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[参考译文] WEBENCH®︎工具/LM25085:输出电压调节不当且行为怪异

Guru**** 2317430 points
Other Parts Discussed in Thread: LM25085, LM5085, LM43603, LM2735
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/586808/webench-tools-lm25085-output-voltage-not-regulated-properly-and-weird-behaviours

器件型号:LM25085
主题中讨论的其他器件: LM5085LM2735

工具/软件:WEBENCHRegistered设计工具

您好!

我已经使用 Webench 设计了一个带 LM25085控制器的直流/直流稳压器、并在 PCB 上对电路进行原型设计。 该电路旨在将电压调节为1.2A 时的16.5V、但电压输出未正确调节。 输出电压约为2.16V。 该器件还具有怪异的行为、将在下文中讨论。

电路设计信息

该电路设计为在19V 至25V 输入电压下在1.2A 电流下产生16.5V 电压。 下图显示了设计结果。

该电路已使用上述原理图的精确配置安装在 PCB 上。 其输出端未插入负载。 输出电容器(Cout)是一个钽电容器、确切地说是 Webench 建议的电容器。

行为#1:电压未正确调节

第一个观察结果是、当输入电压(20V)热插入电路(连接时电源已打开)时、输出将调节至大约2.16V。 反馈引脚电压保持在0.16V 左右、远低于1.25V。 我注意到了器件所有引脚上的电压(在直流电压模式下使用万用表进行探测)。 下图显示了具有探测电压的实际原理图。

这里的奇怪之处是 FB 引脚电压保持在0.167V 左右、而不是我们预期的1.25V 左右。

如果我们观察二极管(D4)上的开关方案、我们可以观察到以下信号。

我们可以看到单个脉冲。 这个方案大约每250us 重复一次、其间没有任何内容。

行为#2:输入电压和输出电压短路后,电压调节至16.5V

一个有趣的观察结果是、如果我们暂时将 Vin 和 Vout 短接(这会使 Vout 瞬间变为20V)、则输出电压将按预期调节至16.5V。 它似乎使控制器进入正确的稳态运行。 但是、一旦对其输出施加负载、输出电压就会下降(200欧姆足以使其下降、400欧姆不会使其下降)。

本例中的开关方案类似,但我们可以观察到两个较大的脉冲而不是一个脉冲:

行为#3:增大输入电压

如果我们将输入电压从0逐渐上升到20V、我们会观察到一个看起来正常的行为。 我们观察以下阶段:

  • Vin = 0至3.9V:Vout = 0V (器件由于 UVLO 阈值而处于关断模式)
  • Vin = 3.9V 至16.5V:Vout 跟随 Vin
  • 输入电压>16.5V:输出电压保持在16.5V

因此、在空载时升高电压似乎正常。 如果我们以200欧姆的负载斜升、似乎可以正常工作、但它下降到大约0.5V 或0.6V。

其他信息

  • 在具有相同 BOM 的两个不同原型上观察到上述行为、我已仔细检查焊接以确保没有连接问题。 因此、这不太可能是芯片损坏或连接问题。
  • 我之前使用的另一个设计是 LM5085 (与 LM25085大致相同)。 我尝试更换一些器件、看看它们是否会产生影响。 我将 LM25085与 LM5085交换。 Rt 电阻器已更改(更改为100k、然后更改为28.7k)。 输出电容器更改为电解100uF 电容器、而不是钽电容器。 对于之前设计中使用的其他等效器件、二极管和晶体管也发生了变化。 这些更改都不会使输出进行正确调节。 输出电压不再是2.16V、而是没有任何有趣的值、有时会在5V 或1.7V 左右变化、具体取决于组件。

分析和准性能分析

根据这些观察结果、我觉得器件不会以某种方式进入正常调节模式、就像控制逻辑中有某种东西限制了晶体管的开关一样。 我已经尝试弄清哪些因素可能会阻止晶体管正常开关、请查看功能图和观察到的电压。

由于稳压 VCC 正常、VCC UVLO 应该正常。 我几乎不认为这可能是热关断问题。 使用的封装具有电源焊盘且未连接负载。RT 引脚电压足够高、使 IC 不处于关断模式。 ADJ 和 ISEN 引脚上的电压不应产生过流限制。 因此、我不知道会发生什么进一步的情况。

结论

到目前为止、我已经分析过这个问题、但仍然不知道它的来源。 请能不能在这个问题上得到迅速的帮助。 有什么想法可以在这里做什么和/或如何解决这个问题?

请提前对您表示感谢。

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    热插拔输入电源时出现问题并不少见。 您可能会遇到过压瞬变或其他异常情况。 由于电路在正常斜升时间内正常工作、因此原理图和 BOM 很可能是正确的。 您可以尝试捕获启动波形、在 VIN 上升沿触发、以确切了解导致热插拔问题的条件(但当然不建议使用热插拔)。
    我将此主题分配给直接支持 LM5085的另一位工程师。 他可能还有其他意见。
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    你好 John。

    谢谢你。 以下是更多详细信息。

    -缓慢上升时可以正常工作、但在连接时为(Xantrex)电源加电时不能很好地工作。 如果通过为电源加电为电路供电、则输出会停止。
    -尽管我们可以通过某种方式在其输出端获得16.5V 电压、但系统无法提供所需的功率、当施加的负载不大时、电压会降至大约2.16V (并保持在那里)(如第一个帖子中所详述)。

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    你好、John。
    您是否认为有可能获得其他工程师的联系信息?
    提前感谢。
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    我将高度重视地把这条线索转发给他。
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    你(们)好。 我感谢你。

    TL;驱动器
    Webench 应该建议更多的输入去耦。

    我之前有一个 webench 使用 LM25085设计了另一个电路(从未使用过电路板)。 电路经过巧妙调节、但在负载下、输出电压(也)崩溃。 增大输入电容显然可以解决问题:-)。

    e2e.ti.com/.../DCDC_5F00_entree_5F00_LM25085_5F00_Vout_5F00_45.pdf

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    Hughes、

    增大输入电容是否可以解决您的问题? 我收到了支持工程师的确认、他将立即查看您的问题。 请确认您的状态。
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    您好 Hugues (感谢 John Tucker 指导我发表这篇论坛文章。)

    如果您使用切换开关或香蕉插头手动热插拔、则可能会出现一些接触反弹、这可能会导致 Vcc 输入被推到接地以下并导致启动问题。 尝试添加数据表第14页的"7.3.6 VCC 稳压器"部分中讨论的二极管。 通常、任何引脚被拉至基板电压以下都会导致 IC 出现任何数量的 oddball 问题。 我怀疑在任何应用中添加该二极管都是明智的。

    如果这无法完全解决问题、那么我接下来将查看电流感应电阻器的互连以及到 Isen 和 Iadj 输入引脚的路由。 这两个信号应该是开尔文信号、连接到 Rsen 的端电容器(焊盘)、这样走线电感不会导致感测误差。

    另一件事是、在某些应用中、Webench 为 Cin 提供极低的电容值。 它根据应用所需的纹波电流选择电容、但基于非常乐观的输入电源路径视图。 如果您在具有削波引线的工作台环境中、Webench 给出的 Cin 值将会过低。 尝试将存在陶瓷 Cin 与低 ESR 铝并联。

    下一步-有关钽电容器 作为全部或部分 Cin 的注意事项。 极少的钽电容器类型 具有额定浪涌电压、可承受热插拔事件。   如果在进行热插拔的电路中用作 Cin、钽电容器可能会非常动态地发生故障。

    请告诉我们、我们是否在解决您的问题的正确道路上。

    Alan Martin

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    尊敬的 Alan:

    感谢您的回答。 我通过更多的输入电容成功提高了性能。 我重新制造了电路板、我将告知该线程是否通过正确的去耦解决了所有问题。

    此致。

    Hugues

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    尊敬的 Alan:
    我有一个问题要问:直流/直流转换器在达到热关断之前无法推送其额定电流、除不正确去耦外、常见的原因是什么?
    此致。
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    我们有许多与不正确的 PCB 布局相关的客户问题。 这是所有电源 IC 供应商都面临的常见问题。 在创建数据表时有一个折衷方案、即如果您真的想传达有关电源路径布局的信息、那么用文本对其进行描述并不是真正的最佳方法。 第二种最佳方法是展示 IC 评估板的"工厂布局"。 通常、这是 EVM 的单独文档、可能不会提供给实际 PCB 布局的人员。 另一个问题是、出厂 EVM 可能不代表客户实际希望使用器件的方式。 第三个因素。 该原理图不代表真实的原理图、其中包括器件和 PCB 寄生元件。 第四个因素是语言障碍。 如果设计工程师或 PCB 布局人员的母语不是英语、则所有书面布局指南往往都不会被阅读和遵循。 在规划阶段、我们有一些视频尝试与 终端应用的设计人员一起解决此通信问题。 PCB 布局是一个2D-3D 交互过程。  PCB 设计的简单文本描述不充分。

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    尊敬的 Alan。

    我需要你的帮助。 ^^当被连接至一个直流可变负载时、I 成功地增加了这个直流/直流转换器的输出功率量。 然而、作为 CC/CV 电池充电器、当连接到电池(其电压低于直流/直流转换器的稳压输出)时、它根本不提供任何电源。 可以通过电话与您进行讨论吗? 我很高兴随后与在座各位分享这一解决方案。 您需要知道我曾尝试过使用减少的纹波配置以及增加/减少各种电容和电感、但未成功。

    下面是原理图:

    布局如下:

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    大家好、Hugues、

    提高输出功率后、您会获得更大的成功。 但是、让我们 回顾一下这种方法。

    您要求 CVCC 功率级为电池充电、但您选择的是传统降压稳压器 IC。 大多数此 类传统 IC 都提供电流限制、但这是一种仅用于防止器件损坏和过热的安全机制。 这不是平稳过渡到运行良好的恒流工作模式。 IC 在电流限制期间的工作方式对于 IC 的设计而言是独一无二的。 一些 IC 具有断续模式、有些会跳闸并保持关闭、有些会尝试输出满电流。 我看到过其他制造商的 IC、其中5A 额定 IC 在短路条件下会输出超过12A 的电流-这是真正不安全的。 器件数据表中有时会讨论电流限制行为、很多时候描述并不能告诉您可能想要了解的所有信息。

    因此、在您的应用中有 几个因素。 您正在将恒压控制环路器  件应用于确实需要适当恒流运行的应用。 因此、要么找到 CVCC 器件、要么将其他有源和 无源器件应用到您选择的 IC、以实现 CC 运行模式。

     有一个重要的问题需要提出。 当您离开充电功率级并进入电池时、最好使用输出阻断二极管。 否则、输入源或功率级中的电路故障可能会由电池供电、并产生"负面影响"。 请记住、如果没有阻断二极管、电池电压可能会通过电感器和 MOSFET 返回并出现在输入端。 如果输入是用户连接的电缆、例如墙上适配器、则电缆上会发生短路、那么高电流会流过输入端口。

    另一个要点是、您将使用 CVCC 功率级对电池快速充电、您最好有一种方法来感应何时停止充电周期。 当电池充满电时、它开始以热量的形式耗散进入的能量、而不是通过化学方式存储能量以供以后再使用。 对电池过度充电至少会减少其充电周期数。 某些电池类型对过度充电非常危险。

    如果您不是快速充电、而是使用 CVCC 级 、然后浮动充电、则任务会更轻松。 只需确保电池制造商允许这种充电和浮动模式。

    随附了两个不同的原理图、用于将恒定电流限制添加到仅 CV 功率级。 (BTW -这种方法不 适用于传统升压级、因为它们根本没有电流限制。) 基于双晶体管的功率级的尺寸很小、但原理图中看起来很复杂。 这实际上是一个简单的 add-on.e2e.ti.com/.../LM43603_5F00_CVCC_5F00_4cell_5F00_NiMH_5F00_Charger_5F00_Sch.pdf

    e2e.ti.com/.../LM2735_5F00_Sepic_5F00_CVCC_5F00_4cell_5F00_NiMH_5F00_Charger_5F00_Sch.pdf

    希望这些帮助。 该级可应用于许多降压、反激或 Sepic 级。 它取决于 IC 选择的 CC 模式在零伏输出时的表现。

    另一个想法是、用于设置 CV 模式电压的分压器。 这应该会通过电池连接并通过输出阻断二极管。 确实应该有一个断开 FET、这样在缺少输入电源时、分压器电阻器根本不会对电池放电。 LM2735 SEPIC 方法显示了这一点。

    以上都是;TI 电池充电部分可能有一个 CVCC 器件-大多数器件都以 BQ 前缀开头。 您可以查看 TI 网站上的选择指南或在该论坛中发布申请。

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    尊敬的 Alan:

    感谢您的详细回答。 我尤其赞赏有关分压器在阻断二极管之后接线的评论。

    尽管 LM25085是专门为 CCCV 设计的。 这 这方面的应用手册链接。 尽管附加电路仅用于提供精确的电流限制。 我弄错了吗?

    为了便于您参考、我同意您在过度充电和散热方面所说的内容、仅适用于包含氧化还原换向机制的电池。 简而言之、您所说的并非总是如此。

    此致。

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    您好!

    感谢您参考该 AP 说明;我不知道该说明。 我的团队刚刚开始支持大量 TPS 前缀器件、我们仍在学习辅助用途。

    是的、分立式晶体管电路用于为没有特定应用所需电流限制行为的稳压器提供精确的可调电流限制。

    我同意蓄电池充电及其所有子扣不是我的最爱。 如今、有许多化学物质可用于保存选项卡。

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    尊敬的 Alan:

    不用担心。

     LM25085支持 CC/CV 充电、还是仅在与下图2中的蓝色电路结合使用时才支持 CC/CV 充电?

     我的理解是、蓝色电路的 CC 操作将更加精确、但它应该使用数据表的图23来工作。

    顺便说一下、我在 E2E 网站上发现了一个错误^^。 假设我要插入图像: 如果我上载图像、决定取消、然后我在本地编辑图像、并希望上载编辑过的图像版本、除非我更改第二个版本的名称、否则图像的第一个版本将添加到帖子中。