[参考译文] TPS40057：基于 TPS40057的电源在重负载时出现高压降

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器件型号：TPS40057
主题中讨论的其他器件：TPS40055、 TPS54331、 OPT8241

大家好、

我的新电路板使用 TPS40057作为主开关控制器。原理图遵循 TPS40055.pdf 中图15中的建议设计、但更改了某些器件除外：

(1) MOSFET：AOD478、150mR RDS_ON

(2) RILIM：设置为162KR

(3) RKFF：设为68KR

(4)电感器：MHCC10040-100M-R7、饱和电流大于8A。
除输入和输出电容器外、所有其他器件几乎相同、输入电压介于16V 至28V 之间、输出电压为12V。

在我们的设计中、我们需要为器件提供干净的电源、并且需要承受高达20ms 的功率损耗、以便输入电容器达到10000uF、输出电容器达到5000uF。

纹波抑制是通过在电感器后面直接添加几个10uF MLCC 来实现的。

目前的问题是：

(1)无负载时、输出约为11.92V、

(2)当负载电流约为5A 时、输出电压降至10.4V、

(3) VFB 为0.5x 而不是0.7V、

(4) VCOMP 为3.8V。

在3个模块板中，有一个在给定条件下工作正常--它在22V 输入电压下工作，在6A@12V 输出下工作很愉快！该板在空闲时仅具有3V 的 VCOMP、在轻负载时仅具有3.1V 的 VCOMP。

有人能帮助我发现问题并解决这些问题吗？非常感谢。

8 年多前

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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我们已收到您的问题。我将尝试查看我是否可以正确地路由您的问题。

谢谢
-Arief

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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您好！

您能否共享原理图？提前感谢您。

此致、

David Baba。

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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非常感谢。下面是原理图：

R123和 D35器件用于后端电流限制、但我已经测试了 TPS40057电流限制功能、因此它无用、然后将被删除。该电阻器消耗大量功率(在6A 负载下、效率将降低至60%)。

MOSFET RDON 的典型值为0.15V、因此电流限制电阻器的计算值为150K。实际上使用了162K。

在测试板中、未组装 D35；当输出电压仅达到10.4V 时、VFB 在重负载(~5A)期间约为0.6V、而当输出电压达到11.5V 时、在轻负载(~1A)期间约为0.68V。我稍后将尝试捕获多个波形。

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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谢谢。我已经发布了原理图。如果我可以采取任何措施来帮助识别问题、请给我留言。

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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您好！

我怀疑、您是否达到了电流限制？您是否曾尝试增大 RLIM 电阻器以增大电流限制设置点？电流限制可能对布局敏感。

您是否在24V 输入总线上使用了 LC 滤波器、如果是、则需要对其进行抑制？这通常通过具有相对较高 ESR 的大电容器实现。如果不是、我怀疑 Vin 和开关的布线在布局中不是最佳(未将差分路由到各自的引脚、从而导致过大的振铃和电流限制过早跳变？

您可以执行一些其他不太严格的操作来最大限度地降低电流感应中的噪声。

1.在 V Switch 和 GND 之间放置一个 RC 缓冲器，尝试使用1欧姆和470pF，并将其放置在底部 MOSFET 上。

2.在 HO (引脚13)和 MOSFET 的栅极上放置一个5 Ω 串联电阻。

您能否检查这些修改是否有所改进？

此致、

David Baba。

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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你好！

非常感谢你的帮助。

我的 PCB 确实使用共模电感器和 TVS 二极管来提供输入保护。以前的设计使用 TPS54331、但很容易烧坏。

我检查了设计、发现 SS 需要扩展-我选择了0.47uF、它在6A 负载下能够正常启动。当 SS 正常时、所选的 RKFF 和 RILIM 似乎工作正常、输出能够保持12V 电压。

四个10uF/50V MLCC 直接连接到高侧 MOSFET 的 D、并在电源平面周围连接两个4700uF 铝电容器、因此 VIN 中不会有太多纹波电压。电感器的 OUT 引脚上还有四个22uF/25V MLCC。空闲和重负载时、输出纹波分析为+-7.5mV。

瞬态响应似乎较慢(大约40us)、请参阅下图：

6A 负载下的最大压降达到1.4V、似乎是测量问题。结果表明、使用较小的反馈电阻器时响应时间较长(40us 至100us)。还有会导致振铃的相位问题。

我们还有另一个设计(与 OPT8241相关)可驱动大电流照明板、这需要高达15us 的响应时间。我们可以做些什么来帮助减少它的响应时间？我试着增加 RILIM、运气不好。我还尝试增加 SW 频率、但也不幸运(如上所示)。

谢谢。

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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您好！

我建议添加一个与顶部 FB 电阻器并联的 RC、因为您似乎没有安装这些补偿组件。建议使用4.7nF 和100欧姆。这将增加环路的带宽。通过增大环路带宽、您可以让反馈网络更快地响应、从而最大程度地减小输出压降。 4700uF 输出电容器的 ESR/ESL 是什么？这也会影响压降。

0 admin 8 年多前

TI__Guru**** 2350610 points

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您好！

正如您所说、我添加了一个 RC、现在输出看起来很好。现在、输出持续上升约100us (从 VO - 150mV 到 VO)、而不是在重负载(设计为6A)上上升和振铃、并且见证的响应时间能够达到15us。

尽管压降与之前的配置仍然相同、但振铃效应完全消除。

6A 负载下的压降约为150mV。 MLCC 的 ESR 可能非常小、我想铝电容器可能是几毫欧。峰值电压降似乎是 ESL 效应、因为我正在从插头中探测它们。

当负载电流仅为3A 时、输出非常稳定！它仅在~10us 内恢复正常运行！在这种情况下、我认为重负载恢复曲线应该是产生 MOSFET 的高 Rdson 和更大的电感值(计算结果约为2.2uH)、以及一些布线问题(底部 MOSFET 的布线不是最佳)。 GND 平面从主 GND 平面分离)。

我将在下一个设计中使用高开关频率、极低的 Rdson MOSFET 和1.0uH 电感器。我希望在大约8V 15A 的极重负载下恢复15us。有了这些知识、我想这不会成为问题。

感谢你的帮助。

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