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[参考译文] 低电平不稳定性/噪声

Guru**** 2595805 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS54560, TPS54560B

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/1061396/low-level-instability-noise

器件型号:TPS54560

 

我们在设计中使用 TPS54560已有大约8年的时间、但是最近一批生产在 很大一部分器件中遇到了噪声/稳定性间歇性问题。 从先前的一批中更改 TPS54560可解决该问题。 由于我们的电路 以某种非常规的方式使用 TPS54560、 因此我将该器件转移到标准评估板、以安装我们在设计中使用的相同电感器和大容量电容。

然后、我根据数据表计算了一个新的补偿网络、尽管 ESR 是一个有点估算值。  

下图显示了 PWM 在小电压范围内搜索的情况、这种情况不是每次都发生、但一旦不稳定、它就永远不会恢复。

与 EVAL 板的差异如下:-

C5 1.2n

C8 20p

R5 150K (标称值12.5V)

R3 100K (大约1MHz)  

L1 MSS1278 (15uH)

C6、C7、C9 +另一 个2.2uF 50V、总 标称值为8.8uF

为了测试、我通过100uF 电容器向 TP7注入了一个脉冲。

 

就我所见、我只看到了一个批次54560、TI 14A、P2EYG4的问题。

 

不稳定的表现形式是 PWM 宽度在大约5个周期内发生一个周期的变化、从而导致 PSU 在大约200kHz 时进行轻微调制。 在正常运行中、我们将调制电源的电压。

似乎需要脉冲才能启动振荡、但需要重启电源或切换使能引脚以停止不良行为。

通常、我们会调制电压输出、因此我们不可避免地会产生一定程度的脉冲。  

下图 显示了电路的输出电压阶跃变化、 在安装了原始 TPS54560的情况下、它似乎正常工作、我认为它表明我的补偿网络运行良好、但您可能不同意。

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    您好!

    对于较新的设计、建议使用此器件的 B 版本。

    请参阅此应用手册、其中详细介绍了此 B 版本所做的可靠性改进、尤其是第5节。  

    https://www.ti.com/lit/an/slvaea1/slvaea1.pdf

    TPS54560B 器件所做的改进将为您的设计提供额外的稳健性和更高的可靠性。

    此致、

    Jimmy  

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    谢谢 Jimmy、

    这不是一种新设计、已有8年历史、目前我们的产品正在停止发货、直至我们了解它为何不适用于这一批器件。 我们将尝试您的建议,我们以 PWM 1MHz 运行,因此它可能会有所帮助,但应用手册中没有提到任何有关可稳定性的内容。

    我们想了解我们是否可以发货那些没有这种行为但具有相同批次/卷带器件的器件、或者需要采购新器件并对所有器件进行返工。 更复杂的是、由于我们无法使用现有的器件、因此任何替换器件都不可用。

    此致 Jon

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    您好、Jon、

    1. 您的应用条件是什么:VIN、VOUT、IOUT、FSW
    2. 您能否提供原理图和 PCB 布局以供查看? 我假设您在过去8年中重复使用相同的设计、但我仍想参考您的电路板组件和电路、以便更好地了解您的系统。
    3.  当您说 TPS54560以"非常规方式"使用时、您的意思是什么? 从波形的外观来看、它看起来好像是动态更改输出电压? 您是否可以再次提供原理图以供查看?
    4. 此外、更改重新计算 EVM 补偿值的原因是什么? 我通常会使用一个已知良好的 EVM、其中的 BOM/组件完全配置到您的系统板上、以检查电路的运行情况。   

    此致、

    Jimmy  

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    谢谢 Jimmy、

    相关问题

    我们使用该器件来跟踪音频信号、以最大程度地减少后续线性器件的发热。

    1) Vin 恒定为35V,Vout 通常在7-25V 范围内约为15V。 Iout 的最大值约为3.5A、负载的行为或多或少为大约7R 的电阻负载、Fsw 约为1MHz。  

    2) 2)我无法将电路发布到论坛中、但 由于我可以在标准评估板中创建相同的缺陷而不会遇到太多困难、因此我认为解决了布局方面的问题、我们用于控制器件的方法等等

    3) 3)非常规而言、我是指我们有一个控制环路、使器件可变电源并跟踪音频信号。 我们将补偿引脚用作控制输入、同时使用电阻分压器将反馈引脚保持在标称快乐0.8V。

    但是、当有问题的器件被转移到 EVAL 板时、它们完全采用常规方式使用、但我通过电容器使用 TP7来注入瞬态 以触发错误行为。 一旦被触发、移除电容器不会停止错误行为。  

    4) 4)由于我们通常使用电流驱动 compenstation 引脚、因此我们没有正常的 compenstation 网络。

    请注意 Jon

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    如有可能、请通过 j-hua@ti.com 向我提供 DM 中的原理图。 我想引用它来帮助解决此问题。

    您的应用是什么?您是否希望噪声/脉冲注入输出? 这是您通过100uF 交流耦合在 TP7注入脉冲的原因吗?  

    原理图有助于说明您是如何使用此器件的、因为听起来您是在正常建议的组件选择/应用之外操作此器件。  

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    此时、我被告知无法分享原理图。 我被要求为您绘制我们修改后的开发板原理图、我今天将这样做、它在触发后表现出与这批芯片相同的行为。 我可以为您提供一些示例芯片。

    我们产品的唯一常见组件是电感器、负载电容组和有问题的 IC。

    正如您建议的、电容器的原因是将信号发生器交流耦合到反馈中。 通常、我们将请求的直流耦合电压控制连接到反馈网络。 因此、为了模拟某种程度 上我在其中使用了一个大电容、我注入了一些大约5V 的脉冲、目的是在输出电压中产生阶跃变化(大约5V)、并检查脉冲响应。

    我们注意到、数据表指出、TPS54560需要几个周期才能对变化做出反应、 我不认为这是巧合、我们看到大约5个周期的振荡、我认为它在过高和过低之间交替、它不会完全重复、似乎有点漂移、 但我认为它的时序由器件内部架构控制。

    我认为它与外部控制环路没有任何关系、振荡太小、当使用脉冲进行测试时、它似乎被阻尼正常、因为振铃很快就会下降。 更改我们的反馈网络绝不会改变这种振荡的频率、当我们在输出电压的控制环路中引发振荡时、不仅会产生额外的噪声、而且还会产生很大的波动。

    我尝试通过添加更多的输出电容进行测试、因为我认为这可能会有所帮助、添加过多的电容会限制电源的压摆率(我们需要)  

    我将在绘制原理图并以更大的电容完成测试后返回  

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    您好、Jon、

    我还建议使用 Excel 计算器工具、其中包含用于检查最低和最高输出电压之间环路响应/稳定性的补偿值。 在没有外部噪声注入的正常降压操作下、该器件应保持稳定并从负载瞬态中恢复。

    此外、由于我没有要查看的原理图、您也许可以对 EVAL 板中的器件进行负载瞬态测试、并在您所需的不同输出设置下提供 VOUT、SW 和 IOUT 的波形。  如果设计稳定、则应过冲/下冲并恢复到设置的电压。 这应该考虑设计是否稳定以及器件是否能够对 VOUT 上的变化做出正确反应。

    此致、

    Jimmy  

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    这是我修改后的 EVAL 板原理图。

    我在上一条消息中错过了它、但 R3也被更改为100K 以匹配我们的设计。

    校正:在开发板上、190KHz 的门槛在该板上稍有不同、看起来更像是240KHz。 在输出端增加50%额外电容的结果确实降低了低电平  

    振荡/但 较低频率的东西仍然存在。  

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    谢谢 Jimmy、我将回顾一下这份报告

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    感谢您的反馈。

    让我来看看您的原理图、并根据数据表建议进行查看。

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    您好、Jon、

    您能否确认您的输出电容是多少? 看起来、您的电容仅为2倍2.2 μ F、总共最多约为10 μ F。

    鉴于顶部电阻器(150k)和底部电阻器(10.2k)设置的输出电压为12.5V、有效输出电容器将会因直流偏置效应而大幅降低。  第8.2.2.4节 提供了输出电容公式。 我建议将您的输出电容器大幅增加一个数量级。  

    我会将电容器切换到22uF、总共4 x 22uF、然后重新测试。 这将大大有助于输出纹波和输出调节。

    此致、

    Jimmy

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    你好、Jimmy、

    我今天无法进行任何测试、但将在周一返回测试。

    我可以确认电容为8.8uF。 我将测试 是否会使不稳定平静下来。 遗憾的是、这可能对我的应用不实用、但我将在开发板上进行测试。电子表格为我提供了替代补偿值、我尚未尝试。  我会回来报告。

    我注意到、在速度表上、高于839KHz 是"频移保护"的最大值、我不确定这是什么? 将计时电阻 器从100K 增加到120K 不会提高性能。 这似乎不是因为我们超过了800kHz。

    此致 Jon

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    感谢您提供这些信息、是的、我强烈建议将输出电容增大到一个数量级。

    由于原理图设计中有4个输出电容器、也许您可以将2.2uF 的其中一个或两个更改为22uF、然后重新测试。

    在较高开关频率和输入电压下出现过载情况时、该器件具有频率折返功能。

    如果您的应用需要动态更改输出、则输出电容器应设计为最低输出电压、因为该电压轨需要更多电容器才能保持稳定。  

    请在增大输出电容后、继续更新测试。

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    你好、Jimmy、

    我们成功获得了 TPS54560B 器件的一些样片、并且我测试 了一些样片。 这些部件对我们来说没有任何问题、这并不是完全意外的、因为问题似乎只出现在特定的一批芯片上。 很高兴新的零件能够正常工作、因为细微的制造变化可能会破坏我们的应用。

    对我们来说、大幅增加电容是不切实际的、因为我们对电源电压进行了动态更改、因此低电容是我们设计的一项功能。 我认为增大电容可能会解决评估板上的问题、但由于测试新器件、我没有时间这么做。 现在我已开始讨论其他问题,我们即将在圣诞节举行。 如果我有任何后续行动、我会告诉您

    但斯克  

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    感谢您的更新和信息。  

    对于较新的设计、我建议使用 TPS54560B 版本并增加输出电容、以实现更稳健的设计。

    我现在将关闭此主题、如果您还有任何其他问题、请回复此主题、并重新打开以进行进一步讨论。

    感谢您使用 E2E 论坛和节日快乐。