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[参考译文] LM5176：更换短路输入电容器(15个中的1个)后、电路不再启动(由非电阻负载引起的问题)

admin
Guru**** 2482225 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5176, LM5175

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/686128/lm5176-after-replacing-short-circuit-input-capacitor-1-of-15-circuit-no-longer-starts-issue-caused-by-non-resistive-load

器件型号：LM5176
主题中讨论的其他器件： LM5175

由于空间/高度问题、Webench LM5176设计(降压/升压、34V 至55VDC 输入至45VDC 输出、10.5A)进行了修改。 6个15 μ F "Cin" elco 中的4个被12个陶瓷4.7uF (TDK CGA6M3X7S2A475K200AB；额定电压100V)电容(4.7 x 12 = 56.4uF =大约等于4 x 15)替代。

在高达6.6安培的电阻式电子负载(297瓦)的实验中、该板运行良好。

在现场(源= 10s 锂离子电池组；负载=自行车踏板辅助电机+集成15A 正弦波控制器)、它在阻抗10米内将12个陶瓷 Cin 电容器中的1个短路。 短接的 Cin10位于最靠近 M1的位置(上侧输入 MOSFET a.k.a. HDRV1)。

更换 Cin10后、Vin-和 Vin+之间不再存在短路。 但是、该电路不再启动。 事实上，它随着时间的推移而死亡。 在几个小时内、它从大部分时间开始一直到不再开始。

电路在35~55VDC 时从电源汲取87mA 电流：

  • Vin=52.00~55.00VDC 时为4mA
  • Vin=51.00VDC 时为3mA
  • 输入电压为50.00VDC 时为2mA
  • Vin=34.00~49.00VDC 时为1mA

回归：

  • 我在 Vin 处测量正确的电压(35)
  • EN/UVLO 引脚= 1.34V。
  • 引脚 SS 保持低电平(在正常电路板上= 1.2V)。
  • 已在电路外检查 CSS 和 CCS 的电容值。
  • 已更换 M1
  • 替换了 U1
  • 仍然没有改善。
  • 按预期测量输入和输出电容±150uF 和±180uF。
  • 已检查 U1 [HL]DRV[12]和 MOSFET 栅极引脚之间的导通性。
  • 已检查 U1 SW[12]和 L1引脚之间的导通性。
  • VCC < 25mV 7.4V

什么是导致电路无法启动的故障组件？ (我是新手)

原理图：

PCB 顶部的图片(另外9个陶瓷4.7uF 电容器：Cin3...Cin9、Cin13、Cin14)焊接在底部。 在此状态下、将取消选择 Cbulk 和 Cin10进行故障排除。 结果发现 Cin10短接：

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    有时、降压/升压转换器会启动、并且负载和输入电压可以在范围内更改。 其他时候、它会在调节电压时停止。 调整负载似乎没有问题。

    大多数情况下、它不会开始在 Vout 输出电位。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    现在、Vin 的短路情况再次出现。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    该部分的专家将帮助分析原因。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    谢谢海伦。

    您好、CE、
    您能向我们展示一下 VIN 电压以及阻抗期间的 SW1电压波形吗？

    谢谢、
    Youhao
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    对于 Vin、我尝试了：34.01、35.01、36.01、37.01、38.01、 39.01、40.01、41.01、42.01、43.01、 44.01、45.01、46.01、47.01、48.01、 49.01、50.01、51.01、52.01、53.01、 Picotest P9611A 提供54.01和55.01 V 电压。 P9611A 规格说明：< 0.35mVrms 和< 2mV p-p

    对于 SW1、请更详细地解释需要什么。 当 SW1是 M2附近电感器(L1)的桥臂时、我有时会看到0.00000V @100kHz。 我确实看到 M2的栅极电压：UDC=2.2V、upp=3.67V。 在 SW1上的其他时间、我看到：UDC=0.06V、UAC=0.005V、upp=0.43V；

    在为 Vin 供电时、M1的栅极可见短路电势。 之后 M1栅极电压保持0.00000V

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    BitScope 5会在 SW1 (GND=Vin 负极)@ 50us/Div 与100mV/Div 条件下看到这一点[触发器39.984kHz]：

    稍后、Bitscope 将显示：

    我希望我能正确理解您要求提供更多信息的请求。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    感谢您提供波形、但很抱歉、这对调试没有太大帮助。 我想看到阻抗导致的电压瞬变。 当电路在工作台上进行测试时、我相信输入功率来自直流电源。 当进行阻抗操作时、发生器可能会在电路的 VIN 轨上产生电压尖峰、这正是我希望看到的。

    开关时、SW1将大致为方波。 有关 SW 波形的参考、请参阅数据表或 EVM 用户指南。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    我希望我没有告诉过任何有关阻抗的信息。 我看不到电压尖峰如何到达 Vin：Vin 时是电池。 阻抗电压尖峰更可能的候选器件是 Vout、因为这是电机连接到的位置。

    现在的问题是、基于 LM5176的电路不会在 Vout 处开始输出电压。 我在 Vin 找不到任何意外短路、Vin 的正极和负极也不短路。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    很抱歉、我可能误解了系统。 我认为阻抗会产生电来为电池充电。

    当陶瓷电容器损坏为短路时、它主要受过压影响、因此我想查看系统中是否存在任何电压尖峰来对电容器施加应力。 电机是 VOUT 轨上的无功负载、可能会导致环路不稳定。

    当您在工作台上测试电路时、您是否仅使用了 E-Load 或在负载上应用了电机？
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    在工作台上测试电路仅使用电子负载。

    电机仅连接一次、此时陶瓷电容器(Cin10)短路。 然后、稳定性问题开始了。 直至当前"不启动"情况。
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    无功负载可能会导致不稳定、因此应针对无功负载调整环路补偿。 这与 LM5175无关。 通常、在输出电源轨上具有适当 ESR 的大电容器可用作阻尼因子、以应对无功负载。
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    您的答案仍然不能帮助我修复损坏的 LM5176。 此时甚至不会在连接(电阻式)电子负载的情况下进行降压或升压。 我应该更换 LM5176 IC、还是更有可能损坏 MOSFET 或其他东西？ 我不知道... (欢迎提供帮助)
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    我什么时候可以在这里期待后续行动？

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    如果需要132.000uF、我可以从不同类型中进行选择、那么更好/更差的选择是什么？
    1.106 PED-ST：20.000小时@85ºC μ s、极低 ESR (< 8m Ω@100Hz)和 ESL
    2. 101/102 PHR-ST：低 ESR (< 6m Ω@100Hz)、10.000小时@85ºC Ω
    3.36DY：< 3.6m Ω@120Hz、2.000小时@85ºC μ s
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    如果不知道您的无功负载属性、就很难预测真正需要的东西。  实际上、低 ESR 电容器在这里没有太大帮助。  您需要通过引入一些功率耗散元件来抑制可能的谐振。 您可以在进行阻抗操作时测量环路属性吗？  需要查看谐振频率在何处、以便正确抑制无功负载效应。

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    需要什么类型的(测量)设备来获得所需的信息？ 您希望我在哪些电路点连接探头？
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    您应该询问生产电机/踏板模块的供应商有关其输入阻抗曲线的信息、或者使用阻抗分析器自行测量该曲线。 有关如何测量阻抗、请参阅阻抗分析器用户指南。 该模块的输入阻抗出现在 LM5176输出轨上的负载阻抗中。

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    阻抗分析仪具有直流偏置和信号电压设置。 红皮塔亚信号只有0.4V、没有偏置、而较昂贵的信号的范围为10mV - 2V 直流驱动/信号和高达200伏的(外部)偏置电势。 在这种情况下、应该在特定电压下测试电机+控制器吗？ 还是需要直流偏置来将电压提升到44VDC？

    信号应该是直流信号、还是应该是交流信号？

    注意："踏板辅助电机"是一个集成(直流到正弦波)控制器和电机、位于一个壳体内。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    这里似乎需要波特增益图...

    www.youtube.com/watch

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    具有集成控制器的电机的阻抗图不会修复不再启动的 LM5176。

    我已经替换了短接的 cer.ca .p.、M1和 U1 (LM5176)。 仍然没有使用(电阻式)电子负载启动 LM5176电路。

    什么可能出错？

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    将工作板与不工作板进行比较、我发现故障板上的软启动(SS)引脚在 Vin=36V 时保持低电平(0.0mV)。 ISNS (-)和 ISNS (+)的电压为0.0mV。 故障电路板上的 CS 和 CSG 为0.0mV。 EN/UVLO 高于1.22V。 我在那里看不到问题。 已对 CSS 进行去焊并验证、电路外的电流是否处于47pF 范围内。 CSS 不充电的可能原因是什么？
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    检查连接到 PCB 焊盘/组件的所有 U1引脚是否导通。 在这种情况下、替换的 LM5176未正确焊接。 一些引脚未接触焊盘。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    @Youhao Xi：我看不到1...100kHz (步长1kHz)正弦信号响应有多大变化：使用 Velleman HPG1作为信号发生器和读回器件时为±1dBm。 接下来如何进行？

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您好、CE、

    也许我在前一份答复中不是很清楚。 电机似乎是无功阻抗、如果处理不当、可能会导致环路不稳定。 如前所述、您已经在没有电机的情况下对 LM5176进行了测试、一切正常、但在使用电机进行测试时会发生损坏、因此第一步是了解 LM5176输出轨将其视为负载阻抗的电机输入阻抗。 了解其极点和零点的位置后、即可调整 LM5176级电路。 如果不知道电机阻抗、我们将无法确定调整 LM5176级的具体目标。 您能否联系电机供应商了解输入阻抗？
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    电机有自己的控制器->负载不是电感式的、它是转换器的输入阻抗、很可能是负电阻。

    是否会导致4个相对高 ESR (40.0m Ω、IRMS-max= 2.35A @100kHz)电子元件被12个相对低 ESR (4.2m Ω、IRMS-max= 2.5A @100kHz) MLCC 代替、并且这些 MLCC 现在更容易受到 ESR 匹配的影响？ 获取全部4安培输入电容器 RMS 纹波电流的最低 ESR MLCC 电容器？
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您可能正好关注电容器、但这不是 ESR 不匹配、而是缺少谐振阻尼。 在这种情况下、自行车上输入线路中的线路电感可能大于工作台上的线路电感、并且线路电感可能会与输入电容器共振。 添加 ELCO 有助于抑制谐振并防止过压。 从理论角度来看、该问题通常被称为开关模式电源输入滤波器的 Middlebrook 标准、您可以在互联网上搜索并找到许多有关此问题的文献。 在实验中、您能否添加几个原始的 elco 电容器并查看问题是否解决了？

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    您好、Youhao、

    感谢您的快速回复。

    根据我的理解：添加4个原始 elco、还是将12个 MLCC 替换为4个原始 elco？

    注意：现场线路输入是一个锂离子电池组、使用10S5P 进行测试。

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    所有4个 elco 可能都很笨重、我认为您有解决方案尺寸限制。 一个好的做法是将用于低 ESR 的陶瓷电容器与用于存储和阻尼的 ELCO 组合在一起。 有时需要额外的阻尼电阻器与大容量电容器串联。 为了确保您具有合适的输入电容器组、您需要测量输入线路阻抗、以满足 Middlebrook 标准。

    快速检查是查找直流/直流级检测到的输入滤波器的输出阻抗、在本例中、输入滤波器由线路阻抗(包括您的电池串联输出阻抗)和所有输入滤波电容器(并联、考虑 ESR 和 ESL)组成、 您可以进行数学运算或仿真以找到峰值输出阻抗 Zomax。 然后与最小直流-直流级输入阻抗 Zimin 进行比较、该阻抗通常出现在 min Vin、粗略估算值应为 Vinmin^2/(Pomax*eff)、快速完整性检查值为 Zimin > 2x Zomax。 可以通过仿真获得更详细的分析。
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    TI__Guru**** 2482225 points
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    我没有阻抗测量器件。

    (很可能)更好地：

    1.在现有的12个陶瓷电容器上添加4个原 elco 的并联电容器？

    或

    2.将12 MLCC 替换为4个 elco (以最匹配 Webench 设计)？

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    TI__Guru**** 2482225 points
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    切换到 LTC3779是一种简单得多的解决方案。 即使评估板 DC2456A 仅将 Rfb1替换为412k Ω(用于42.0V 输出)、也会导致零(0)个问题。 我可以循环15分钟、没有任何问题、即使在坡道上、也可以获得最大的阻抗帮助、并且降压/升压 PCB 仍在工作。

    我看到4个可能的原因：

    1. 替换 MLCC 的错误 ELCO (我们的工程设计；将在电路板维修后尝试测试此情况)
    2. PCB 设计中的错误(我们的工程设计)
    3. Webench 设计/配置/原理图/组件选择错误(TI)
    4. LM5176设计错误(TI)