[参考译文] TPS54540：补偿器检查

您好、Samuel、

感谢您的支持。

我们将频率设置为950KHz、并在启动期间观察到电压尖峰。 输出电压上升至大约8V。 您能告诉我如何解决此问题吗？

Vito、

只有当转换器开关时间过长时才会发生这种情况- VOUT 被调节、但出于某种原因它会保持开关。 可能的原因：

1、FB 在不应出现时为低电平(可能是由于布局所致)。
2.比较器值不正确(但看起来正常)。
3. IC 不稳定(COMP 值或布局)。

请分享布局、我将会介绍一下。

Sam

您好、Samuel、

我们的客户告诉我、当 TPS54540以650KHz 工作时、他们没有看到电压尖峰。 我将尝试获取布局文件。

BTW、您能否重新检查补偿器？ 我们需要它们在950KHz 和650KHz 下运行。

谢谢！

Vito

您好、Samuel、

请在附件中找到布局文件。

我有疑问。 TPS54540具有内置输出过压保护。 为什么不触发 OVP？

e2e.ti.com/.../MAIN_2D00_P4C1249ZA_2D00_PP0_2D00_PCB_2D00_180717_5F00_DCDC.pdf

谢谢！

Vito

Vito、

开关频率与稳定性没有紧密关联、因此您不必重新补偿不同的开关频率。 唯一的情况是、如果较低频率带宽足够宽、足以干扰交叉频率、但在较高频率下会出现问题、这会导致我相信补偿不是问题。

如果 FB (相对于 GND 引脚)大于106%基准、OVP 将跳闸 显然、FB 高于106%、看起来它仍在切换(持续一毫秒或两毫秒)。 这让我相信 FB 到 GND 测量的 GND 部分存在问题。

出现此问题时、您必须检查 IC 的运行情况。 使用示波器查看引脚上发生的情况。 FB 是否有噪声？ VIN 是否有噪声？ 与650kHz 电路板相比、这一切如何？ 下面是一些我在布局中看到的东西要尝试的想法：

您所连接的布局显示 GND 引脚未连接到散热焊盘或较大的 GND 平面。 相反、它会直接连接到中间层中的一个平面的过孔。 这意味着所有返回(GND)电流必须流经中间/底部层、并通过该过孔到达 IC 的 GND 引脚。 所有这些寄生电感可能在950kHz (但不是650kHz)的谐波下谐振、这可能会导致 GND 反弹问题。 这将解释您看到的内容。 您可以尝试进行一些仔细的焊接、以将 GND 引脚焊盘连接到 IC 下方的散热焊盘、以确认这是否有助于解决问题。

VIN 电容器还应具有更短的环路。 C77接近 VIN (良好)、但它通过 C78、这需要一条长路径和多个过孔才能返回到 IC 的 GND 引脚。 这应该是一个非常小的环路。 您可以尝试将一根导线直接从 C78 GND 引脚连接到 IC 的 GND 引脚、以查看这是否有用。

数据表中提供了其他布局指南。

Sam

您好、Samuel、

感谢您的快速回复。 我们将尝试改善接地连接。

谢谢！
Vito

您好、Samuel、

我们将 GND 引脚焊盘连接到 IC 下方的散热焊盘、并将 C78 GND 引脚连接到 IC 的 GND 引脚。 但它不起作用。 问题无法解决。

黄色：输出电压

绿色：VIN

红色：EN

蓝色：SW

谢谢！

Vito

Vito、

您的示波器捕获显示尖峰仅在第一次启动时发生、我不确定这是不是因为图片的分辨率。 请澄清。

您能否发送另一张图片来显示相同的4个波形、但放大后屏幕将在 EN 变为高电平时开始、并在 VOUT 稳定时结束？ 在此问题期间、我想查看软件行为。

出现此问题时、您必须检查 IC 的运行情况。 使用示波器查看引脚上发生的情况。 FB 是否有噪声？ VIN 是否有噪声？ 与650kHz 电路板相比、这一切如何？

Sam

您好、Samuel、

此问题仅在首次启动时出现。 您可以看到 VIN 从0V 上升到12V。  如果我们禁用 IC、然后启用 IC (电源保持开启)、则看不到尖峰。

谢谢！

Vito

Vito、

我从您的第一张图片中看到 VIN 上升、一切都有点尖峰。 然后启用 EN、当 VIN 已经打开时、我们可以看到 VOUT 上的尖峰。

Sam

您好、Samuel、

请忽略我之前的帖子。 启用 IC 后会出现此问题。

请参阅随附的图片。

谢谢！

Vitoe2e.ti.com/.../TPS54540-measurement-20180817.xlsx

您好、Samuel、

请查看测量的波形、并告诉我们如何解决此问题。

谢谢！
Vito

Vito、

我的主要理论是、950kHz (或950kHz 谐波)会出现一些由布局引起的寄生振铃。 GND 引脚通过一条小走线和一个单一过孔连接到电路板的其余部分。 它应直接连接到大型顶层 GND 覆铜上的散热焊盘、我认为这可能是问题的根源。

反馈电阻器的反馈电阻器的反馈电阻器的反馈电阻器的反馈电阻器的反馈电阻器的反馈电阻器的 这可能意味着在波形中测量 FB 的方式不是 IC 测量 FB 的方式。 确保相对于 IC 上的 GND 引脚测量 FB。 尽量将双绞线焊接在尽可能靠近的位置、或焊接在 IC 的引脚上以确保无误。 检查 FB 相对于示波器上 IC GND 引脚的波形。 放大以查看此问题期间的几个开关周期、以确保 IC 在 FB 上看到>106%的 Vref。

Sam

您好、Samuel、

我测量 FB 的方式与附加文件类似。

谢谢！

Vito

Vito、

为了澄清这一点、您之前连接的示波器捕获是通过类似这样的 FB 探测得到的？：

Sam

您好、Samuel、

是的、您回答正确。

谢谢！
Vito

您好、Samuel、

是的、 Fb 的探测方式与您附加的图片类似。

Vito

尊敬的 Vito：

很抱歉我的回复延迟了。 我有另一位工程师与我一起查看这一点。

Sam

您好、Samuel、

我们在 TPS54540-Q1 EVM 和客户电路板之间进行了交叉参考。 我们在 EVM 上安装了客户的 TPS54540、电感器(L10)、输出电容器(C86、C87)、二极管(D16)，将 EVM 频率设置为950KHz 并使用相同的 COMP 值。 我们将 EVM 连接到了客户的电路板，并确认没有尖峰。

我们希望使用 EVM 重现此问题。 我们切断了 IC GND 引脚和 EVM IC 下方散热焊盘之间的连接。 我们将 EVM 连接到了客户的电路板，并确认没有尖峰。

您对 PCB 布局改进或组件更改有什么建议吗？

谢谢！

Vito

您好、Samuel、

问题未得到解决。 请在这方面提供帮助。

谢谢！
Vito

Vito、

这是一个困难的问题。 问题并非简单明了、但我们可以努力解决。

1.您能否尝试取消选择 R257并将 R256设置为950kHz。 电容或与 Q14有关的东西可能会与该敏感节点混淆。

2.如果尝试不同的频率、尖峰行为会发生什么情况？ 尝试700kHz、800kHz…… 尖峰是否会随着频率的增加而变差？ 还是在特定频率下点击。

3.请确认每次上电时都会出现尖峰，而不仅仅是我从图片中看到的第一个尖峰。

Sam

您好、Samuel、

每次上电时都会发生尖峰。 我将尝试1和2。

谢谢！
Vito

您好、Samuel、

当我们增加 Fsw 时、尖峰变得更高。  

我们观察到、输出电压在软启动时间后保持上升、并在2ms 后开始下降。

所有测量都是使用同一电路板完成的。 IC GND 引脚连接到 IC 下方的散热焊盘。

BTW、我们在非常靠近 IC VIN 引脚和 GND 引脚的位置添加了一个470uF 电容器。 但问题并没有消失。

谢谢！

Vito

e2e.ti.com/.../TPS54540-measurement-20180824.xlsx

Vito、

850kHz 看起来具有与950kHz 非常相似的过冲、但650kHz 根本没有过冲。 只是一个看起来像过冲开始的小尖峰。 您是否测试了700kHz、750kHz 或800kHz？ 看到这种趋势将是有益的。

让我让另一位工程师参与其中。 同时：

• 尝试在从 VOUT 连接到 GND 的 L10和 C86之间放置一个1uF 陶瓷电容器。 为 IC 的 GND 引脚提供一条短而清晰的路径。
• 旋转 C89 (CCOMP)、使 GND 焊盘连接到 Cboot 布线下方的 GND 平面。 与其他 CCOMP 相比、GND 的电流路径可能会损坏。 或旋转 C90将 GND 焊盘连接到 C89的 GND 焊盘。 我希望它们具有相同的 GND 连接。

Sam

Vito、

我一直在和工程师 Robert Blattner 谈论这一点。 他更了解该部件、因此将从此处接管分析。 我仍将进行监控、但他将是该主题的工程师。

快速问题-二极管上的器件型号是多少？

Sam

您好、Vito、

过去、如果 SW 噪声大且频率高、我们在软启动期间会发现不良行为。 这种行为也可能有很大的差异。 我建议执行以下步骤以继续调试：

1)1)转发二极管的器件型号，以便我们可以检查其规格。
2)2)通过特写来展示软启动期间的 SW、我们会在每个开关周期中寻找过冲、下冲和振铃。 一个或几个开关周期应该足够好。
3) 3)在 EVM 中尝试客户的 TPS54540之一。
4)4)在客户电路板上试用 TPS54540B-Q1，看看过冲是否消失。 该部件经过强化、能够更好地抵抗这种噪声。

此致、Robert

您好、Robert、Samuel、

感谢您的支持。

1)1)转发二极管的器件型号，以便我们可以检查其规格。
请问您对二极管有何顾虑？

3) 3)在 EVM 中尝试客户的 TPS54540之一。
请参阅我在2018年8月22日上午10:22,我们在 EVM 上安装了客户的 TPS54540、电感器(L10)、输出电容器(C86, C87)、二极管(D16)。 我们没有看到尖峰。

我将在星期一试2次和4次。

谢谢！
Vito

您好、Robert、Samuel、

我们在 L10和 C86之间放置了一个1uF 陶瓷电容器、并将 C90移到非常靠近 C89的位置。 遗憾的是、尖峰仍然存在。

2.我们将 EVM 的二极管 PDS760-13安装到客户的电路板上。 我们确认尖峰消失了。

客户的二极管器件型号为 B540C-13-F

e2e.ti.com/.../ds13012.pdf

4.请在封装内找到 SW 波形测量值。

e2e.ti.com/.../TPS54540-measurement-20180827.xlsx

BTW、我们将在本周三之前解决此问题。 请在这方面提供帮助。

谢谢！

Vito

您好、Vito、

大输入环路–请参阅下图–与二极管的寄生电感相结合、会导致开关波形产生噪声。 当开关节点落在您提供的波形中时、下冲可以看出这一点。  即使使用 EVM 二极管、该电压也会达到-5V  

 

 

在频率较高的电路中、芯片会受到更多噪声的影响、从而使其更加敏感。 您可以执行四项操作来解决此问题：

1. 最推荐：使用 TPS54540B-Q1系列。 我们已建立内部电路、以便该器件能够承受更多的开关噪声。

2. 减少输入环路：如果难以移动大输入电容器、请添加第二对较小的电容器。 对于第二对、将产生100nF 的电容。 请参阅下图以了解建议的位置。

3. 选择与 EVM 中的电感较低的二极管、或并联添加第二个二极管。

4. 尝试一个 SW 节点缓冲器：与100pF 串联的5R0应该能够正常工作。 缓冲器的接地端应尽可能靠近芯片的接地端，DAP 也可以。

 

 

由于此设计微不足道、我建议运行频率以查看最终设计有多少裕度并比较解决方案。 使用最大频率而不是通过/失败将允许比较替代解决方案。  使用 TPS54540B-Q1将增加比推荐的其他解决方案更高的最大频率、因此所需的重新设计更少。

此致、Robert

您好、Robert、

我昨天提供的开关波形是使用客户的二极管 B540C-13-F 而不是 EVM 二极管 PDS760-13完成的。

 

我无法从 PDS760-13数据表和 B540C 数据表中找到电感信息。 您能告诉我在哪里可以找到电感信息以及如何选择二极管吗？

 

使用另一个与 D16并联的二极管 B540C-13-F 并将 Fsw 设置为950KHz：

1. 我们确认启动期间没有尖峰。 请参阅图1和图2。
2. 图3、在软启动期间、电压达到-4V 以上。
3. 图4，在稳态时，我们看不到负电压。

 

使用另一个与 D16并联的二极管 B540C-13-F 并将 Fsw 设置为1.2MHz、我们可以在启动期间看到尖峰。 请参阅图5。

使用另一个与 D16并联的二极管 B540C-13-F 并将 Fsw 设置为1.5MHz、我们可以在启动期间看到尖峰。 请参阅图8。

 

我们将 fsw 设置为1.2MHz，在芯片附近添加了一个1uF 电容器，添加了一个 SW 节点缓冲器和一个与 D16并联的 B540。 尖峰仍然存在。

 

e2e.ti.com/.../TPS54540-measurement-20180828.xlsx

下面是测试结果的摘要。  

fsw	950KHz	1.2MHz	1.5MHz
另一个 B540并联	无尖峰	峰值	峰值
另一个 B540并联+ 1uF VIN 电容器。		峰值
另一个 B540并联+ 1uF VIN 电容器。 RC 缓冲器		峰值

您是否会解释二极管电感/开关噪声导致加电时输出尖峰的原因？

此致、

Vito

您好、Vito、

感谢您执行我们建议的实验。

遗憾的是、许多二极管制造商不会在其数据表中分享其电感值。 通常，这些信息会在其详细的封装信息中列出，这些信息通常与二极管的数据表分开，因为许多二极管共享同一个封装。  如果网络上没有此信息、有时二极管制造商会在联系时共享此信息。

开关节点脉冲在启动期间具有负尖峰的原因是启动期间负载电流较重。 在启动期间、除了存在任何负载外、还对输出电容器进行充电。  使用您拥有的输出电容器、启动期间会额外增加1.2A 至1.6A 之间的电流。  负载中的任何电容都会增加该电流。  请注意，在此期间，原生尖峰(最好使用两个二极管)仍然超过部件的绝对最大值规格。  

您似乎有一个具有两个二极管的解决方案、但没有良好的裕度。 1.2MHz 检查表明、此设计仍然微不足道。  最佳解决方案是使用 TPS54540B-Q1。  噪声和高频开关节点可能导致过冲的原因有两个： 第一个原因是在该 IC 中、接地设计为具有最低电势、仅 PN 结和基板电阻即可隔离模拟电路。  第二个原因是、与使用绝缘体隔离器件相比、仅通过结来隔离器件、噪声更容易进入模拟电路、例如在 PCB 上的分立式解决方案中。  由于结在正向偏置时导电、因此当开关低于接地时、IC 对开关噪声最敏感。  为了克服噪声、在 TPS54540B-Q1中、我们改进了模拟电路(提高的电流驱动能力)、从而使该器件能够承受更多的噪声。

此致、Robert

您好、Robert、

感谢您的解释。

客户将要求其二极管供应商提供更详细的信息。 您能否指定/列出高频应用需要考虑的参数？

谢谢！

Vito

您好、Robert、

感谢您的大力支持。
Vito