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[参考译文] TPS56121:冷启动故障

Guru**** 1131980 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS56221, TPS56121
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/1047623/tps56121-cold-start-up-failure

器件型号:TPS56121
主题中讨论的其他器件:TPS56221

尊敬的 TI 团队:

与类似的情况一样、我们将产品关断时间保持在1小时以上(我们称之为冷启动)、我们使用 TPS56121DQPR 从12V 输入生成3.3V 电压、当我们使用6.8nF 作为软启动电容器、使用1.21K 作为 RILIM (限流电阻器)时会出现问题、 我们观察到3.3V 未生成、DMM 中显示的是1V。 我们尝试了不同的软启动电容值和限流电阻器、如1。) 33nF 和1.21K。  2) 33nF 和2.21K。 3)  6.8nF、无限流电阻器。  4)  无软启动电容器、1.21K 为限流电阻器。 对于以上4种组合、我们未发现冷启动的任何问题、但为什么6.8nF 和1.12K 组合在冷启动中出现故障。 在我们的设计中、该3.3V 电压轨将连接到许多器件、因此稳压器输出端总电容的累积值约为1700uF。  我们在下图中的设计:

及早作出反应将是非常令人赞赏的。

谢谢

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    原理图: 短软启动时间、电流限制阈值和大 Cout 相结合、从而在启动期间触发 OC。

    如果触发3个 OC 事件、器件将自动执行间断并重新启动。  

    情况1  值较大的 CSS 延长了软启动时间、从而降低了启动期间的峰值电感器电流。   OC 未跳闸。  

    情况2  与情况1相同、  较大的值 Rtrip 会增加 OC 跳闸点、并且器件在启动期间不会触发 OC。   

            

    案例3  无 Rtrip、如果启动期间的跳闸电压为300mV、则禁用 OC。    启动期间不触发 OC。  

    情况4.  无 CSS、且 RTrip 为1.12k。   不清楚为什么这不会触发 OC。   启动期间有一个校准周期、并且在情况4与原理图情况下、锁存的 OC 阈值可能有所不同。       在启动期间、针对案例4和原理图案例探测 SS/ENA 和 ILIM。  

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    尊敬的 David:

    我忘记了我们观察问题时的温度、即-40°C、我们在此温度下保持产品关闭。

    谢谢、

    Girish

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    尊敬的 David:

    感谢您的回复!

    根据原理图、未安装软启动电容器和 Rtrip。 那么、在这种特殊情况下、OC 事件可能不会触发、但软启动的行为会怎样呢? 就像我为下面显示的原理图情况(无 CSS 和无 RTrip)获取波形一样:

       

    根据情况4、我获取了波形、如下所示:

    请注意:我想在 CSS 上安装33nF、没有 RTrip、没有 RTrip 意味着不会发生 OC 事件、对吗?

    谢谢、

    Girish Singh

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    应安装33nF CSS 以最大限度地减小浪涌电流、并安装 RTrip 以设置过流阈值。

    将 CSS 和 RTRIP 设置为在启动期间不触发 OC 或使输入电压降至 UVLO 以下

     

     

    图5和6 (无 CSS 且 Rtrip=1.12k)

    图5显示了器件上电、图6显示了 OC 上电和跳闸(4个重启周期)。

    请参阅数据表的7.3.5、了解过流后的软启动周期。

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    大家好、David、感谢 Revert、图片1怎么样、它还可以吗? 因为使能发生了一些事情、因为它看起来不是很好。

    第二件事、在图6中、您知道发生 OC 触发的次数和重新启动的次数是多少?

    我在 TI 网络工作台中对设计进行了仿真、使补偿电路与原理图中的补偿电路保持相同、输出电容为2mF、但显示的结果相位裕度太低 、大约为-13.61度、该参数是否会对系统造成危险? 或者会产生什么后果?

    BTW 在另一种情况下、我将补偿电路组件值保持在45度以上(在我的情况下为56度)的相补角管理方式中

    选择33nF 的软启动电容器和 RTrip 作为2K (设置最大 OC 阈值20A)是否可以与之配合使用?

    请建议您在我需要结束此活动时、根据此活动、我必须向我们的生产工厂推荐设计变更。

    谢谢

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    图1显示了上电和关断以及再次启动。

    COMP 波形1:  校准以确定开关频率

    COMP 波形2:  COMP 引脚在开关前放电。

    COMP 波形3:  COMP 上升、因此器件会切换、器件会关断

    (我怀疑 VIN UVLO 存在大浪涌电流、输入电压会下降)

    设备重复校准。

    COMP 波形4:COMP 引脚在器件再次切换之前放电。

    在第二次启动时、浪涌电流和器件都较低  

    添加 CSS 和 RTrip 应该可以缓解问题

    图6.   

    器件启动并触发 OC、而4 ss 周期是 OC 触发的一个特性。  第5次、器件尝试重新启动。

    由于该器件没有负载电流、输出电压保持预偏置状态、最终输出达到稳定。  

    此外、您还应在启动期间使用负载进行测试。   CSS 和 RTrip 将得到缓解。  

    必须实现稳定的设计、否则会产生不良的瞬态响应、并且会产生不一致的纹波电压。

    选择33nF 的软启动电容器和 RTrip 作为2K (设置最大 OC 阈值20A)、是否可以与之配合使用?

    是的、 功率级的设计是25A。  请参阅 TPS56221

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    在负载条件下捕获的"图像6"波形、您如何说器件没有负载电流?上述波形是在负载条件下和启动条件下捕获的。

    我想清楚地了解一下我对以下突出显示部分的给定图片的疑问、这一特定部分的实际情况是什么?

    提前感谢

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    你好,Girish

    David 正在研究这一问题、并将很快向您提供反馈。

    BR

    Ruby

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    圈出的波形是器件开关、用于使输出达到稳压水平。  在启动期间、低侧 FET 不会在 tps56121上灌入电流。  

    输出只能通过负载电流放电。  

    在两个圈的开关间隔期间、输出电压不会下降太多。   负载电流接近于空载、而不是满负载。  

    一旦器件达到稳压水平、器件就可以灌入电流、从而实现持续开关。  

     由于之前的启动问题与电流限制、软启动和大 Cout 有关、因此在启动期间使用最大预期电流测试选定的软启动时间和跳闸以确保没有问题。   

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    尊敬的 David:

    在 设计审查期间、我发现输出电感器值不适合 TI 网络工作台和数据表、对于15A 输出负载设计、我们必须将电感器值保持在1.5uH 左右。 有一个问题、如果我们在 10A 负载电流和2mF 总 Cout 条件下使用0.46uH 的输出电感器、会出现什么问题? 噪声输出。

    还有三件事:

    2. 当我尝试在工作台的 BOOT 引脚上更改电阻值时、不允许我将值更改为5.1欧姆、但根据数据表、5.1欧姆可以连接到 BOOT 引脚。

    3. 当我尝试使用 TI webench 在"图像1"下方给出的参数选择中进行设计时、它会显示结果、如下面所附的"图像2"中所示

    图1:

    图2:

    为什么在 Web-Bench 中会发生这种情况?

    4. 根据10A 设计的网页工作台和数据表、最小输出电感值应为1.69uH、我使用了2.2uH (线圈架- XAL7070-222ME)、该电感值输出未正确调节、显示为1.2V。 "图3"中显示的波形

    图3:

    但是、当我使用0.47uH 的输出电感器值(Vishay - IHLP25CZERR47M01)时、输出被适当调节至3.3V

    这是因为高浪涌电流造成的吗?

     

    5.3.3V  噪声如"图像4"所示、我正在使用原理图"图像5"中给出的组件:

    图4:

    为什么突出显示区域中存在噪声?

    图5:

    很抱歉打扰您,提前感谢。

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    1.建议在1.5uH 时使用0.46uH:  纹波电流更大、控制环路的交叉频率更高、 并将影响闭合环路所需的补偿组件。   

    通常、电感器的大小应具有20%至40%的纹波电流(IO 的20%至40%)。

    使用0.46uH 时、峰值电感器电流更高。  

    3.  访问 TPS56121产品文件夹 链接  并启动 webench 设计。   

    4. 使用电流探头测量电感器电流。  看起来电流限制是跳变的。

    此图像与上面的图像6类似。  

    5. 使用示波器带宽限制和/或使用 Tip & Barrel 测量技术 链接。    

    示波器探针上的接地引线可以从 器件或其他器件开关中拾取噪声。   

    启动速度非常快、如果使用22nF CSS、软启动时间应该更长。  

    您是否有可以共享的 PCB 布局?  

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    关于我在上一篇文章中的图像3、输出电感为2.2uH、软启动电容为6.8nF 时未稳压到3.3V、但当我将软启动电容更改为22nF 时、输出电压正确稳压到3.3V、但在 Vout 斜坡中看到一些不规则情况、 如"图像1A"和"图像2A"所示 、但当我将软启动电容更改为33nF 时、这种不规则性会变得单调、如" 图像3a"所示。

    黄色波形为 Vin = 12V

    绿色波形为 Vout = 3.3V

    图1a:

      

    图2a:

    图3a:

    为什么会发生这种情况?

    我想、在我的故障情况下、当我冷启动 DUT 时、输出电容器完全为空、并且由于这种大电流、它们会产生非常大的浪涌电流、因此可能会出现如下"图4a"所示的情况

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    图1a 和2a 显示了~0.5ms 的软启动时间。    22nF CSS 应提供1.3ms 的更长软启动时间。   

    浪涌电流非常高、会导致输入电压下降。   当输入电压过低时、输入电压下降、器件停止开关。  当器件停止开关且输入电压升高且器件再次开始开关时、输入电流降至零。  重复该序列。   由于输出电容器仍保持充电状态、因此器件最终达到稳压状态。  

     此外、 当转换器开始开关时、输入电压源尚未达到12V 的稳态。   器件上的 UVLO 大约为4.3V、输出电压为3.3V。    在5V 与12V 等较低输入电压下、浪涌电流更大。  

     3A 图像显示了~2ms 的软启动时间。   当输入电压介于5V 和6V 之间时、输入电压波形上会出现一些瞬变。   

    此时的负载电流是多少。   另一个实验是保持转换器的启动、直到输入电压稳定在12V。  

    在4a 图像中、如果 Cout 为零伏且快速导通、则如果输入电压降至4.3V 以下、器件将停止开关。 OC 导致4A 下电流关闭。  

    输入电压降导致2A 问题。  

    另一个实验是保持转换器的启动、直到输入电压稳定在12V。   浪涌电流将更低。  

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    这种说法意味着什么?

    '另一个实验是保持转换器的启动、直到输入电压稳定在12V 为止'

    我是否需要增加软启动时间?  

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    我回顾过的许多设计、在输入电压达到最终状态后启用转换器、以避免启动问题。  

    我认为、在输入电压达到12V 稳态之前保持转换器关闭将最大程度地减少启动问题。  

    图3a 中的输出波形对我而言看起来很好。    

    如果您对输入电压瞬态有顾虑、 添加2x22uF 的输入大容量电容并不多。    数据表中的设计示例使用4x22uF + 100uF 电容器。