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[参考译文] LMR14203:根据中的电容、降压转换器会烧坏

Guru**** 1552380 points
Other Parts Discussed in Thread: LMR14203, LM2841
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/738779/lmr14203-depending-on-the-cap-in-the-buck-converter-burns

器件型号:LMR14203
主题中讨论的其他器件: LM2841

您好!

我设计了一个使用 LMR14203转换器的项目。 仅安装电源组件后、我注意到、有时在为电路通电后、输出短路。

我注意到 LMR14203是短路的元件。 经过多次测试后、在某些情况下 LMR14203停止工作、几乎没有发生任何情况、但在某些情况下、LMR14203烧坏(请参阅随附的视频)。

我还附上了原理图 e 布局设计。 在执行一些测试后、更改钽类型的输入电容器(最初我使用的是数据表中建议的 X5R 三角陶瓷电容器)、问题不再发生。 我使用的是带开关的电源:24V-5A。 如果我使用 Webench 工具选择的元件、会怎么样?

e2e.ti.com/.../VID_2D00_20181018_2D00_WA0005.mp4e2e.ti.com/.../LMR14203-design.docx

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    您好!

    您如何打开设备? 是否插入电源线? 输入端是否可能存在任何振铃? 如果器件可以与钽电容器一起使用、那么 ESR 电阻似乎会抑制振铃。

    您能否尝试使用陶瓷电容器(原始电容器)将器件启动至较低的输入电压、并使用示波器探测输入电压引脚、以查看引脚上是否存在任何振铃?

    此致、
    Katelyn
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    尊敬的 Katelyn:

    由于我要测试这个新项目、我将使用连接到开关电源的导线进行供电。 我注意到、在某些情况下、在连接正极线(负极线我一直保持连接、所以我只切换正极线)后、会话器停止工作。 之后、我测试了几次正极导线的连接和断开、以查看 IC 是否停止工作。 在这些测试中、IC 烧坏了。

    电源始终开启、我关闭的只是电路板的电源。 由于电源是开关式的、并且具有短路保护功能、因此我认为不会有噪声。 在我的应用中、电路板将直接由24V 车辆电池供电(在之前的电路中、有一个用于保护的变阻器和多路开关以及一个 MOSFET)。

    我插入了示波器、测量输入(直接在输入电容器中)和输出(输出电容器)。 我没有在输入中看到振铃。 此图显示了 RHE 转换器工作(稳压至5V)的测试:

    通道1 -输入

    通道2 -输出

    在下一幅图像中、转换器烧坏、如视频所示:

    关于电容器的变化、钽的 ESR 很奇怪、是6.5欧姆、而原始(陶瓷)显示它是低 ESR 和 ESL (数据表)。

    谢谢、致以最诚挚的问候!

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    您好!

    感谢您分享这些附加信息、感谢您进行实验室测量。

    您能否放大输入电压的上升沿? 我们希望放大以看到每分段几毫秒。 此外、示波器的带宽是多少? 我们需要确保看到振铃。 我建议带宽至少为2MHz。

    我的怀疑仍在输入端响铃。 当热插拔电压为24V 时、经常会看到超过42V 的振铃。 具有 ESR 的电容器将抑制其中的一些振铃。 不过、最佳做法是在输入端(TVS)使用保护电路来保护下游器件。

    对于数据表建议、通常您希望在输入端使用低 ESR/ESL 陶瓷电容器、以实现最佳噪声抑制和最小寄生环路(降压转换器输入端的高 DI/DT 环路)。 这将有助于降低开关节点和输出端的高频噪声。

    此致、
    Katelyn
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    你好 Katelyn!

    感谢您的回复!

    我想、今天我将能够使用该转换器做更多的测试。 关于输入信号缩放、我可以再放大一点、但我无法减小电压标度、因为偏移处于最大 值。 如果我输入2V 标度(当前为5V)、则看不到信号。 但关于振铃、输入需要高于42V、对吧? 在完成的测量中、最大值未达到25V。 我使用的示波器为40MHz。

    再次谈到输入电容器、我测试了几乎与另一个 PCB 中的电路相同的电路、但使用了 LM2841稳压器:使用第一个 PCB 中出现问题的陶瓷电容器、转换器也会烧伤。 但使用 ESR 为6.5Ohm 的钽电容器时、问题不会发生。 我认为这是奇怪的、因为使用低 ESR 陶瓷电容器会出现问题、而实际上应该更好(认为问题与输入电压有关)。 如果问题仍然存在、您是否建议使用该钽电容器?

    谢谢、致以最诚挚的问候!  

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    您好!

    是的、正确的做法是、它必须在42V 时振铃。 如果问题仍然存在、我建议使用二极管进行保护。 您可以使用二极管钳制输入电压。 陶瓷输入电容器更适合去耦和限制高频噪声。 但是、钽电容器有助于抑制由于布线或 PCB 布线的电感而产生的振铃。

    此致、
    Katelyn
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    您好!

    我想跟进您的帖子。 您还有其他问题吗?

    此致、
    Katelyn
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    你好 Katelyn!

    我还无法测试该项目、但首先、我们在输入位置使用钽电容器。

    您是否认为如果我使用简单开关来打开和关闭 PCB、这种转换器烧坏不会发生? 否则、我认为使用钽电容器会更安全。

    谢谢、致以最诚挚的问候!

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    您好!

    最佳选择是使用瞬态抑制器或钽。 您可以将钽与陶瓷配合使用。 这将有助于抑制振铃。

    此致、
    Katelyn
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    您好 Katelyn、

    我将 Trey 在这里运行更多测试、但由于仅使用钽电容器、问题得到了解决。
    最好仅使用钽电容器还是使用与陶瓷电容器一起使用钽电容器?
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    您好、Renato、

    理想情况下、您会同时使用这两者。 陶瓷电容器应放置在最靠近器件的位置、钽电容器应放置在最靠近输入电源的位置。

    陶瓷应具有来自 CIN、高侧 FET 和低侧 FET 的低寄生环路。 钽被用来抑制电源的振铃。

    此致、
    Katelyn
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    您好、Renato、

    我同意 Katelyn。 具有超低 ESR 的陶瓷电容器会与电缆一起导致极端振铃。 这里10µ 了一个 ESR 为1mR 的 Δ L/X7R 仿真。 输入信号为24V 阶跃:

    这里有一个 ESR 为6R5的10µ μ F 钽:

    这里、钽的 ESR 非常有效地抑制 L 和输入电容的串联谐振。

    如果需要使用陶瓷输入电容器、一种方法是将缓冲器与陶瓷输入电容器(Cin)并联。 缓冲器是由电容和电阻组成的串联电路。 电容应大约为输入电容 Cin 的4倍、并应根据公式选择电阻

    R = 0.5 x SQRT (L/Cin)

    其中 L 是电缆的电感。

    但是、如果缓冲器与 L 和 Cin 完全匹配、缓冲器方法只起作用。 即使如此、您也可能会看到相当大的超额量:

    将任意钽与陶瓷电容器并联可能根本无助于:

    或以下组合:

    或者:

    一种非常简单但有效的方法是根据公式将一个小的电阻与输入电容器串联

    R >= SQRT (2 x L/Cin)

    e2e.ti.com/.../renato.TSC

    或者、正如 Katelyn 已经提到的、您可以在陶瓷电容器上添加一个 TVS。 不过、应避免在输入端产生钽电流、因为某些变体不喜欢浪涌电流。

    Kai

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    您好 Kai!

    感谢您的回复!

    这很有帮助! 使用示波器是否很难看到此振铃? 我试图看到它、但我无法用我们在这里的示波器来确定这种振铃。 它是一个40MHz 范围。

    我对钽电容器有一个问题:为什么高 ESR 会抑制他的振铃?

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    您好、Renato、

    为了更好地演示振铃、我在仿真中省略了您的二极管 D3。 将其从您的电路中移除、您将看到振铃。 根据 Thomson 先生的说法

    f = 1/2 / PI / SQRT (L x Cin)

    振铃将在大约50kHz 的频率下发生、假设 L = 1µH Ω 且 Cin = 10µF Ω。 因此、即使使用标准示波器、也可以轻松观察到它。 (根据经验法则:1nH/mm、输入电缆的总长度为1m、1µH 是预期的结果。)

    高 ESR 会抑制振铃、因为存储在 Cin 电场中或存储在 L 磁场中的能量会在每次振铃期间被"破坏"成热量。 每次振荡电流通过 L 或 Cin 的 ESR 时、存储的能量就会转移到热量中并离开电路。 就像坐在秋千上、双脚折断... :-)

    Kai
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    Renato 和 Kai、您好!

    我很高兴看到您继续讨论 ESR!

    E2E 主题在1个月后锁定并关闭。 请开始新主题、我们可以继续讨论。

    此致、
    Katelyn
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    尊敬的 Kai:


    谢谢!
    您是否对有关此问题的材料有任何建议?
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    您好、Renato、

    我建议为寄生环路的输入电容器使用低 ESR 材料、为输入电容器使用中等 ESR 材料(钽)来抑制振铃。 您还可以考虑查看用于抑制的电解电容器。

    此致、
    Katelyn