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[参考译文] TLV62130EVM-505：不需要的输出电压尖峰

admin
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Other Parts Discussed in Thread: TLV62130EVM-505, TLV62130, TPS62148EVM-034, TLV62150EVM-505, TPS62148
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/964259/tlv62130evm-505-unwanted-output-voltage-spikes

器件型号：TLV62130EVM-505
主题中讨论的其他器件： TLV62130、 TPS62148EVM-034、 TLV62150EVM-505、 TPS62148

您好！

我们正在考虑在其中一个设计中使用 TLV62130、为了评估其性能、我们购买了 TLV62130EVM-505评估板。 其目的是以6.5...10V 的输入电压和3.8V@0.7A 的输出运行。 因此、我修改了评估板以获得以下预期输出电压：

  • R1更改为68.1k
  • R2更改为18.2K
  • 移除了 C6 (我们将具有较低的输出阻抗、相对"干净"的电源、因此我们的目的是不使用该电容器
  • C4组装为22uF/10V

遗憾的是、当我们在此配置下以9V 输入和0.7A 负载运行电路板时、我们会在输出端产生一些不必要的尖峰：

我能够将这些尖峰与开关节点处的一些不必要振铃相关联：

虽然我了解出现这种振铃的原因、但我发现有点难以"驯服"它。 我按照 TI 文献 SLYT465 和 SLUA851A (第3.1章 RC 缓冲器设计方法)中的指示 、在开关节点上对 RC 缓冲器进行了尺寸测量。 我面临的问题是、当尝试通过添加外部电容(Cs)来确定节点(CP)的寄生电容时、会导致振铃频率升高、副作用是增加(而非减少、如图8所示、通过查看 SLUA851A) 振铃振幅：

除此之外、我进一步完成了建议的步骤、最后得到了一个 R2=4.1R 和 Cs=220pF 的缓冲器。 这会在一定程度上"抑制"振铃、因为振铃周期的数量显著减少：

然而、尽管采用缓冲器时振铃周期数量减少、振铃振幅略低、但这实际上会导致输出端尖峰的振幅恶化：

因此、我担心、因为我们将这些测量值记录在评估板上、理论上、评估板会为我们提供"最佳情况"布局。 因此、我担心在我们的设计中集成此 SMPS 后、我们会看到更低的输出。 有什么关于我还可以尝试的东西的想法吗？

此致、

克里斯蒂安

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    尊敬的克里斯蒂安：

    您的提交正在接受审核、我将尽快提供更新。

    最棒的

    Emily

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    谢谢 Emily、期待您的参与。 同时、我又订购了2 块 TLV62130EVM-505评估板、以便我还可以进行进一步实验。

    克里斯蒂安。

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    尊敬的克里斯蒂安：

    您是否使用最小环路来测试电压？

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    你(们)好，克里斯蒂安

    这也是我想要问的。 请确保使用"尖端和套管"探头方法、同时实现信号和 GND 的最短连接、如中所述  

    直流/直流转换器的常见错误及其解决方法

    如下图所示。

    此致

    Ueli

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    您好！

    是的、我精确地使用最小的环路、图40中的"尖头和圆筒"图像中描述了这一环路。 尽管如此、我不是从输出电容器上挑选信号、而是从输出连接器本身中挑选信号、因为这是最终到达负载的结果。 今天、我将了解一下探测输出电容器是否有所改进。

    此致、

    克里斯蒂安

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    您好！

    是的、请尝试在输出连接器上进行测试、并检查是否有任何改进。

    谢谢、

    Lishuang

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    也许我用一种复杂的方式来表达事情、但是：

    • 我一直在使用"尖头和桶形"方法探测输出连接器上的输出信号；POST 中的所有波形图均来自此输出连接器
    • 在我之前的答复中、我提到我会尝试探测输出电容器。 我昨天就这样做了，结果令人惊讶。 我本来期望得到改善、但实际上情况更糟(在探测输出电容时、输出端的尖峰增加了大约10-20mV)

    到目前为止、我通过在 Rs=15R 和 Cs=470pF 的开关节点上添加 RC 缓冲器获得了最佳成功、但这主要是试验性和误差性的。 在这种情况下、输出尖峰峰峰值幅度从最初的80mV 降至约65mV。

    此致、

    克里斯蒂安

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    尊敬的克里斯蒂安：

    • 您知道使用的 FSW 跳线设置吗？ 我假设电感器(2.2uH XFL4020)和输出电容 C3 (22uF)保持原样。 您是否在 C4上添加了新的22uF/10V 电容器？
    • 我看到您已移除输入电容 C6 (68uF)。 这可能会导致额外的 SW 节点振铃、因为该电容器具有更高的 ESR 并提供一些阻尼。
    • 我相信、对于12V、1A 的情况、EVM 的测量频率为20MHz、纹波大约为10mV-20mV。 输入电压和输出电流的情况下、这会发生变化。 在20MHz 设置下、高频尖峰将被消除、您可能会看到与 EVM 类似的大约10-20mV 纹波。  
    • 您是否有机会根据输入/输出条件观察 PFM 模式运行？ 您可以检查 SW 节点以观察此情况。 PFM 中的纹波将更高。

    谢谢、
    模块

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    您好！

    • 您知道使用的 FSW 跳线设置吗？ 我假设电感器(2.2uH XFL4020)和输出电容 C3 (22uF)保持原样。 您是否在 C4上添加了新的22uF/10V 电容器？

    答案：Fsw 跳线设置为1.25Mhz。 电感器实际上是1uH (我保持不变)、因为我有-004型号的 EVM、它基于 TLV62130。 C3保持原样(22uF)。 是的、我在 C4上添加了22uF/10V 电容器

    • 我看到您已移除输入电容 C6 (68uF)。 这可能会导致额外的 SW 节点振铃、因为该电容器具有更高的 ESR 并提供一些阻尼。
    • 我相信、对于12V、1A 的情况、EVM 的测量频率为20MHz、纹波大约为10mV-20mV。 输入电压和输出电流的情况下、这会发生变化。 在20MHz 设置下、高频尖峰将被消除、您可能会看到与 EVM 类似的大约10-20mV 纹波。

    答案(对于上述两个要点)：遗憾的是、存在 C6输入电容器不会对 SW 节点振铃产生积极影响。 我已经获取了一个全新的 EVM 样片(完全无需修改)、并且我已经测量了 SW 节点和输出电压(设置为默认3.3V)。 输入电压为9V、输出负载约为600mA。 我在示波器上使用各种带宽限制设置捕获了以下三幅图：20MHz、200MHz 和1GHz。 可以看出、当使用最高带宽设置捕获图时、纹波非常明显。 当然、可以限制带宽(或仅使用带宽较低的示波器)、在这种情况下、振铃不可见或衰减程度较高、但我假设最高带宽可提供实际现有振铃的最佳图像

    • 您是否有机会根据输入/输出条件观察 PFM 模式运行？ 您可以检查 SW 节点以观察此情况。 PFM 中的纹波将更高。

    回答：您是否参考数据表中提到的省电模式运行、该运行被描述为轻负载时降低的开关频率？ 如果是这种情况、答案是否定的、开关频率仍然是1.25MHz、我已经单独测量了。

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    TI__Guru**** 2386620 points
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    感谢您分享波形。 由于示波器 BW 设置、EVM 用户指南波形可能未显示高频尖峰。 如果您想减少输出纹波上的 HF 尖峰、可以尝试在 C3或 C4顶部堆叠一个高频电容器、并使用 Tip & Barrel 方法测量其上的纹波。 HF 尖峰的来源可能来自 SW 上升/下降沿耦合到输出的相互作用、通过与电感器并联的基于 SRF 的电容器。 尖峰上的振铃频率可以在几十到几百 MHz 之间、您可以放大以了解它是什么。 之后、您可以通过查找自谐振频率为振铃频率或更高的电容来优化 HF 电容选择。 我相信 TDK 和/或 Murata 允许根据这种情况进行选择。 如果没有、您只需尝试10nF-100nF 范围内的几个选项。 希望这对您有所帮助。 我可以尝试在实验室中以及在全 BW 范围设置下检查 EVM、但这只能在1月进行。

    谢谢、  

    模块  

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    是的、今天也是我今年在办公室的最后一天、因此我也将在1月尝试一下。

    此致、

    克里斯蒂安

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    当然、让我们知道它是怎么发生的。 快乐的假期！

    谢谢、

    模块

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    圣诞假期后你好！

    我终于开始检查这个不需要的尖峰了、我确实得出了一些结论。

    在输出电容器顶部额外制动的高频电容器不会产生太大的影响。 但这可能是因为问题比我最初想象的小得多。 当我们尝试使用各种高频电容器时、我们逐渐改进了"尖端和桶形"测量方法。

    我们最初从这一点开始(甚至不是"尖头和桶形")：

    我们很快就转向了这一点(这就是该线程中大多数图的使用方法)。

    但是、我们还注意到、即使使用此探头配置、在您实际将探头固定在哪个位置也非常重要

    (完全垂直与水平且靠近 GND 平面会产生显著差异)。

    因此、我们进一步移动到这个、切断 GND 弹簧的尖端。 这导致 SMPS 的输出信号噪声显著改善。

    但是、最佳结果根本不是使用专用示波器探针、而是仅使用同轴电缆。

    它的优点是可与示波器的50Ohm 输入(而不是自动的高阻抗输入)结合使用

    使用具有衰减功能的专用无源探头时使用)。 这在 SMPS 输出信号测量方面产生了最佳结果、而结果是这样

    用于直接从输出电容器收集信号。


        


    我们检查了两个不同的 EVM (因为我对 TLV62130/62150缺少强制 PWM 模式感到有点不满意。 因此、我们进一步评估了以下两个方面：

    • TPS62148EVM-034
    • TLV62150EVM-505

    使用同轴电缆+ 50欧姆示波器输入配置、我们测量了 TLV62150EVM-505的输出尖峰最大值为32mV 峰间值、TPS62148EVM-034的输出尖峰最大值仅为24mV (请参阅下面的两幅图)、 这比初始评估好得多(当我们接近100mV 峰间值时)。 我也使用了缓冲电路来减少 SW 节点上的振铃、但这对输出电路中噪声的振幅几乎没有影响(它将噪声的幅度提高了2-3mV)。

    尽管 TPS62148的成本略高、但我们最终还是决定在设计中采用 TPS62148、主要原因是：

    • 它具有强制 PWM 模式(尽管会降低效率、但我们打算使用该模式)
    • 在输出信号上测量的开关噪声略低
    • 这是一款较新的产品

    非常感谢您在本主题上的帮助。

    测量电路：            TLV62150EVM-505

    工作条件：   VIN=10V、VOUT=3.79V、ILOAD=701mA

    对 EVM 进行的修改：

    • C4 = 22uF / 10V /X7R / 1206 (Samsung CL31B226KPHNNNE)
    • R1 = 68.1K、R2 = 18.2K
    • 在 SW 节点和 GND 之间添加了 Cs=220pF、Rs=3.5 Ω

    测量电路：             TPS62148EVM-034

    工作条件：   VIN=10V、VOUT=3.76V、ILOAD=696mA

    对 EVM 进行的修改：

    • C7 = 22uF / 10V /X7R / 1206 (Samsung CL31B226KPHNNNE)
    • R1 = 71.5K、R2 = 16K
    • 在 SW 节点和 GND 之间添加了 Cs=100pF、Rs=8 Ω