驱动状态是否会受到AGND弹跳或PGND弹跳的影响?

同步降压转换器具有以下参数。

uin = 23V之二44V

Uout = 5,1V

Iout = 5 5a

F = 600kHz

此致,

Thomas

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    您好,Thomas:

    由于开关节点上的高dv/dt以及低侧FET漏极和栅极之间的电容耦合,低侧可能会稍微开启并导致开关上的骤降。

    您能否 检查 在SW出现骤降时,低侧FET门上是否有凸起?

    BTW,通常需要在开关上安装RC缓冲器,以便在高压侧打开时降低dv/dt。

    谢谢

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    您好Qian:

    感谢您的快速响应。 是的,我已经检查过了,在FET引脚上找不到这种接通行为。 以下是直接在低侧FET处的栅极源电压的一些示波器:

    通过CSD8.8539万ND FET捕获示波器镜头的方式。

    与Ch1处的开关节点电压相同,但没有通道1的额外接地连接->,因此,开关节点中的振铃来自Ch1的长接地回路。

    为了减少交换节点的振铃,我已经添加了一个小型缓冲电路。 (Ccccccccsnub = 2*coss,Rcucibb = 6ohm),有效地减少了振铃时间,但由于切换期间FET电流较高,dV/dt仍然很高。 (当开关节点开始上升时,由于低侧主体二极管的反向恢复,FET已驱动高电流-> Plateu电压可能相当高)

    如果存在这样的限制,建议的交换节点最大dV/dt是多少?

    此致,

    Thomas

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    您好,Thomas:

    您能否找到差分探头来检查高侧FET的Vgs电压?
    只想检查SW上的骤降是否由高侧Vgs引起。

    谢谢
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    您好Qian:

    感谢 您的良好提示。

    我只找到了一个NI5191,它只能处理高达42V峰值的共模范围。

    首先尝试使用两个电压分压器(10kohm - 10kohm)到GND,以降低信号水平。 但这会将带宽限制为(10kohm * 2pF -> 8 MHz),而且根本看不到铃声,只会出现平滑的曲线。

    第二次运行只是让示波器接地浮动在电源接地上,只测量差分电压,希望示波器和电源之间的GND耦合不会在有趣的频率范围内引入不必要的信号,但仍允许在48V切换下进行测量。 提供以下图片:

    由于浮动接地的交流行为,对于无负载条件作为参考:

    对于满负荷条件:

    我想知道哪种寄生电感或电容耦合可以将栅极驱动信号向上推,然后向下拉。 (甚至低于门驱动信号)->是布局问题还是其他问题?

    我无法确定一个简单的寄生电感作为这种振铃行为的根本原因。

    e2e.ti.com/.../Schaltdurchsteuerung_5F00_HighSpeed.zip

    目前的布局不是完美的,可以改进,例如通过转动FET。 但这是否已经成为浇口驱动器高度漂洗的原因?

    以下是在吨期间浇口驱动环的情况:

    此致,

    Thomas

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    您好,Thomas:

    您能否 检查  高侧FET的引脚上是否存在相应的DIP?

    我看到输入盖(C601和C602)不靠近高侧FET。

    如果存在,则由于漏极电容的消耗,漏极引脚上的电压下降可能导致栅极电容下降。

    谢谢

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    您好Qian:


    好主意。 以下是此示波器的范围快照。

    此致,

    Thomas

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    如果开关节点中的dV/dt过高,实际上会触发短时间关闭高侧门驱动,是否有任何更新?
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    在第29页的数据表中,它说:

    " 8.1 2开关节点缓冲器电容器

    SW节点上可见的电压振铃是由快速切换边缘和寄生电感和引起的

    电容。 如果振铃导致SW节点上的电压过高,或转换器运行不稳定,则为

    RC减震器可用于抑制振铃并确保在整个负载范围内正常工作。 请参阅

    设计示例。"

    因此,最初的应用程序人员 看到了由 交换机节点上的R-C缓冲器管理的奇怪行为。

    如果您的板出现故障,您可以添加一个带铅部件的外部减震器(导线长度较短),作为一项实验,以查看影响。

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    电路测试中的较短结论:
    TPS4.017万是一款精密的多功能IC,用于同步降压转换器的电压模式控制。
    但是,我在设计电路时的主要故障是开关节点的高振铃。 下面的所有示波器镜头显示振铃超过10V (高于直流输入电压电平)。 这对于达到TPS4.017万所能提供的高性能水平来说太过分了。
    这种振铃在我的设计中导致低频下的PSRR降级,因为它通过高频脉冲接收来抵消Vcomp。
    或者在极高dV/dt条件下,此高侧浇口驱动器下拉和摆动。

    这种振铃的主要原因是高侧和低侧FET之间的寄生电感。 因此,必须尽最大努力尽量减少这种情况。 在我的布局中,有一个8 mm 铜线轨迹,FET之间的宽度为2 mm。 这太长,产生太多电感。
    将此长度减少到几乎无(< 1 mm)将显著减少振铃。 TPS4.017万评估板是一个非常好的布局示例。(www.ti.com/.../TPS4.017万EVM-578

    或者,使用交换机模块(如 www.ti.com/.../power-mosfet-module-power-block.page) 可以更好地降低这种寄生电感。

    缓冲器电路和栅极电阻器可能会以增加开关损耗为代价,导致布局不理想,但它们不是主要原因,也不是更多的解决方法。

    在像这里这样的高电压降压转换器(Vin > 30V)中,缓冲器电路还有一个缺点,即几乎不会降低第一个振铃峰值,因为反向恢复和输出电容导致的切换电流非常高(10秒A) 缓冲器必须非常大,以获得类似的高电流,从而减少转弯斜坡,或者仅减少振铃持续时间,非常好。

    感谢您为我指明正确的方向。
    此致,

    Thomas