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[参考译文] LM5176:VIN 纹波在输出电压下放大

Guru**** 2381090 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5176, DAC53701
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/1104988/lm5176-vin-ripple-is-amplified-at-vout

器件型号:LM5176
主题中讨论的其他器件: DAC53701

大家好、

 我的客户在5V 输出电压下遇到大纹波、

我们还捕获 Vin 纹波、下面是我组织的结果、

 您可以看到、由于1KHz 时为23dB、因此 Vout 时最小化、

众所周知,280kHz 是开关频率分量,而不是显性分量。

但24kHz 被放大到150mV,并在输出电压的纹波中占据主导地位,我相信这是我们在这里的根本原因。

您知道24kHz 的来源吗?

我应该添加额外电容器的值、我应该在哪里添加?

 

下面是测量中的纹波

24kHz 增益较低、

低于24kHz 的输出电压纹波、黄色为输出

下面是红色的24kHz 输入纹波、黄色是输出  

下面是输入电容器

这是输出电容器

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    您好、Fred、

    感谢您对 LM5176的支持。

    您显示的波特图似乎不在 Excel 计算工具中。

    您是否可以选择测量电路板上的真实行为(波特图)。

    我目前不确定我们在这里看到的内容:输入对输出的影响或输出对输入的影响。

    您的应用参数是什么:

    • 输入电压范围
    • 输入电压
    • 输出电压
    • 输出负载/电流

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    没有、我没有实际的波特图、但它肯定不应该放大24kHz 纹波。

    实际上、开关噪声也相当高、

    有什么想法吗?

    VIN=24V

    VOUT/Iout=5V/3A 或9V/4.5A 或20V/4.5A

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    您好、Fred、

    因此、我始终倾向于在进行假设的同时进行测量。

    然后 、让我们尝试确保电源能够提供所需的电流、并且不会影响 SMPS。

    由于输入端有一个相当大的滤波器网络、因此您可以测量 VCC_PD 处以及输入电容器后面的输入电压纹波。

    如果 VCC_PD 上也出现纹波、则电源可能会下降、或者需要添加更多输入电容器。

    此外、我们还应确保您的输出负载不会提供该负载分布、因为补偿穿越频率低于24kHz、补偿速度无法跟上。

    那么、在这种情况下、负载是多少。 这是应用添加动态负载还是由电流负载或负载电阻器固定?

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    因此,您的意思是,如果我们在 LC 滤波 器(VCC_PD)之前没有看到24kHz 的纹波,那么24kHz 的纹波可能来自输出而不是 Vin,您现在要验证的是什么?

    由于我们的斜率电容器非常低、这是否可以是次谐波振荡?

    它是 Type-C 应用、但它们在空载条件下执行此操作、因此不会出现加载问题

    但它的反馈连接到 DAC53701、因此它可能会产生24kHz 噪声。

    请帮助检查

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    您好、Fred、

    是的、我想说这是什么。

    由于不太清楚此纹波来自何处、我们需要尝试对可能的源进行分类。

    因此、以下测试也有助于消除可疑的其他可能来源:

    -检查负载连接到输出时是否也存在纹波

    -我认为这不是由于 DAC 造成的,但 在移除 DAC 后,可以很容易地检查这一点(这种纹波也取决于调整后的电压)

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    感谢您的回复、

    与磁珠之前或之后的 Vout 相比、Vin 纹波非常小(LC 滤波器)

    我将要求他们执行测试、以逐个消除原因、

    如何测试并确保它不受次谐波振荡的影响?

    子谐波振荡是否仅发生在 FSW/2下、或者是否可以更低?

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    您好、Fred、

    感谢您在此方面的努力。

    只有当占空比高于50%时、在升压模式下才能发生子谐波振荡。

    因此、根据上面的信息(Vin > Vout)、系统处于降压模式-因此次谐波振荡不能是导致此情况的根本原因。

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    但数据表中说、LM5176 在降压时采用谷值电流模式、并且在50%占空比下需要斜坡补偿?

    我的问题是、次谐波是否仅发生在 FSW/2中、或者可能更低?

    BTW、

    在  输出端添加额外的10uF MLCC 后、纹波确实衰减了15%。

    因此、我们将继续关注这个方向

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    您好、Fred、

    是的、降压转换器使用谷底模式是正确的-因此会应用小于50%的斜率补偿。

    (其他信息请参阅此处: 了解和应用电流模式控制理论(TI.com))

    频率不是固定在 FSW/2上

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    现在、如果我们知道这种情况可能是次谐波、

    您是否会解释其频率为何低于通常 是次谐波特性的 FSW/2 ?

    为什么在 Fsw 为300kHz 时在24kHz 或1KHz 时发生

    此致、

    Fred

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    您好、Fred、

    我可能会误解上面的示波器图、因为它已被高度缩小、但如果您检查 SW 信号、这看起来非常稳定。

    次谐波振荡的特征通常是观察开关节点处的交流宽脉冲和窄脉冲。

    您可以放大示波器图并确认或更新我的解释。

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    忽略300kHz 开关周期,

    可能不明显、但我仍然可以看到、在 高侧或24kHz 纹波峰值期间、两组红色占空比圆圈较窄、

    和其他脉冲更宽。

    BTW、在所有输出电压中、5V 纹波是最差的、而9、15和20V 则是最差的。

    这是否是频率较低的次谐波的症状?

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    您好、Fred、

    您是对的、这可能表示次谐波振荡。

    您是否完成了数学计算或使用了 Excel 设计计算器来获取所需的斜坡补偿电容器?

    如果否、请执行此操作。

    您还可以尝试使用较小的电容器来增加斜率补偿。 在这种情况下、如果这导致该振荡、您应该立即看到这里的变化。

    该振荡的另一个选择可能是由于环路补偿中的问题。

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    Excel 工具说我只需要使用低于680pF 的电容、 不确定这是否可靠。

    但是 、实际上客户说、在将斜率电容从100pF 增加到270pF 后、纹波会降低50mV、

    这很奇怪、

    由于这可能与次谐波行为有关,因此我将尝试要求它们降低斜率电容器,并查看其运行情况。

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    您好、Fred、

    与680pF 相比、100pF 非常低。

    因此、对于100pF、斜率补偿非常大-考虑电感器的缓慢斜坡、该斜坡会从斜率补偿中增加一个巨大的斜坡。

    我强烈建议检查接近推荐值的斜坡补偿-可能降低一到两个值大小。

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    如果您希望我尝试680pF、则意味着您认为这可能不是次谐波问题、对吧?

    如果是,我应该尝试另一种方法,大约50pF。

    此致、

    Fred

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    您好、Fred、

    我认为这是经过补偿的次谐波。

    越低越好、越差越好、但也可以尝试、但只需下降至~ 80pF - 70pF

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    在将斜率电容增加到680pF 后,1KHz 纹波从400mV 降低到300mV。

    但300mV 仍然非常大、并且无论是否有负载、它都不会发生变化。

    因此、我们开始更改补偿。

    奇怪的是 、客户将 COMP CAP CC1从27nF 更改为270pF 后、

    1KHz 纹波几乎消失、请参阅下文。 我知道这将以1kHz 的频率增加增益、但在 Excel 工具中、相位裕度理论上甚至会减去。

    有什么不稳定性的想法吗? 应该使用270pF  

    5V 纹波、仅具有100pF 斜率电容器和27nF 补偿电容器

    将 COMP 电容器更改为270pF 后具有5V 纹波(不再存在1KHz 纹波)

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    您好、Fred、

    感谢您的更新。

    我不确定是否了解所有更新和观察到的结果。

    将斜率补偿更改为更低斜率补偿(较大电容)后、它会变得更加稳定。

    现在、您尝试优化补偿-对吧?

    两幅示波器图片似乎显示了两个步骤-很难说出是什么是变化。

    为了获得有关电路板行为的更好信息、我建议使用矢量网络分析器(例如 Bode100)。

    因为这还将涵盖所有组件和电路板寄生效应。

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    是的、你是对的。

    您可以看到第一个是原始的、也是最差的、另一个是目前最好的。

    我们现在无法进行波特图分析、我们没有该设备、

    我如何为您提供布局并回顾、这样您就可以获得更多有关寄生、

    因为这个问题已经讨论了很久

    下面是布局、

    请检查 PU2308

    e2e.ti.com/.../21M106_2D00_SD_2D00_0520_2D00_3.7z

    此致、

    Fred

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    您好、Fred、

    您能否共享原理图、在没有参考的情况下很难在此 PCB 中找到组件。

    您是否还可以将设计计算器 Excel 与实际值共享?

    谢谢、

     Stefan

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    e2e.ti.com/.../3480.ROSA-U3224KZ_5F00_C3_5F00_SD-IF-BD_5F00_PD-DCDC-_2800_002_2900_.pdf

    e2e.ti.com/.../Copy-of-LM5176-Buck_2D00_Boost-Quickstart-Tool-r1.0-_2800_4_2900_.xlsm

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    您好、Fred、

    布局看起来不错-只需几个注释:

    如果使用开尔文连接、则更好地连接到 RSense (PR2319)

    避免与 Rsense 信号交叉到栅极驱动信号(或至少将其保持在滤波器后面)。

    我还了解了 Excel 计算工具:

    所需的穿越频率设置为非常高的值。

    这应该被设定为一个较低的值、例如 f RHPZ / 5 =~ 3kHz

    您可以尝试使用建议的补偿值。

    您是否需要更高的穿越频率?

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    感谢您的布局建议,我将向您转发,您认为这种耦合是否是此纹波问题的根本原因?  

    交叉频率误设置为100KHz、忽略它、您需要查看的是实际补偿值、即27nF 和2.4k 欧姆

    如果我按照您的说明将补偿更改为低于值,1kHz 增益将非常低,这不会导致纹波降低,因为我们现在要衰减1KHz 纹波。

    这些仍然无法解释为什么在 CC1从27nF 更改为270pF (补偿电容值非常小)后纹波消失  

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    您好、Fred、

    我可能已经混淆了(这只是执行降压:Excel 工作表说输入范围只有24V、输出为5V)、我只是再次检查了这个线程、但找不到任何其他信息。

    在这种情况下、我们只有一个降压转换器、而 RHPZ 不存在。 因此、交叉频率也可能更高。

    注意:需要在所有(或至少在重要的角)操作上检查环路稳定性。

    此致、

     Stefan

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    您好 Stefan、

    很抱歉、忘记了提及

    不仅是降压、我们还具有28V/5A 条件、因此还考虑了升压模式。

    由于 您尚未回复、您现在是否会根据新信息回答我之前的问题?  

    您能解释一下为什么在将 COMP 电容器从27nF 更改为270pF 后纹波会降低、我们应该保持这种方式、即使这是一个极低的值。

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    您好、Fred、

    Stefan 在周四之前不上班。
    他一回来就会回到这个话题。
    如果您有紧急问题、请告诉我、我也会阅读该主题。

    此致、
    Niklas

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    你(们)好  

    我找到了根本原因,即“数字”。

    当我将 Dith 短接至 GND 时、这个1KHz 的振荡消失了。并且调制频率恰好为1KHz

    但我的问题是、为什么会发生这种情况、Dith 应该正常工作。

    您会帮您检查一下吗?

    我已经在之前的回复中上传了原理图和布局

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    您好、Fred、

    我很高兴听到您找到错误的来源。
    抖动特性通常有助于降低峰值 EMI。
    根据数据表、Dith 引脚上针对1kHz 调制频率的合适电容值应为40nF (我不确定客户使用的值)。
    将引脚与 GND 短接可禁用此特性。

    Stefan 可能对抖动功能有更深入的了解、但与此同时、我将继续禁用该功能、因为这样可以解决问题。

    此致、
    Niklas

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    您好 Niklas、

    我知道抖动的作用、我不知道它为什么会导致如此大的纹波、

    是因为我们的交叉频率低于1KHz 吗?  

    我可以等待 Stefan 回来回答这个问题、谢谢

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    您好、Fred、

    感谢您强调此问题与抖动功能有关。

    我做了一些研究、发现了以下应用手册:

    了解噪声传播技术及其在开关模式电源中的影响(TI.com)

    它解释说:

    "在高端、调制开关频率大于反馈控制环路的环路交叉频率时必须小心、因为这可能会影响环路稳定性和输出纹波电压"(见第8页)。

    我假设您完全遇到了这个问题。

    此致、

     Stefan

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    您好、Fred、

    由于我尚未看到有关此主题的更多问题、我假设问题已解决、我将结束此主题。

    如果仍有一些问题未解决、请告知我-它将重新打开并提供回复。

    如果所有问题都得到解决、则按下"已解决"按钮将会很好。

    此致、

     Stefan