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[参考译文] UCC29002:饱和/负载阶跃问题

Guru**** 2815505 points

Other Parts Discussed in Thread: UCC29002, UCC28951, PMP8740

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/996242/ucc29002-saturation-load-step-issues

器件型号:UCC29002
主题中讨论的其他器件: UCC28951PMP8740

您好!

在前面的一个主题中、我对采用非感应和低侧配置的 UCC29002/1有疑问。 我参考这里的主题、因为原理图和信息是相关的。

https://e2e.ti.com/support/power-management/f/power-management-forum/972989/ucc29002-ucc29002-excel-calculator-tool-in-a-low-side-current-sense-with-v-sensing-only-no-r_sense/3609967?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=UCC29002#3609967

我使用三个具有独立输入源的600W PSFB 模块构建了该系统。 这三个模块的输出组合为1800W/-48V 直流总线。 每个模块使用 UCC29002/1负载共享控制器。

观察结果:

  • 饱和问题案例1:
    1. 所有三个模块均已通电。
    2. 仅激活两个 PSFB 转换器中的一个。
    3. 结果:UCC29002/1 ADJ 引脚在空载情况下仅在其中一个 UCC29002/1控制器上饱和(7mA 通过 Q2)。
  • 饱和问题案例2:
    1. 所有三个模块均已通电。
    2. 在关闭输出开关 Q1之前激活 PSFB 转换器模块。
    3. 结果:UCC29002/1 ADJ 引脚在空载情况下仅在其中一个 UCC29002/1控制器上饱和(7mA 通过 Q2)。
  • 负载共享总线(LS)问题:
    1. 三个模块中的两个模块已通电
    2. 结果:LS 总线似乎保持低电平、除非它与未上电模块断开连接。
  • 法规问题:
    1. 所有三个模块均处于激活状态。
    2. 1500W 负载。
    3. 负载在所有三个模块之间共享、误差为3%。
    4. 有时、在运行系统几分钟后、其中一个 LS 控制器将共享其他两个模块所做的一半电流。
  • 负载阶跃:
    1. 所有三个模块均处于激活状态。
    2. 最大负载可以星形为1200W、这是三个模块中两个模块的最大容量。

问题:

  • 请告知观察结果1的原因、因为观察结果是50%的时间发生、RADJ 经过精心选择并具有足够的调节裕度。
  • 请告知可能导致观察结果2的原因以及我是否应在输出开关 Q1之后连接 Radj。
  • 请就观察3提出建议。 如果出现以下情况、是否存在任何问题:
    1. 三个模块中只有一个或两个已加电>由于总线是共享的、因此非加电控制器上的 LS 引脚将看到最大8V 的电压。 当芯片未通电时、这会进入 Ls-PIN 的绝对最大额定值。 如果有问题、有什么建议?
    2. 所有模块均已通电、但三个模块中只有一个或两个 PSFB 转换器处于活动状态? 如果模块上电但 PSFB 转换器未启用、我是否需要禁用 LS 控制器? 建议?
  • 观察4:什么可能导致其中一个 LS 控制器失去调节功能?
  • 观察5可能是由于在 UCC29002-1的启动电路上启用了 LS。 我计划使用 UCC29002进行测试、但我不确定数据表中是否有一条陈述: “一旦测得的电流超过由 LS 总线电压表示的每模块平均电流水平的80%,负载共享驱动器和调节放大器就会恢复正常运行”。 这是否意味着输出电流必须达到最大负载电流的80%才能使控制器恢复正常? 如果负载是动态的(即仅25%)、该怎么办?

 谢谢

  • 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。

    您好 WB、

    看起来系统与   电流共享控制器的工作仍然不稳定。

    原理图中的参数是否与您在实际系统中使用的值相匹配?

    我再次检查您的原理图、发现您使用的是非常小的 ACSA (在您的原理图中仅为30k/10k = 3)。 放大器的输出太小。

    您可以将 R10/12更改为1k Ω、将 R8/14更改为 100k、将 C6/C9更改为47pF 或56pF。

    并查看系统是否仍然无法稳定、具体取决于您的情况4 (调节问题)

    我再次确认

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    尊敬的 David:

    新设计的增益已设置为100。 主(电流环路)在2.4KHz 交叉频率、>30dB 增益裕度和>68 度相位裕度下保持稳定。 我随附了更新后的原理图。  

    请就五个问题中的每一个提供反馈!

    Thx

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    标记为错误解决。 是否可以删除标记?  

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    您好 WB、

    不用担心标记、当您再次回答开机自检时、开机自检将再次激活。

    感谢您提供新的原理图。

    只有当我们可以确保您拥有正确的控制器设计时、我才会逐一为您的问题提供反馈。

    从原理图中、我想知道为什么 Radj 为0欧姆? 它将使控制器饱和。

    另一个建议是、您可以移除 D20以查看其是否有所改进。 我担心 二极管的泄漏电流可能会影响系统。

    我已经在您之前的帖子中添加了采用 Mathcad 版本的计算器、您也可以自己从 TI 网站下载。

    我建议您可以将所有系统参数添加到计算器中、如果您有任何与原理图不匹配的参数、我们可以进一步讨论。

    谢谢。

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    [已删除]
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    David、

    以下是最新的更新:

    -将反馈环路(也是 LS 的调节点)移至+VOUT (输出 FET 之后)有助于解决前 四个问题。 负载阶跃问题是由变压器初级中由于磁化电感而产生的瞬态引起的。 通过调整 CS 滤波器来解决。  

    不确定输出 FET (反向电流保护)为何会导致 LS 控制器失衡和不稳定。 FET 为 TPH2R608NH、L1Q、 Rdson: 2.6m Ω。 当3个模块中每个模块上的电流约为8.5A 时、LS 控制器将开始工作。 FET@8A 上的压降 约为25mV。

    #可能导致其中一个模块不平衡和不稳定性的原因是什么?

    # 我不想在开关之后移动反馈环路(+VO >+VOUT)、但我目前没有其他解决方案。 如果三个模块中的一个或两个模块可以根据负载条件关闭、您是否会看到问题?   

    #如果系统可以根据负载情况关闭三个模块中的一个或两个、 那么某些控制器没有12V 电源时的 LS 总线是否存在问题?   应该断开 LS 信号还是禁用控制器?  

    #增益设置为100。 根据上述计算、最大增益可设置为160。 将增益增加到150是否会提高精度?  

    #最后、关于  UCC29002。 数据表规定:“一旦测得的电流超过由 LS 总线电压表示的每模块平均电流水平的80%,负载共享驱动器和调节放大器就会恢复正常运行”。 这是否意味着输出电流必须达到最大负载电流的80%才能使控制器恢复正常? 如果负载是动态的(即仅25%)、该怎么办?

    谢谢

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    您好 WB、

    感谢您的快速更新。 通过将调节电压从(+VO 更改为+VOUT、对电流共享系统大有帮助。

    我猜 Rdson 等于2.6m Ω、电流感应电阻器仅为5m Ω、Rdson 占电流感应的40%、过大。 每个模块中具有不同 MOSFET 的 Rdson 不匹配、这可能会导致电流共享系统振荡。

    如果我们可以将 Rdson 降低到电流感应电阻器的5%以下、我希望通过连接 Vo+也可以。

    您可以增加增益、这应该有助于提高精度、您还可以通过降低 EA 引脚上的 RC 来增加电流环路带宽、从而帮助提高精度。

    一旦模块关闭、UCC29002的电源就会被禁用、系统肯定会稳定。

    80%是平均电流而非最大负载电流。 它在启动时激活、有助于快速使系统具有更好的电流共享性能、并可能导致更高的输出电压过冲。

    在动态条件下、它已被禁用。

    您还可以选择已禁用此功能的 UCC29002-1。

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    您好!

    感谢您的反馈。

    在不增加设计成本的情况下、将 Rdson 降低到0.25m Ω 是不可行的。 唯一的解决方案是将感应电阻器移至高侧、并通过感应电阻器和 FET 连接控制器、或将 FET RDSon 用作感应电阻器、但这是一项主要的设计更改、而不是提及高侧电流感应的其他问题 电压范围。 我将把连接移动到+VOUT。 我只需确保在芯片未加电时、UCC28951 EA 引脚上的高阻抗2.5V 不会成为问题。 您是否可以确认此问题、或者我是否需要启动其他帖子以进行确认?

    '一旦模块关闭、UCC29002的电源就会被禁用、系统肯定会稳定。'

    如果模块已通电但  UCC28951 已禁用(理想模式)、该怎么办? 因为我可以在所有模块上使用输入电源、只有一个模块驱动负载。 在这种情况下、我是否需要禁用 LS 控制器?  

    最后一个问题:什么可能导致负载共享 在室温下保持稳定、并且其中一个模块在50°C 下开始下降(不共享)?  此设计中的所有 R/C 组件都具有1%的容差、包括电流感应电阻器。  

    Thx  

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    您好 WB:

    在 EA-上添加2.5V 并不是 UCC28951上没有 VCC 的问题。

    无需禁用 LS 控制器、因为您已经禁用 UCC28951、而不禁用 UCC28951的模块是主模块。 在这种情况下、禁用 UCC28951的其他模块将不会打开。 对于系统设置、这是正常使用的。

    在一个固定模块上重现这种现象是否容易 、或者共享什么都不是随机的?

    通常、电流感应电阻器使用温度升高时的1-2ppm 电平。 您能否确认不稳定的问题是否来自电流感应电阻器?

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    尊敬的 David:

    在输出电压最低的3个模块中、会发生压降或电流共享减少的现象。 例如:48.12V、48.35V、48.22V。 在首次运行时、所有三个模块将共享1500W (每个为500W)、误差为2%。 一旦环境温度上升至50C、当其他两个模块满载且 LS 控制器饱和时、如果另两个模块能够处理负载或共享负载的一部分、则第一个模块将不共享任何内容。  

    我怀疑 Adj 引脚上的 BJT 晶体管、因为它具有与温度相关的非线性特性。

    我发现的另一个观察结果是、当我将增益增加到150而不是100时、系统对任何温度变化变得更加敏感、LS 控制器的稳定性也降低了。 当然、当我更改增益时、我再次进行了所有计算并调整了补偿网络。

    我有两个 并联的感应电阻器 CRA2512-FZ-R010ELF。 它们具有1%的容差和75ppm/C 不确定它们是否是50C 以下不稳定的原因。  

    顺便说一下、如果有办法在 LS 控制器处于活动状态时对其进行环路分析?

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    您好 WB、

    电流感应电阻器的错误。 应小于100ppm/c。

    您能否更改为其他 BJT 来验证您的分析?

    如果这是一个电流共享环路问题、我建议您通过增大 ea 上的 RC 来降低带宽、让电流共享缓慢地查看 是否有50度的改进。

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    尊敬的 David:

    #增加增益使系统更加敏感、无法进行调节、并且当总负载达到约70%时、EAO 会饱和。

    # LS 总线 非常敏感。 当我尝试使用 DMM 测量  引脚7上的电压时、芯片似乎出现故障。     

    *** 在执行以下操作后,我能够使系统达到稳定点,并实现1%的 LS 调节:

    1)将增益减小到50 (R59/R67=15K、R61/R63=300 Ω、C52/C54=1.2nF)。

    2) 2)将 R64更改为1K 欧姆(对于稳定系统非常重要)。

    3) 3)在上述两次更改后、我还能够将反馈点移回+VO 而不是+VOUT。

    以下是我对这个问题的看法和理解的摘要:

    a)无感应功能的低侧电流感应、48V 电压不是 UCC29002/1的典型应用。 再加上 PSFB PS 拓扑中的电噪声和磁噪声。  

    B)  在低侧使用电流感应电阻器时、LS 总线的接地参考环路不会与信号强耦合。 LS 控制器以-VO 为基准、这不是所有 PS 模块之间的公共接地。 常见的是-VOUT、它位于感应电阻器后面 、感应电阻器上的压降为65mV! 从一个控制器到另一个控制器以菊花链形式连接的 LS 信号对任何类型的噪声都非常敏感、即使您在相当大的区域中进行信号布线时、也要考虑最佳布局。  我可以在 LS 总线上看到~100mV 的正常分布噪声。 噪声随负载的增加而增加。

    c)增加增益将提高系统精度、因为您将具有更宽的动态范围、但也会提高系统对噪声和负载瞬态的敏感度。 我发现、一旦 UCC29002/1饱和、除非负载降低到单个控制器的限值、否则很难恢复 LS 调节。

    d)由于 BJT 晶体管 IC 电流 与温度相关、因此 ADj 引脚上的电压限制器晶体管和电压反向二极管使系统对温度变化敏感。 此处的建议是使用 Vgs (th)< 2V 的 MOSFET。  将48V 限制为12将会在晶体管上散发一些热量(最大值~200mW)。 反向电压二极管对于阻止12V-VCE 对输出进行反馈非常重要。     

    e) 添加与 LS 引脚串联的1Kohm 电阻有助于抑制一些噪声、并降低基准接地失配的影响。 该值是通过实验确定的。 较大的值将导致 LS 不工作。 较低的值将起作用、但 LS 误差可能为5~8%。 您需要找到可让所有 LS 控制器满意的最佳电阻值。 此外、该电阻器还显著降低了 LS 引脚上的噪声和触控灵敏度。  

    请告诉我您对每一点的看法。 了解使用 UCC29002/1的产品 属于功能安全型应用时的行为非常重要...

    我希望这篇文章能帮助其他工程师诊断 LS 控制器的类似应用。

    我将在您的反馈后关闭此功能/。  

    谢谢

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    大家好、WB、

    David 不在办公室。 他将在本周晚些时候回来回答您的最后一组问题。

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    David、

    我正在查看 去年从科林那里收到的反馈。 请检查以绿色突出显示的注释。 在我的当前设计中、UCC28951以0V (在 R_CS 之前)为基准。 此外、反馈底部电阻器(R_Bot)在 R_CS 之前进行连接。

    我不确定 科林的绿色笔记是什么意思!

    a)他是否意味着在  R_CS 之后仅连接 R_Bot?

    b)或所有 UCC28951 接地点都应以 VO-(在 R_CS 之后)为基准?   这是不可能的、因为所有 PWM 信号都以最大负 点(0V)为基准。

    这正是我一直在寻找的!  

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    您好 WB、

    感谢您对此帖子的详细摘要。 它对很有用

    我可以在您的原理图上再提出一个问题吗?  我看到您的原理图将 UCC29002 GND 引脚连接到-VO 点、即系统端子点。 根据 Colin 的建议、应将 UCC29002 GND 连接到系统中的0V (电流感应电阻器的左侧)。 这是因为、如果 UCC29002 GND 未连接到负电压最高的点、UCC29002中的 AMP 将受到通过电流感应电阻器的电压的影响。

    我仍然不知道为什么我们在 LS 线路上有一个1k 的推荐电阻器。

    我对 科林强调的绿色的理解是、他建议将 UCC28951接地和反馈底部电阻器同时连接到 VO-。  目的是降低电流感应电阻器上压降的影响。

  • 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。

    我的原理图上的 David /-VO 和-VOUT 分别是0V 和 Colin 原理图上的 VO。 因此、UCC29002 GND 确实连接到最负点(-VO/ Rsense 之前)。 绿色文本由于明确的原因而不实用。 我正在跳过、以了解您 对摘要中列出的每一点的看法。

    我认为 UCC29002从未在类似的配置和应用中进行过测试或评估。 在低电压直流/直流转换器而不是高电压谐振转换器的情况下、该芯片可以达到这一目的。 以 PMP8740为例; UCC29002 被放置在设计布局上、但出于某种原因从原理图中清除了(不能正常 工作)。

    请随时关闭此帖子。

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    您好 WB、

    我不知道 PMP8740的历史、因此我不知道为什么布局中有 ucc29002、但原理图中没有。

     我还支持高压  输出(48V)的另一种情况、但仍在调试中。 从我们可以从 TI 网站获取的数据表和应用手册中、没有证据表明控制器不支持这种应用。 我将向您更新、因为您已经将我添加到论坛中作为朋友。

    感谢您共享调试。 我认为这对其他工程师应该有所帮助。