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[参考译文] LM2596:反相模式不稳定性

Guru**** 2416110 points
Other Parts Discussed in Thread: LM2596, LMR33630

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/920864/lm2596-inverting-mode-instability

器件型号:LM2596
主题中讨论的其他器件: LMR33630

我使用3个 LM2596来创建+12、-12和+5V 电源轨。  我的-12V 输出存在问题。  它的最大负载为700mA。

我发现电路板和音频输出中有明显的哨声。 它大约为5.8kHz、具有大量谐波。

开关频率应为150kHz、因此距离6kHz 应更远。 最大负载为3A、因此距离700mA 只有几英里。

由于其他元件的基本位置、我无法实现数据表中的确切布局建议、但这些元件靠近并使用粗线迹和平面。


组件值是根据数据表第14页的建议选择的、即反相设计。

在 SW 引脚上放置示波器并使用持久性模式时、可以看到波形正在调制(其他 LM2596是稳定的)。  

导致此调制的原因是什么?  为了减少这种情况、我可以根据布局或元件值进行哪些更改? 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。

    尊敬的 Paul:

    您能否尝试将-12V 输出上的电感器更改为100uH、并查看振荡是否停止?


    谢谢

    -Arief

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    您好、Arief、

    感谢您的回复!  我实际上是从100uH 电感器和68uF 电容器开始的。  这些值基于正输出电源设计的组件选择图。  只是在晚些时候、我才发现了数据表第14页上有关反相电源的部分。

    使用100uH 电感器和68uF 电容器时、振荡实际上要差得多!  以上帖子中的图片是针对这种组合的。  我刚才快速获取了33uH/220uF 组合的另一个读数、并将其添加到下面:

    那么、我应该尝试使用更小的电感器还是更大的电容器?  我对改变这些组件的利弊权衡有些不确定。  我假设有最小和最大的建议值。

    如果有任何帮助、我们将不胜感激!

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    尊敬的 Paul:


    我们是否可以尝试将-12V 输出修改为-5V 输出并遵循图18上的数据表组件?
    https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf?ts=1594248124027&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    这样、如果存在与组件选择无关的任何其他问题、我们就可以消除。  

    较小的 Cout 值可能会有所帮助、因为它会将 LC 谐振推至更高的频率。

    您是否尝试过33uH 与68uF 电容器的组合?

    谢谢

    -Arief

    谢谢

    -Arief

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    您好、Arief、

    我尝试将电容器切换为68uF、但调制量没有太大差异。 不过、谐振频率确实发生了一些变化。

    R.E.使用-5V 设计进行测试:我必须考虑产生负载的电路。  它们包含需要+/-12V 电源轨的 IC、因此需要检查-5V 电源轨是否正常。  它还使用+24V 输入电源、数据表中的图18使用4.5-20V 输入电源。  由于 PSU 和负载电路位于单独的 PCB 上、我可能能够用高功率电阻器替换负载电路。

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    尊敬的 Paul:


    您能否在器件的引脚1和3之间添加一个陶瓷电容器以最大限度地减小电流环路?

    此外、引脚4之间的布线如何感应输出电压? 这是4层板还是2层板? 我想知道感应迹线是否位于 SW 节点的正下方。  

    以下是可能导致某些噪声问题的热环路的信息

    https://www.ti.com/lit/an/slva219a/slva219a.pdf?ts=1594477351732&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    谢谢

    -Arief

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    您好、Arief、

    很抱歉耽误你的时间。 我已经用完了470nF 陶瓷电容器了!  我现在有一些、并尝试在您建议的位置添加一个。 谐振频率略有差异、但变化不大。

    关于 SW 走线和引脚4走线、实际上、正如您提到的那样、它们相互作用。  但是、电路板仅为2层、而不是4层。  以下是2条布线:

               

    那么、这种布局是否是问题呢?  我的空间非常紧张、因此无法遵循数据表指南。 此外、TO220封装必须与 PCB 的顶部边缘垂直、而不是90°(如数据表中所示)。

    但是、如果它消除了噪声、我可以进行重新设计。 我只需为它留出更多空间!

    一个问题: LM2596在反相模式下的最大额定电流是多少?  我假设它小于3A、但肯定大于我所需的700mA?

    非常感谢您的帮助!

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    尊敬的 Paul:


    基于您的24VIN 和-12VOUT、LM2596在反相模式下的最大电流约为2A、具体取决于您的占空比。 如本应用手册中所示、公式为 Iout <(1-D)* 3A。  https://www.ti.com/lit/an/snva722b/snva722b.pdf

    在反相降压/升压连接中、布局有点棘手。 您必须考虑2个环路并使其变得较小。  
    第一个环路来自输入电容器、通过内部高侧 FET 和电感器  
    第二个环路来自输出电容器、通过二极管和电感器。  

    我正在尝试实现一个小环路、如本文中所述:  https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/09/28/laying-out-an-inverting-buck-boost-converter-for-success

    除了在引脚1和3之间添加陶瓷电容器外、您还可以尝试将 Z3移至引脚2和3之间。 这是为了最大程度地减小环路并查看它是否会产生任何影响。  

    此外、我们还可以尝试在实际接地的输入路径之间添加电容器、因为由于反相降压/升压配置、C22以 VOUT 为基准。  

    它基于此应用手册。  https://www.ti.com/lit/an/snva856a/snva856a.pdf?ts=1594915721191&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    您的抖动是否随着电流的增加而变差? 另一种检查组件值的方法是、我们可以向您发送 EVM、通过将输入电源置于 VIN 和 VOUT 之间、可以将其修改为反相降压/升压配置、并且 EVM 的 GND 将成为您的新负 VOUT。 这样、您至少可以测试您的组件选择值。  

    谢谢

    -Arief

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    您好、Arief、

    感谢您提供所有信息。  我将介绍所有内容。  我怀疑有必要重新设计此电路板、并使布线布局与 EVM 电路板更相似。  我也会将 Z3和电容器移至更靠近2596的位置。

    电流的影响。 我刚刚测试了一些不同的负载。  当我减小负载时、有一个非常糟糕的振荡、我以前没有注意到过。  脉冲宽度也会变窄。  这是否提供了问题的线索?

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    尊敬的 Paul:

    中的振荡正常、这是由于电感器电流达到0A 并且电感器与二极管寄生电容发生环状。  

    我们将此振铃称为 DCM 振铃(非连续导通模式)、这是因为您处于轻负载状态。  

    我的一位同事提到、如数据表图20中所示添加二极管 D1可能有助于提高稳定性。

    这更像是一个过去的"故事"、因为该部件的所有设计人员不再与公司合作。 但可能值得尝试一下、看看它是否有用。  

    否则、您可能能够为您的设计使用较新的器件、该器件具有更好的仿真模型、以模拟 LMR33630等负降压配置。  

    谢谢

    -Arief

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    尊敬的 Paul:

    我希望通过改进的布局、您可以看到抖动有所改善。

    现在、我将关闭此主题、但如果您有任何其他问题、请随时重新打开

    谢谢

    -Arief

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    您好、Arief、

    很抱歉耽误您的回复。 我一直在使用尽可能与数据表和演示板匹配的组件布局对电路板进行完全重新设计和原型设计。  现在、我在需要的地方有大的接地平面和短迹线。  很遗憾,这并没有解决这个问题:( 事实上,它可能变得更糟了!!  我还没有在上面放一个示波器。  这正是我从聆听音频输出的观点。

    但是、当我组装新的 PCB 时、我发现了一些有趣的东西。  12V 和+12V LM2596上都有大型散热器、因为它们会变得很热。 在最终产品中、将使用铝外壳来散热。  如果我把手放在散热器上并移动它、谐振的振幅和频率会发生变化。 散热器是否可能以某种方式充当天线? 我在数据表中找不到太多信息来确认或拒绝这种情况。  或任何推荐的散热器设计。

    我下一步是尝试使用一些铝板而不是散热器、以模拟最终外壳并了解这对其的影响。

    Paul

    P.S.  这是连接到 LM2596的散热器。 请注意、虽然它们彼此非常接近、但它们是电气绝缘的。

         

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    尊敬的 Paul:

    是的、这看起来很奇怪。 由于金属凸片是 GND、因此当您触摸散热器时、您可能会添加一些电容。 散热片上的凸片是否已屏蔽?  

    如果您想在 EVM 上测试您的设计组件、我们可以向您发送 EVM。  

    谢谢

    -Arief

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    AHH -但-12V 2596上的卡舌连接到-12V、而不是 GND。  不过、+12V 2596上的卡舌已接地。  外壳将接地、-12V 2596将使用云母绝缘套件、以防止-12V 与 GND 之间发生短路。  我的问题是、接近+12V 和-12V 2596可能会导致共振问题。

    我希望在一周内就有外壳、这样我就可以测试使用外壳作为散热器与上图中所示的大型散热器之间是否存在差异。

    R.E. EVM、是的、获得一个很好的方法。  然后、我可以查看谐振振幅是否存在任何差异、以及 SMD 版本是否能够散发足够的热量。  我担心的是、我需要引线式版本、因此我可以将其连接到外壳以散热。  但如果 SMD 版本正常、我肯定会使用它。  让我知道如何获得一个。

    非常感谢
    Paul

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    尊敬的 Paul:

    很抱歉耽误你的回答。 我在办公室一直很忙。  

    您可以通过 arief.hernadi@ti.com 向我发送电子邮件、我可以向您发送一些 EVM  

    谢谢

    -Arief