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[参考译文] LM3150:间歇性电压略高。 FB 节点反映了这一点。

Guru**** 2530730 points
Other Parts Discussed in Thread: LM3150

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/1004934/lm3150-voltage-intermittently-slightly-high-fb-node-reflects-this

器件型号:LM3150

条件:

输入电压:7.5-15V

Vo = 3.738V (我不知道为什么?)

IO = 3.25A

问题是、我们一直看到使用此电源的电路板有一小部分出现在输出上、显示的电压为~3.9V、有些高达4V。 反馈节点为我提供大约.63V 的 RMS 电压。  

我购买了一个 EVAL 板、并从超出范围的板上安装了 IC、它工作正常、因此我可以得出结论、这是我们的设计。  

即使反馈分压器的容差被认为 Vo 的范围应为 3.675V - 3.801V。

我检查了 SW 节点和电压纹波、它看起来工作正常。 (插入了示波器快照)。 我可能会提到波纹看起来很糟糕、但这是我第一次使用滞环控制开关、我不太熟悉波形的预期结果。  

首先是 VRIPPLE 和 SW、然后我读出1481、这会引入噪声、因此第二个是仅 VRIPPLE。  

我怀疑前馈电容器在读取1481后与此相关。 我认为我们可能太高了、因为我从数据表和应用手册中的计算结果都为我提供了明显较低的 CFF 值:

数据表:  

使用我们设计中的值、我得到 ZFB =(52.3k 欧姆* 10k 欧姆)/(52.3k 欧姆+ 10k 欧姆)= 8.39k 欧姆

CFF = 3.738V/(7.5V*542kHz*8.39千欧)= 109pF

1481:  

使用此示例以及我们的值、我得到的截止频率= 542kHz/10 = 54.2kHz

CFF = 1/2 π* 54.2kHz* 52.3k 欧姆= 56.15pF

我发现、当我移除前馈电容时、开关看起来工作正常、我得到3.725V、FB 为.605V RMS。  

对此有何解释? 我认为、就 p-p 而言、纹波是很好的 前馈电容器为什么会实际引入问题、为什么它只能在某些电路板上而不是在其他电路板上。   

请帮助我理解。  

谢谢、  

-Patrick

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    尊敬的 Patrick:

    我已经检查了您的原理图两倍、是的、如果输入电压为12V 至3.6VOUT 且 RON 为56.2kΩ Ω、则 Fsw 应为545kHz。

    不过、观察您的波形、实际的 SW 开关频率更接近1MHz、而不是预期的频率。

    使用 CFF 时、开关频率是否更好? 您应根据计算结果降低至100pF。

    此外、不建议使用 C161 1uF 陶瓷电容器、该纹波方案无法处理陶瓷输出电容。

    这可能是开关频率不正确的原因。 如果需要噪声、我建议降低至0.1µF μ V。

    否则、AN-1481中提到的人工纹波生成方案最好用于陶瓷输出电容。

    希望这对您有所帮助、如果您有其他问题、请告诉我。

    -奥兰多

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    您好、奥兰多、  

    感谢您的回复。 你已遵守了我的几个疑虑。  

    首先是开关频率。 当我看到 Fsw 接近1MHz 时、我曾看到过一些东西。 但正如我之前提到 的、我对纹波模式控制方案并不熟悉、从我所读出的内容来看、使用该方案时、FSW 可能很难锁定。 但它应该在球场上。  

    第二:我认为陶瓷1uF 电容器也不应该存在。 但是、我没有设计该电路、因此我不知道设计 人员在将其添加到输出时会想到什么。 我在一个关于 LM3150的线程中读过、有人建议添加这个来减少 ESR、但陶瓷电容器不会从根本上消除它? 当前的100uF 钽电容器具有900m Ω@100kHz 的 ESR、但我设法为 fsw 提供 ESR 的工具。 最大值为476.48m Ω 由于2并联、电阻为238.24m Ω 的一半、因此我认为这应该是一个具有控制方案的健康 ESR、因此不需要陶瓷电容器。  

    我确实用100pF 电容替换了 C255、调节确实有所改善、但并未完全完成。 我注意到在未安装前馈盖的情况下具有最佳调节效果。

    测试您的理论:

    我删除了 C161、并将 C255安装到位、用于实验控制、下面是示波器快照。 虽然 在327.9kHz 频率下似乎过多地降低了 FSW、但看起来确实改善了至少看起来反馈环路更活跃的情况。 但输出没有改善、为3.99V RMS。   

    下面的示波器在 C161被移除且 C255 = 100pF 时、FSW  恢复到接近1MHz。 将输出电压降至3.9V RMS。

    下面的示波器在移除 C161和 C255的情况 下、FSW 不是很高1MHz、而是不是接近545kHz 的频率。 输出电压在3.73V RMS 下非常理想。


    开关频率之外的其他特性。 转换开关 似乎至少能够在没有安装 CFF 的情况下执行。 考虑到100uF 输出电容器具有相当大的 ESR 的钽电容器、是否确实有必要?  

    我还想指出、我们使用的是5.6uH 电感器。 计算出的值

    我得到了 ET = 5.17、并且 IO max = 3.25A、我推断 L 应为 L08 (3.3uH)或 l09 (2.2uH)。 我将尝试减小它。  

    很抱歉收到冗长的答复。  

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    Patrick、

    是、请尝试使用3.3µH。  

    该开关波形仍然不完美、这些波形是否在空载时获得?

    频率是否与负载更一致? (在监控时缓慢增加、以防不稳定)

    您具有足够的 ESR、因此您无需 CFF、如果您对性能满意、则可以将其移除。

    确保在没有 CFF 的情况下检查负载瞬态波形是否令人满意。

    希望这对您有所帮助、

    -奥兰多

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    您好、奥兰多、  

    很抱歉耽误你的回答。 我已经解决了这个问题整整一周。 昨天、我终于能够抓住电子负载、因此我用0.5A 负载抓取了一些示波器镜头。 以前的照片是轻载拍摄的。 该电源下游的任何东西。 主要是其他开关电源(3.3V、1.8V、1.2V、1.0V 和0.8V)

    我尝试降低电感。 电压纹波自然会增加、但无助于提高开关频率。  

    我应该注意到以前的示波器照片、因为这不是用短接地探头拍摄的。 我意识到这是一个错误,我昨天拍摄的所有示波器照片都是在一个很短的地面下拍摄的。

    我已经从以为我有很多坏的零件开始了。 我认为设计有缺陷、现在我是两者的组合。  

    我将包括 C161和 C255在内的所有输出滤波器部件都放置在评估板上、下面就是我得到的结果。  

    输出电压纹波:

    软件:

    FB 纹波:

    没有漏掉的开关脉冲、频率不是点到54kHz 但很接近、并且可以从转换器中获得漂亮的波形。 电压也经过良好调节、@ 3.77Vrms、这是可以接受的。  

    然后、我探测一个已知良好的电路板、下面是我得到的。 再次选择所有原始器件选择和放置。  

    输出电压纹波

    软件

    FB 纹波

    同样美丽的波形、没有漏掉的开关脉冲、合适的开关频率和正确调节的输出。  

    我还测试了高达4.5A 负载的稳压、一切看起来都很好。 这是令人欣慰的。  

    这一发现让我感到很不愉快、因为我不能忽略、当我将一个来自已知良好来源(评估板)的 IC 放置在已知不良电路板上时、我会得到不良性能。

    但是、我的最新示波器照片清楚地表明、我们的设计应该可以正常工作。 这是有道理的、因为故障百分比很小。  

    因此、现在我想我有很多坏的器件(可能在公差边缘)、如果我们的设计有缺陷、就会暴露出来。  

    请在您方便的时候告诉我您的想法。  

    -Patrick

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    尊敬的 Patrick:

    不同部件的"坏" PCB 是否始终存在问题?

    您能否分享您的布局以供审核? 如果您可以将设计放置在我们的评估板上、我怀疑它可能与布局相关、但效果更好。

    奇怪的是、它仅位于您的板的一小部分上。  

    -奥兰多

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    您好、奥兰多、  

    是的、这种情况似乎是这样的。 我已将 LM3OD 从已知的"正常"主板换用到已知的"不良"主板上、并遇到相同的问题。  

    故障百分比很小、这一问题确实很奇怪!

    我将了解我们是否对问题板进行彻底清洁、这会影响任何东西。 我相信电路板到达时已进行了超声波清洁。 但尝试它不会有伤害。  

    我还将 减少 C161 (Cout) 和 C255 (CFF)、并收集更多示波器照片。  

    我已将一些布局快照转发给 Lindsey、她说她之前曾就此问题咨询过您、因此我相信她会与您分享这些快照。  

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    Patrick、

    我对此有第二个看法、根据等式(38)、您的 ESR 似乎大于数据表中的最大限制。

    ~87mΩ CFF 的设计、我可以获得最大 ESR 为5 μ A。

    请尝试更改所选电容器以满足此要求。

     输出电容器上可能会有一些变化、这使得一些电路板能够工作、而其他电路板无法工作。

    -奥兰多

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    您好、奥兰多、  

    是的、我也考虑了这一点。

    这必须是跳过某些开关脉冲的原因。 纹波的正峰值高于过压阈值、导致器件延迟开启、直到感测到电压降至阈值以下。  

    这个电路的设计人员一直到星期三才出来、所以我没有机会问、但我想知道 这是否是他在输出中添加1uF 陶瓷的理由。 我看到一个螺纹、建议他人降低 ESR。  

     我有更多的电容器按顺序排列、它们很快就会到达。 当我能够尝试不同的电容器时、我将发布结果。  

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    Patrick、

    明白了、  

    您的布局看起来正常。 我建议在内部将迹线从 VOUT 路由到 FB 并远离 HG 迹线、但您的 FB 波形看起来不错、因此应该可以。

    让我知道新电容器是如何工作的。 您还可以尝试将"坏"电路板的电容器放置到好的电路板上、看看这实际上是否是问题所在。

    -奥兰多