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[参考译文] LM5141:过冲会导致器件损坏

Guru**** 665180 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5141, TIDEP-01002, TIDEP-01022, CSD18563Q5A
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/1029248/lm5141-overshoot-causes-the-device-damaged

器件型号:LM5141
主题中讨论的其他器件: TIDEP-01002TIDEP-01022CSD18563Q5A

我使用 LM5141作为第一级稳压     器来输出 VSYS_3V3、使用 TPS61088RHL 作为第二级升压来输出 VSYS_5V0、并参阅 TIDEP-01002和 TIDEP-01022。

TIDEP-01002原理图 TIDEP-01022原理图 

e2e.ti.com/.../LM5141.pdf

 当电源处于快速关断/导通等特殊条件时、VSYS_3V3上会发生过冲。  

没有发生与 VSYS_3V3上的过冲相关的直接问题、但它使 VSYS_5V0也具有相同的过冲、 SYS_5V0上的过冲可能高达8V。

因此、SYS_5V0供电的器件上发生了问题、这将导致 CAN PHY 损坏、因为 CAN PHY‘s VCC 由 SYS_5V0供电、并且由于 VCCX 连接到 SYS_5V0、也使 LM5141损坏。

为了避免器 件再次损坏、我们在 VSYS_5V0上放置了一个5.1V 齐纳二极管来保护器件、但这只是一个"补丁"、不是解决问题的好方法。  

如果有人能帮助分析问题并帮助我使 VSYS_3V3在电源快速关闭时具有更好的性能、

谢谢

此致

 Yantao

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    Yantao 您好、

    这里的主要问题是 MOSFET 栅极阈值和米勒平坦区电压过高。 对于5V 栅极驱动、米勒平坦区应为2-3V、但对于所选 FET、更像是4.5V:

    您应该选择 Rdson 额定电压为 Vgs = 4.5V ("L"通常在 Infineon 的器件型号中)的逻辑电平 FET。 CSD18563Q5A 或类似的60V NexFET 也可在此处工作。

    就 Vout 过冲而言、请检查 COMP 电压是否饱和且需要一些时间恢复低电平(例如在压降下运行时)。 如果 COMP 电压摆幅低到限制占空比所需的时间过长、请增大 Rcomp 并减小 Ccomp 值。 此外、更高的 Cout 对于该440kHz 设计也很有用-尝试100uF/6.3V、而不是22uF/25V。 使用快速入门计算器辅助组件部分、并输入陶瓷电容随电压降额的值。

    以下是有关此设计的一些进一步评论:

    10nF 电阻器电容看起来很低。

    低侧下拉栅极电阻器应为0欧姆(当 SW 摆动到高电平时、使低侧栅极保持低电平)。

    无需低侧 FET 反向并联二极管-在短死区时间内不会导通。

    确保 Vin > VSYS_5V。

    此致、

    Tim

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    你好、Tim

    感谢您的回复

    我们今天做了一些尝试,但没有任何改进。

    1.将 VIN 电容器增加 至470uF

    2.将输出电容器增加到180uF

    3.将 SS 电容更改为470nF 以获得更长的软启动时间。

    4.将 RES CAP 更改为220nF  

    5 将低侧栅极驱动器电阻更改为0欧姆、并移除反向并联二极管

    6.将 Rcomp 降低至1K  

    我认为信息"确保 Vin > VSYS_5V。" 对于我们来说很有用、  如下面的波形、当过冲脉冲发生时、这是 Vout 保持且 VIN 降至5V 以下(大约3V)然后快速上升之后的时间。  

    我认为这意味着芯片没有电源,但输出仍然打开,然后快速启动,从而产生高电压。

    是否有任何关于此问题以及如何解决此问题的建议和说明?

    另一个尝试是在 VSYS_3V3上放置一个齐纳二极管、我没有3.3V、因此我在其中放置一个5.1V 齐纳二极管、只是检查它将发生什么。

    脉冲被钳位在大约5.1V。  因此、如果我将3.3V 齐纳二极管作为硬件"贴片"放置在其上、尽管这不是一个好的解决方案、但它可以加以改进。  

    谢谢

    此致

    Yantao

     

     

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    Yantao 您好、

    您可以测量 comp、以查看在压降下运行时它是否饱和。 恢复到0V 的时间是过冲的持续时间--这是由高 Rcomo、低 Ccomp 最大程度地减少的。 使用快速入门计算器查找使环路交叉尽可能高的最佳值、例如、对于此440kHz 设计、为80kHz。 只需确保正确输入输出电容器(施加电压时、请降额陶瓷电容器)。 Rcomp*Ccomp 时间常量应为~25us。

    此致、

    Tim

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    谢谢 Tim

    今天我做了一些分析、很高兴得到改进。

    1.将 DEMB 固定为2.5V (因为我们的电路板默认被下拉、所以我将 R3648组装到电路板上)

    2.增加 Rcomp (15k Ω)+减少 Ccomp (2.2nF)+减少 CCP (__LW_AT__电容 与 Rcomp 和 Ccomp)并联或取消配置。

    3.添加陶瓷47uF×2作为输出电容器,总共22uF×3+47uF×2。(这次我使用陶瓷电容器而不是电容器)

    您  的第一次答复中提到了2和3。

    1可以降低过冲的误差率,2可以降低过冲振幅,但 在过冲后会出现振荡。 (波形见下方)

    1+2+3似乎可以解决该问题、但需要更多测试以确保它真正起作用。 我将使用相同的修改检查更多设置。  

    下面随附了波特图仿真、您能不能帮助我检查一下。


    谢谢  

    此致

    Yantao。  

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    Yantao 您好、

    交叉频率在109kHz 时太高、相位裕度太低、因此会出现振铃响应。

    交叉的目标80kHz (绝对最大值为20% Fsw)。 此外、检查 Cout 是否因电压(陶瓷电容器)降额。

    此致、

    Tim

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    你好、Tim

    感谢您的建议。

    我想我们得到了最终的解决方案(这次3号是变化点)。  

    1. 将 DEMB 固定为2.5V

    2.增加 Rcomp (15k Ω)+减少 Ccomp (2.2nF)+移除 与  Rcomp 和 Ccomp)并联的 CCP (__LW_AT__电容

    3.将输出电容器更改为47uF×5.

     

    这些参数解决了该问题、并在81KHz 下获得良好的环路特性(交叉和51°)相位裕度

    感谢你的所有帮助。

    此致

    Yantao  

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    谢谢、Yantao。