This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] TPS40170:高侧 FET 导通期间输出电压过冲/监测

Guru**** 2334610 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS40170
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/626025/tps40170-overshoot-riging-on-output-voltage-during-high-side-fet-turn-on

器件型号:TPS40170

您好!

我们使用 TI Webench 设计了一款采用 TPS40170的18V 至3.3V 降压转换器、其运行状况不佳。

基于 Webench 、我们提供了原理图、如下所示。

首先、我们在启动时遇到问题、由于设计反复进入过流模式或启动时输入电压变化过大、Webench 建议的软启动电容显然太小。 因此、2.2nF 电容被33nF 电容代替、浪涌电流是可以容忍的。 数据表中没有提到 CSS 电容器的最小值/最大值、因此它有哪些良好的限制?

此外、Webench 应该具有用于设计中可能需要的额外组件(如缓冲器)的占位符。

现在讨论主要问题。

该电路在高侧 FET 导通时具有大量过冲和振铃、即使使用来自实验室 PSU 的10V 或12V 输入电压也高达3.6V。

这里是一张在大约135MHz 下具有0.6V 过冲和巨大振铃的交流耦合3.3V 输出节点的图片。

此外、SW 节点在135MHz 下表现出类似的过冲/振铃行为。  直流耦合测量如下:

由于输入端只有陶瓷电容器、输出端没有陶瓷电容器、因此我尝试在输入端放置一个68uF 聚合物电解电容器以实现大容量电容、并在输出端放置一个47uF 陶瓷电容器。 输出电解电容器是聚合物、每个都具有13m Ω ESR。 这些没有帮助。

然后、我使用推荐的方法来计算开关节点和接地之间的 RC 缓冲器组件、最后我得到的 Csnub 大约为3nF、Rsnub 大约为1.0欧姆、它确实将振铃频率减半、但仍然存在较大的峰值和振铃。

最后、我尝试在 HDRIVE 信号上放置一个1.0欧姆的串联电阻、但几乎没有任何改善。

这里是电流 HDRV 和 LDRV 波形、请注意不同的刻度。

第一个 HDRV:

然后 LDRV:

接下来、我应该尝试什么来消除过冲和振铃?

  • 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。
    FET 导通时的开关节点振铃与 PCB 布局密切相关。 振铃幅度也受 PCB 上 SW 节点探测方式的影响。 请发送您的 PCB 布局以供审核。
  • 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。

    谢谢、

    这是 PCB 布局。 这是一个10层 PCB、该区域下的8个中间层应为实心接地层。

    使用1GHz (4GSA/s)示波器和500MHz/2.2Mohm 探头并使用接地弹簧(Agilent 10073C 探头)进行测量。

    例如、在探针尖端和接地弹簧都连接在输出电容器上的情况下测量输出电压。

    我还尝试使用栅极上的串联电阻降低 HDRIVE、但添加1、2或4欧姆似乎没有太大的区别。

    绿色=大多数组件所在的顶层、红色=底层(返回反馈网络的栅极驱动和输出信号、因此反馈网络和补偿组件位于底层)。 这些图未显示接地覆铜、请参阅下面的。

    顶部铜:

    底部铜:

  • 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。
    Jani、
    您可以尝试几种方法。
    1) 1) 4.7欧姆与高侧 FET 栅极驱动器串联
    2) 2)从开关引脚到接地的缓冲器、100pF 和4.7欧姆是起始点
    3) 3) 10欧姆电阻与引导电容器串联

    此致、
    Mathew
  • 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。
    Jani 您好、

    振铃与布局密切相关。 哪一个电容器是陶瓷输入旁路电容器? 我想是 C974-C976。 这三个引脚应尽可能靠近 HS FET 的漏极和 LS FET 的源极。 关键是最大限度减小由 CIN、HS FET 和 LS FET 封闭的环路面积。

    我想、开空间填满多边形后、GND 布线将会更宽。

    最好在输出侧也有一些陶瓷电容器。
  • 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。

    谢谢 Mathew、

    1) 1)我尝试过1到10R 之间的多个值、效果很小。

    2) 2)我将尝试这些值、但我已确定使用振铃频率减半的方法、Csnub 和 Rsnub 为4nF 和1欧姆。

    3) 3)我认为10欧姆串联的自举电容器有所帮助、但它仍然会振铃。

    我相信、我看到的尖峰不仅是电压引起的、而且是磁场耦合到探头。

    我通过将探头接地弹簧连接到探头尖端来确定这一点、即使回路不会比铅笔大得多、我也会得到这些尖峰、因为探头阻抗太大。

    将同轴电缆(信号和接地)直接焊接在输出电容器上、由于环路面积较小、因此产生的尖峰较低、并且可将示波器阻抗设置为50欧姆。

    如何确定我正在探测/测量这种情况?

  • 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、YangZhang、

    是的、这三个是陶瓷输入旁路电容器。 GND 布线较宽、因为它们是填充多边形。 环路区域 CIN/HSFET/LSFET 当前确实不是最佳的。

    正如我回答 Mathew 所说的、纹波可能主要是由于到探头的磁耦合而不是输出电容器上的电压纹波、是否有任何方法可以探测输出电压、以便磁耦合不会对其产生影响?
  • 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。
    我认为使用接地弹簧或同轴电缆应该是测量 SW 节点振铃的好方法。

    -杨