[参考译文] TPS40400：恒流解决方案问题

如果存在机密性问题、也可以通过电子邮件发送原理图。 请告诉我们。

Mathew

跟进。

我继续把电路分解成它的组成部分。 即运算放大器反馈电流感应和直流/直流转换器本身。

我已确定 DC/DC 可在独立于反馈环路的情况下按预期完全正常运行。 测量的独立于任何反馈机制的 DC/DC 如下：

V_IN = 11.8V  
V_fb = 0.601V
V_OUT = 0.602V

在 FB 引脚和接地之间未连接反馈电阻器以设置输出电压的情况下、这是正确的行为。

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其次、运算放大器电流传感器反馈似乎也正常工作：

在无负载电流(V_s = 0)的情况下、VADJ 正常工作：

假设 Vo 通常是 FB 引脚的输出：

当 VADJ = 1.225V 时、Vo = 0V
当 VADJ = 0V 时、Vo = 0.613V

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因此、问题似乎在于运算放大器级如何连接到 FB 引脚。

现在、没有电阻器、运算放大器的输出直接连接到 FB 引脚。 FB 未连接到任何其他器件。

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但是、通过一些实验、在运算放大器之后和 fb 输入之前添加电阻分压器级会产生显著影响。

我创建了一个具有三个电阻器的分压器。 (运算放大器输出)<-220->(FB)<-10k ->(信号接地)中的一个20k Ω、10k Ω 和一个220 Ω。  

20k 介于 DIFFO 和 FB 之间。  

这在很大程度上是试错的、尝试了解决方案。

这一点更接近、因为 TPS40400的输出至少上升到二极管正向电压的点、并且测得的 FB 仍为0.601V。

但是，这里似乎还存在一些不太正确的事情，因为：

(1)我直接将运算放大器输出连接到220欧姆端、似乎什么都没有发生。

(2)我断开并重新将输出端连接到220欧姆端、然后它短暂闪烁我的 LED (处于最低设置)并再次关闭。

(3)在重新连接、断开并重新连接输出到220欧姆端之前、我增大电流设置、然后它再次短暂闪烁我的 LED -这次亮度更高。 (我可以继续这样做，LED 会变得更亮、更亮，这表明存在*某些*级别的控制。)

但任何帮助都是很方便的。

谢谢。

JohnTucker Mathew Jacob1. 

我想向您介绍我的最新调查结果。 我已确定当前的解决方案将不起作用。

从根本上说、TPS40400是一款"电压模式"控制器、为了实现我所需的功能、我需要一个"电流模式"控制器。

除非有某种方法可以将电压模式控制器"转换"为电流模式控制器、否则在这种情况下不能使用 TPS40400。

 除非您有更好的建议、否则 TPS543C20或 TPS543B20似乎是此应用的更好选择。

此致、

B

JohnTucker 

这是我在选择 TPS40400时最初的想法。 为了解决这一问题、我甚至去 fas 重新设计反馈电路、使我所期望的操作更加简洁。

下面的电路是经过调整的版本。 TPS40400的 V_fb 为0.6V。我的 R_sense 为0.010。 我的最大电流为 I_SENSE = 12A。 我将再次在这里介绍我的逻辑。

JohnTucker Mathew Jacob1. 

我认为不稳定可能与 COMP、DIFFO 和 FB 的连接方式有关。

我直接从 TPS40400的数据表中删除了以下红色连接

我的电路在 FB 和 COMP、FB 和 DIFFO 之间仍然有一个补偿网络。 COMP 网络的 C1、C2、R2以及 DIFFO 网络的 C3和 R3。

我移除了 R1的20k 电阻器。 R_BIAS 也不再连接。

RS1和 RS2均为10欧姆、但我已完全从输出端(Vout 和 GND)断开这两者。

我的反馈电路直接连接到 FB。

JohnTucker Mathew Jacob1. 

我有另一个更新。  

我通过移除一些输出电容来解决了不稳定问题。  

目前、TPS40400的输出电容为3 x 47uF、1 x 0.047uF、这似乎更幸福。

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我们现在似乎非常接近此功能正常。

现在唯一的问题似乎是我之前描述的问题、其中 V_fb 随着 V_Adj 增大而继续下降、因为没有输出电流。

例如、在 V_adj = 0.125V 时、该值远高于0.025V、此时单元达到 V_fb = 0.600V 并开启。

预期行为为：

V_adj = 0.125V

I_sense =(1.2 - 1.225 + V_adj)/(10*0.01)

I_sense =(1.2 - 1.225+0.125)/(10*0.01)

I_SENSE = 1A

但是、由于 I_sense 永远不会增加、因此我得到：

I_SENSE = 0A

V_fb =(1.225-V_adj + 10*0.01*I_SENSE)/2

V_fb =(1.225-0.125 + 10*0.01*0)/2

V_fb =(1.225-0.125)/2

V_fb = 0.550V   <========= 这是我为 V_fb 接收的测量值

无论 V_adj 的值是多少、这种趋势都会持续。

JohnTucker 

我想明白为何这项管制计划不能运作(以及我的初步管制计划设计)，才会继续设计另一项管制计划。

最后，设计要求与 TPS40400的恒流控制相同。  负载通常是 LED。

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输入源应始终能够在5V 至14V 的输入电压下合理运行。 可能需要在尽可能接近 LED 负载点工作电压的较低输入电压下运行稳压器、以降低稳压器在高电流下的功耗。 TPS40400具有出色的3-20V 宽输入范围、因此非常适合此用途。 PMBus 是一项很好的功能、它必须访问稳压器数据并存储其驱动的负载的相关信息。

电流输出应具有一种通过电压输入信号(即来自 DAC)动态控制/选择输出电流的方法。  该调制应至少能够达到1kHz、更高的调制速率更有优势。 TLE2144选择具有向 TPS40400传输控制信号的高带宽。 最终、将限制最大调制速度的是稳压器电路。

我们选择 TLE2144是因为它可以由 TPS40400的输入电压直接驱动而不会出现任何问题、使用电压逆变器也可以驱动负电源轨而不会出现任何问题。这适用于 TPS40400的整个范围。 (即+20输入将为 TLE2144提供+/-20、为轨提供40V 电压、或为+3V 电压轨提供+/-3V 或6V 电压轨。 我们考虑改用 OPA4313、但我们需要一个单独的稳压器来为该单元提供+/-5V 电压。

输出仅用于驱动单个高功率 LED/阵列。 输出应具有至少5.5V 的最大输出、这足以偏置大多数单独的二极管。 输出电压显然受到输入电压的限制。 可能需要将负载驱动至至少12A。

INA139提供了一项方便的功能、可调节整个系统的增益。 通过增加 R_L (最终使用100k pot)、我们希望将输出增益从单位增加到101。 这最终将使我们能够设置整个系统的最大电流限制。 在我们先前的设计中、10倍增益将最大输出电流从12A 降至1.2A、而100倍增益将使其降至0.120A。控制(V_adj = 0至1.2V)将保持不变。 这是非常可取的。

流经二极管的输出电流的有效电流范围为0.120A 至最大12A

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我正在尝试确定我需要对该电路进行哪些更改、以至少实现最基本的电流控制水平。

谢谢、

B

将 TPS40400设置为恒流源非常容易。  如果您想使用可变电流源、则会遇到棘手的问题。  我模拟了您的原始电路、FB 节点的电压轨输出为1.2XX V、正如您所观察到的。  所需的结果是、当电流处于您的控制设置的电平时、VFB 电压为0.6V。  您计划将什么用作您的可变电流控制？ 您是否会使用外部供电电压或可变电阻器或其他电阻器？

JohnTucker 

我认为这也是一个相当简单的解决方案、因为我已经用其他直流/直流转换器实现了这一点。

它在1.2V 电压下向外拉的原因是电流不会增加。

原则上、如果电阻分压器调节侧的最终输出为1.2V、分压器电流侧的输出为0V、则分压器应在 FB 引脚上产生所需的0.6V 电压。

我很确定这是"应该"的工作方式。 但绝不存在任何电流输出。 因此、它的轨电压为1.2、然后降至0。

这就是所发生的情况：

JohnTucker Mathew Jacob1、

我在周末修改了我的控制策略。 我认为下面的电路将按照我希望的方式运行、并且以 V_fb = 0.6基准电压为中心。 如果您可以验证此类解决方案是否可以通过 TPS40400仿真工作、我将不胜感激。 我仍在强烈考虑切换到 TPS544C20、看起来该控制解决方案也会起作用。

我还发现、该基准作为通过 INA139和 TPS 降压控制器实现的恒流工具非常有用。 [对于未来的读者]请勿因本文档中的两个单独的控制环路而分心.. 有一个用于电压、另一个用于电流。  www.ti.com/.../tidrob3.pdf

谢谢。

我期待您的答复。

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还有一些想法。

我认为这应该满足需求，因为当 TPS40400首次启动时，没有电流流出输出，并且建议的控制解决方案本身输出~0.6V。实际上它大约为1.225/2=0.613V。这高于0.6， 因此、TPS40400应将输出驱动为低电平、这在本例中是正常的。

当我们将 Vadj 输入调整得更高；高达 Vadj = 0.025V、 (1.225-0.025)/2 = 0.600V 时、该单元应设定阈值、并"开启"。 当 Vadj > 0.025V 时、TPS40400 开始升高其输出电压、尝试将 FB 重新平衡回0.600、因为输出设置现在低于0.600目标。

例如，如果我们将 Vadj 设置为0.125V，则控制级的输出将为 (1.225-0.125)/2 = 0.550V。 由于低于所需的0.6、TPS40400应提高其输出以达到所需的0.600。  在这种情况下、电流输出将为：

0.600-0.550 = 0.050

0.050/10 = 0.005

0.005/0.010 = 0.500A

控制 Vadj 输入由两个肖特基二极管(即 BAS40-04)钳制、以确保我们保持在正常范围内。

这里唯一的问题 是，在我具有全输出的情况下，例如1.2V、0.600/(10*0.010)=6A。 这恰好是我所需输出范围的一半。 (12A)

但是、只需减小电流感应电阻器就可以解决该问题、并在硬件正常之前为我提供更多范围选项。

0.010 Ω= 6A 最大值

0.005ohm = 12A 最大值

0.003 Ω= 20A 最大值

最大值为0.002 Ω= 30A

通过添加一个与1k 串联的100k 电位器、以从1k 到101K 的 RL 值变化、我们应该仍然处于 INA139的限制范围内、并且除了软件之外、还能够调整硬件中的最大电流限制。

例如、

如果所需设定值为~16.7A。我们可以选择0.003欧姆电流感测、然后调整 RL

0.600/(10*0.003*16.7)=1.19760479k 。 或将100k Pot 值调整为197欧姆。

如果所需设定值为~0.100A。我们可以选择0.010欧姆电流感测、然后调整 RL

0.600/(10*0.010*0.1)=60k 。 或将100k Pot 值调整为59k 欧姆。

对于每个电流感测范围、我们可以计算 RL = 101K 时的最小电流限制值

6A 最大限制 => 0.600/(10*0.010*101)= 0.06A 最小限制

12A 最大限制 => 0.600/(10*0.005*101)= 0.120A 最小限制

20A 最大限制 => 0.600/(10*0.003*101)= 0.200A 最小限制

30A 最大限制 => 0.600/(10*0.002*101)= 0.300A 最小限制

JohnTucker、

当然可以理解。 这或多或少是我最初开始设计的方式。

虽然这里看起来还是有些不好的…

在这种情况下、INA139将根据数据表具有 Vout_1 = I_out*R_s*R_L /(1k)的输出。

您已选择 R_s = 0.010且 R_L = 10k

VOUT_1 = I_OUT*0.010*(10k)/(1k)

VOUT_1 = I_OUT *(0.1)

我看到您已使用电阻分压器调整了调节比例：

1.1k Ω 和429 Ω

在 Vadj = 0的情况下、电流将达到其最大值。

因此、使用该分频器、  

V_ref = V_io1 * 429/(429 + 1100)

根据数据表、V_ref = 0.6

0.6 = V_io1 * 429 /(429 + 1100)

V_io1 = 0.6 *(429 + 1100)/ 429  

V_io1 = 2.138

由于您具有单位增益缓冲器、因此 V_io1 = Vout_1 = I_out *(0.1)

2.138 = I_OUT *(0.1)

I_OUT = 2.138/ (0.1)

I_OUT = 21.38A

在我的电路版本中、此设计有3个更改。  

(1)在 Vadj 侧、我已将输入反相、因此增大电压会增大电流、减小电压会减小电流、但输出本身仍然等效。

(2)我使用了一个增益为10的 V_IOP 和一个1k 的 R_L，由于传递函数是等效的，这仍然应该是等效的。

(3)我的电阻分压器相等。 我的499欧姆原始示例… 这个精确的电路、

V_io1 = 0.6 *(499 + 499)/ 499 = 1.2

V_io1 = Vout_1 = I_out *(0.1)

1.2 = I_OUT *(0.1)

I_OUT = 1.2 / (0.1)

I_OUT = 12A

是否有适用于 TPS40400的 TI-TINA 模型？ 我可以告诉您它不可用。 这将大有帮助。

JohnTucker、

我只是检查一下您是否收到了我的电子邮件。

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同样，我从您提供的前一张看锯中所做的就是将 INA139的10k R_L 更改为1k。 这会将 INA139的增益从10更改为1。

然后、在单位缓冲器之后、我添加了另一个设置为增益为10的运算放大器(IOP2)、其中 IOP1的输出作为同相输入。

重点是、这应该与原始电路等效。

我想知道、如果添加第二个运算放大器并将 R_L 降至1k、仿真中是否会获得相同的结果。