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[参考译文] WEBENCH®︎工具/TPS54360-Q1:高频率、电感器尺寸小、效率高

Guru**** 2358920 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS54360-Q1, TPS54360, TINA-TI
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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/611799/webench-tools-tps54360-q1-high-frequency-for-small-inductor-size-compromising-efficiency

器件型号:TPS54360-Q1
主题中讨论的其他器件: TPS54360TINA-TI

工具/软件:WEBENCHRegistered设计工具

您好!

我想通过增加频率来设计一个尽可能小的电路。 但是、当我使用 WEBENCH 工具增大频率时、汽车级 TPS54360-Q1会从列表中消失。 在1500KHz 时没有显示任何内容、尽管它们可以达到2500KHz。

有人有什么想法吗? 我如何测试具有此类目的的电路?

任何帮助或注释均已获得批准。

此致、

欧格尔肯

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    您能否发布 webench 输入? 我们可以尝试复制它。
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    输入电压:6V ~ 60V
    输出电压:5V
    输出电流:3.5A

    我的开关频率目标是2000KHz、我将尝试放置尽可能小的电感器。
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    我还想使用2个 TPS54360-Q1降压转换器芯片。 如果有组件可以共享、我也想听到。 例如、我可以使用 RT、SS 和 COMP 引脚的相同电路。
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    Webench 认为您的设计的最大开关频率为617kHz。 它受数据表中 fskip eq eq 9的最大值限制。 您可以在两种设计之间共享一些组件值。 如果使用相同的频率、则 RT 是相同的。 如果您使用相同的慢启动时间、则 CSS 相同、等等
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    这毫无意义、因为数据表明确表明最大开关频率为2500KHz。

    虽然 WEBENCH 会像这样限制 FS、但我想必须有权变措施吗? 否则、TI 必须更改此组件的 FS 范围。
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    有几个变量可用于 fsw 最大跳跃和 fsw 最大移位等式。 并非所有可能的设计都能在最大频率下工作。 在您的情况下、在开关频率高于617kHz 时所需的导通时间将小于最小可控导通时间。 如果您将开关频率设置得更高、则电路将跳过脉冲。
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    好的、在我的情况下、此选项是不可接受的。 如果我使用 TPS54360、它不是汽车级的。 尽管我们将在卡车中使用它、但它不需要是汽车级。 欢迎使用任何其他开关稳压器选项。
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    该系列中的所有器件在开关频率方面都具有相同的功能。 您可以降低最大输入电压吗? 这是导致 FSW 限制的原因。
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    您好!

    我无法降低 VIN 最大值、因为在卡车环境中输入电压可能会达到此值、但是如果我可以共享一些组件、我可以使用更大的电感器。 因为我将使用两个降压转换器 IC、一个用于5V、另一个用于3.8V。

    那么、在我们使用相同降压 IC (即 TPS54360)的情况下、是否可以共享 EN、COMP 和 RT 引脚?

    谢谢、
    欧格尔肯
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    我想您所问的不是"我可以为两个转换器使用相同的组件值吗?" 但实际上"我是否可以使用同一个物理组件、例如连接到两个 IC 的一个 RT 电阻器?"。 如果是第一种情况、答案很可能是肯定的。 如果是第二种情况、您可以共享 SS 电容器、也可以共享 EN 电阻器、绝对不能共享 COMP 组件。 我不建议共享 RT 电阻器、因为 RT/CLK 对噪声敏感。 在任何情况下、这些组件的物理尺寸都应该很小(如果您想节省空间、可以使用0402甚至0201)。
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    尊敬的 John:

    非常感谢您提供如此宝贵的信息。 您是对的、我指的是物理上相同的组件。

    我已决定在整个设计中使用0603作为最小的封装、在某些情况下、您无法找到更小的封装、例如47uF、即1210、用于6.3V 耐受电压。

    此时、我想问是否可以使用任何方法来降低这些输出电容值。

    在输出端放置 TVS 二极管是否有助于降低输出电容器? 我还想构建一个失效防护设计、因此我一直在考虑 TVS 选项、因此我想听听您对将 TVS 置于输出状态以实现失效防护设计的看法。

    欧格尔肯

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    输出电容值主要取决于您的瞬态响应需求。 在负载阶跃突然增加期间、额外的电流由输出电容器提供、并将导致输出电压下降、而在负载电流突然下降时、多余的电流进入输出电容器、从而导致电压上升。 下降和上升量随着电容的增加而减小。 因此、如果您没有负载变化、则可以减小电容。 在这方面、您是否使用电视无关紧要。
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    好的、如果我有机会将电解电容器从 IC 或电感器上放置、比如20mm 的距离、我可能会考虑在这里放置电解电容器。

    我面临的另一个问题是电感器选择。 在这里、我检查电感器的测试频率(除了电感和饱和电流)。 因此、如果我打算使用604 KHz 作为开关频率、电感器的测试频率是多少?

    对于更安全的设计、您对 TVS 二极管在输出端的影响有何看法?

    欧格尔肯

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    对于电感器选择、您可以在此处使用其中一种选择工具:

    http://www.coilcraft.com/

    如果需要、TVS 可以限制过压故障。
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    我想这已经得到了回答。  如果您有其他问题、请告诉我。

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    嗯... 我计划发布我的电路进行回顾、也许有人也会从中获得灵感。
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    尊敬的 John:

    您对原理图有什么意见吗?

    此致、
    欧格尔肯
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    您有具体问题吗? 您是如何计算组件值的?
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    尊敬的 John:

    我已经使用 WEBENCH 工具来仿真这些值、并直接使用它。

    但我计划在 PCB 周围放置额外的3000uF 输出电容(150mmx100mm 面积)、以便在短电切割时更耐用。 如果我可以找到空间、我也可以在输入端放置一些额外的电容(几百个)。

    我唯一的特殊问题是它具有失效防护功能、可处理恶劣的汽车电流尖峰和/或电压不稳定。 除此之外、我只需要一个总体概述、这就是全部。

    此致、
    欧格尔肯

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    您好!

    这是我要查看的最新原理图。

    您对输出电容有何看法?

    此致、

    欧格尔肯

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    将电介质与输出电容器混合会使补偿更具挑战性。 我建议您使用此处提供的 pspice 平均模型来检查环路响应:
    www.ti.com/.../toolssoftware
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    尊敬的 John:

    感谢您的反馈、我已经从事了一段时间的补偿工作。

    我设法将较大的电容器放置到输出端、因此我根据上面的电路进行了计算;

    我在 TINA-TI 中构建电路时遇到了一些困难、但是我成功地使用了 Octave (octave.org)进行了计算。 复制和粘贴上述代码将完成此项工作;

    Ioutmax = 3.5;#最大输出电流
    Vout1 = 5;# 5V 输出
    Vout2 = 3.8;# 3.8V 输出
    频率= 40e-3;# ESR (大致相同)输出
    电流= 724E-6;# 5V 输出电容
    Cout2 = 1448e-6;#输出电容3.8V
    GMP = 12; #功率级模拟跨导= 12A/V
    gmea = 350e-6;#误差放大器跨导= 350uA/V
    Vref = 0.8;#基准电压
    Fsw = 619.76e3;#开关频率
    
    RESRref = 2.5e-3;
    Coutref = 58.3e-6;
    
    ##########################################
    # REF #### REF #### REF #### REF #### REF #### REF #### REF #### REF #### REF #### REF ###### REF ############
    ##########################################################
    #参考设计计算 for Clarity
    fPref = Ioutmax /(2*pi*Vout1*Cooutref)# 1911Hz
    fZref = 1/(2*pi*RESRref*Cooutref)# 1092kHz
    fcoref1= sqrt (fPref fZref)# 45.68kHz
    fcoref2= 1*frf (frt
    )*frf (fref)*13*rf (fref)
    *fref = 1 *frf (rf)*rf rf (rf)*rf rf (1)*fref)*rf rf rf (rf rf (1)/fref)*frf rf rf rf (1 *fref)
    目标6.4nF
    C2_ref = Coutref*RESRref/Rref # 11.17pF --goal 11.2pF
    ############################################################################
    ############################################################################################################################
    
    ############################################################################################################################
    #5V #### 5V #### 5V #### 5V #### 5V ############## 5V #### 5V #### 5V #### 5V ####################################################################
    
    #计算5V 开关稳压器的 fp1、fz1、fco1
    fp1 = Ioutmax /(2*pi*Vout1*Cout1);
    fz1 = 1/(2*pi*resr*Cout1);
    fco1_1 = sqrt (FP1*fZ1)
    fco1_2 = sqrt (FP1*FSW/2)
    fco1 = min (fco1_1,fco1_2)
    #5V 结果值
    r1 =(2*pi*fco1/GMPs)*(Vout1/(Vref1#*#*1##*)##*15##*(13)##*1##*)##*1##*1##*1*##*1##*(13)##*)##*##*##*##*##*1##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*1.6*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*
    
    
    
    ############################################################################################################################
    
    ############################################################################################################################
    ##3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 #### 3V8 ####
    ############################################
    用于3.8V 开关稳压器 FP2的#计算 fp2、fz2 fco2 fp2
    = Ioutmax /(2*pi*Vout2*Cout2);
    fZ2 = 1/(2*pi*resr*Cout2);
    fco2_1 = sqrt (FP2*fZ2)
    fco2_2 = sqrt (FP2*FSW/2)
    fco2 = min (fco2_1,fco2_2)
    #3.8V 生成值
    R2 =(2*p2*fco2/GMPS)*(Vout2/(V)##*2*##*##*(*)##*2##*(*)##*f*##*##*##*##*##*##*##*##*(f)##*2##*(*)##*##*##*##*##*(f)##*##*##*##*##*##*(f)##*2##*##*##*##*(f)##*##*##*(f)##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*##*(f)##*##*##*(f)##*##*##*##*##*(f)##*##*##*##*##*##*##*(f)##*##*##*##*##*##*##*##*##*(f)##*##*##*##*##*
    
    
    
    ############################################################################################################################ 

    因此、我不确定该补偿环路值是输入最近的值还是较小(或较大)的值。 这取决于这些值是专门计算的、还是低于或低于限制点。

    我的意思是、例如、我将第一个电阻设置为6.2k。 该值是否确定下限、以便它也可以是5k、或者必须是6.2k?

    谢谢你。

    此致、
    欧格尔肯

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    我认为该算法不适用于输出中的混合电容器类型。 您将没有单个 ESR 零点、而是零/极/零点。 我会使用常规的 TPS54360 pSPICE 或 TINA-TI 均值模型来检查补偿。
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    我认为这个线程是脱机解析的...
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    尊敬的 John:

    很抱歉这个长线程。

    我将继续主要在 TINA-TI 中进行仿真、并希望在今天完成仿真。

    同时、下面是我的2D 和3D PCB 工程图:

    请注意、某些电容器3D 模型是错误的、因此无需担心这个问题。

    此致、

    欧格尔肯