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[参考译文] LM5116EVAL:在特定负载电平下缺少栅极脉冲

Guru**** 2502205 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5116EVAL, LM5116

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/828894/lm5116eval-gate-pulses-are-missing-at-certain-load-levels

器件型号:LM5116EVAL
主题中讨论的其他器件: LM5116

您好!

我们在48V 至28V (最大2A) SMPS 设计中使用 LM5116。  在特定负载条件下(~150-300mA)、电路似乎变得不稳定、并且通常会导致低侧 FET 发生故障。  我们怀疑我们的布局可能是问题的根源、但我们能够使用 LM5116EVAL 板重现此问题。   有什么想法会导致这种情况发生?

谢谢.... Alan

小视频链接

黄色: 电感器输入电压

绿色:下部 FET 栅极驱动

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    尊敬的 Alan:

    请发送原理图和完整的 LM5116快速入门计算器文件、以便我们查看组件选择。 我还可以查看布局。

    此致、

    Tim

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    Tim 您好-感谢您回答我的问题!

    更新了: 我能够通过将 SW 电感器降低到15uH 来解决漏极栅极脉冲问题-但不确定这为什么有用。  ckt 行为得到了很大改善、但仍然有点古怪(见下文)。   

     随附了 Schem、Webench 报告和 Quickstart。

    谢谢 Alan

    e2e.ti.com/.../LM5116_5F00_quickstart_5F00_28V_5F00_spreadsheet.xlse2e.ti.com/.../48-to-28v-Design.pdfe2e.ti.com/.../SMPS-schem_2E00_.pdf

    黄色: 电感器/开关电压

    绿色:下部 FET 栅极驱动

    VIN=44VDC、负载:2.0A

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    尊敬的 Alan:

    看起来像是环路 不稳定性。 我注意到原理图中的补偿值与快速启动不同。 您可能可以减小 R74并增大 C113值。

    此外、检查33uF/63V 电解输出电容的 ESR、因为这会产生 ESR 零点(也可能随温度的变化而显著变化、具体取决于 ESR 的行为)。 请注意、电解电容器在500kHz 时不提供太多的滤波、因此您可以将1uF/100V 陶瓷电容器更改为10uF/50V 电容器。

    此致、

    Tim

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    您好、Timothy、

    将  C113/C114、R74更改为 2.6nF、33p、24K 快速启动值。  还将 C45 1uF/100V 陶瓷电容更改为10uF/50V 电容(滤波似乎正常、请参阅下文)。  我还将输出电感器∩μ F 隔离/ Fly-Wired 连接到输入电容器上、以提供更好/更短的接地路径。  遗憾的是、任何这些变化都不会改善稳定性。  还有其他建议吗?

    谢谢 Alan

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    尊敬的 Alan:

    请发送布局以供审核。 此外、您能否发送负载瞬态响应的波形-这是一个良好的稳定性指标。

    PS:输出纹波看起来稳定。

    此致、

    Tim

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    您好、Timothy、

    瞬态响应看起来相当好(请参阅随附的)。  我在 PM 中向您发送了指向设计文件的链接。  输出纹波看起来稳定、因为它是一次性捕获。   

    感谢您的帮助-非常感谢 Alan

    负载= 0.5/1.0A

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    您好、Tim、

    是否有其他关于此问题的建议?

    谢谢 Alan

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    尊敬的 Alan:

    输出电容器的 ESR 是多少(因为这会设置 ESR 零点)?

    根据 ESR 零点、原始原理图中 COMP 和 FB 之间300pF 的 C114似乎很高、因为它在使用 R74 (36.5k)补偿电阻器进行断开时设置了15kHz 极点。 不过、我看到上面您尝试了不同的补偿值。

    另一个建议是在 IC 的 VIN 引脚处添加一个小型 RC 滤波器(例如10欧姆和47nF/100V)。

    在布局图中、请确保从分流器到控制器的电流感应线路紧密布线、远离 SW 和 LO 等噪声节点(如果需要、在 CS 线路上添加50ns RC 滤波器)。 反馈和补偿元件应靠近各自的引脚。 此外、陶瓷输入电容器应尽可能靠近 MOSFET。 有关更多详细信息、请参阅 LM5116数据表的布局部分。

    此致、

    Tim  

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    尊敬的 Alan:

    您还可以检查输入滤波器是否稳定。 要求是输入滤波器的峰值输出阻抗低于转换器的闭环输入阻抗。 因此、最坏的情况是低输入电压和满负载。

    输入电解电容器需要阻尼并提供阻尼-只需检查它们是否具有足够的 ESR (您可能必须添加串联电阻)。 有关更多详细信息、请参阅此处: 直流/直流转换器中输入滤波器稳定性问题的简单解决方案

    此致、

    Tim

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    您好、Tim、

    啊!  在尝试解决这个问题的同时、我们一直在烧毁大量的 LM5116s 和更低的 FET!

    坏消息:已尝试过您的大多数建议、但似乎没有任何改进(尚未尝试更改输入滤波器)。  我觉得改变输出电感器已经解决了这个问题、但这一判断似乎还为时过早。

    好消息(有点):我认为问题与 SMPS 何时从不连续模式转换为连续模式有关。  轻负载时、乳汁似乎稳定/正常。  随着负载增加、下 FET 上的栅极脉冲变得不稳定(某些脉冲将丢失)。  如果允许在这种情况下运行、5116和/或更低的 FET 最终将失败。 在较重的负载下、评估板上的操作变得正常、但在我们的公司设计上仍然有些不稳定(请参阅下文)。  这是 一个展示这种情况的视频(在此拍摄后不久必须更换下部 FET)。  

    接下来、我想我将尝试在下部 FET 上添加一个缓冲器。  希望上述行为能让您了解如何解决此问题。

    谢谢 Alan

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    尊敬的 Alan:

    尝试在 FPWM 模式下运行。 这通过允许负电感器电流在整个负载范围内保持恒定频率。 请参阅数据表中的 DEMB 引脚说明。

    此致、
    Tim
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    更新: 在尝试许多方法来纠正缺少的较低栅极驱动脉冲后,我尝试将 IC 从二极管仿真模式切换到完全同步模式。  这似乎解决了从 DCM 模式切换到 CM 模式时出现的栅极驱动缺失问题。  我不确定 DEMB 引脚的预期用途是什么。  您能解释一下吗?

    对于 DEMB 引脚、数据表规定: 对于启动至预偏置负载、请在 CSG 连接处将该引脚接地。  什么是"预偏置负载"?

    新问题: 现在电源似乎基本上正常工作(仍有一些 PWM 异常、请参阅上图)。  但是、当施加1.5至2A 的负载时、较低的 FET 和/或5116将发生故障。  我尝试在其 D-S 和 G-S 引脚上添加 TVS 二极管。  它是一个80V FET。  源电压为48V -可能需要更高的额定值?  仅供参考、我们在 48V 至12V 的设计中使用相同的设计、IC 和 FET、没有任何问题。  这个方面让我非常怀疑这些问题与布局有关-但我尝试了很多修改、但没有做任何改进。

    上一个问题的迟来答案: 输出电容为:Panasonic 63SXV33、33uF、63V、ESR=25mohms。

    感谢您的帮助.... Alan

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    尊敬的 Alan:

    DEMB 引脚的功能可实现低侧 FET 的二极管仿真、从而实现 DCM 运行以提高轻负载下的效率。 如果在启动前输出端存在电压、则会发生预偏置负载。 更多详细信息、请参阅数据表的第7.4.1节。

    在您的情况下、连接到控制器的 SW 和 DEMB 线路上可能会产生噪声、从而影响二极管仿真模式下的电流感应。

    通常、没有理由将栅极驱动器钳制到 FET。 控制器的正常栅极驱动振幅实际上是 VCC 电平(如果使用外部偏置轨、则为外部 VCC)、这远低于 FET 的20V 最大栅极驱动。   就 VDS 电压而言、高侧 MOSFET 导通时与开关环路的寄生电感相关的前沿尖峰。 如果尖峰低于 FET 和控制器的额定值、这是可管理的。  通过将一个陶瓷电容器(例如10-100nF)放置在非常靠近 FET 的位置、可最大限度地减小该值、从而减小开关电源环路面积。

    此致、

    Tim

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    您好、Tim、

    已将开关 FET 替换为250V (Vs 80V)器件。  现在 FET 故障要少得多。

    电路仍然非常不稳定。  似乎可以正常工作、但想弄清楚是什么导致了这种古怪的行为。  它可能与布局有关,但是

    已尝试不同的同步信号测试-没有任何改进。  已尝试板载内部5116时钟(无 SYNC)、PCB 生成的 SYNC、通过实验室发生器实现的 SYNC、各种频率、占空比、幅度。

    学习了几个小问题: 1)如果同步占空比小于49%、电路停止调节(但看起来稳定)。  2) 2)某些同步频率似乎会使电路稳定、但与负载相关。  

    尝试的东西太多了、现在就解决这个问题了。   如果出现新问题、将重新打开。

    谢谢。。。 Alan

    绿色: FET/电感器波形、蓝色:低 FET 栅极驱动、粉色:同步

    以上单次触发: