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[参考译文] LM3421：当以20kHz 进行调光时、会出现 DCM 模式、无法执行调光

admin
Guru**** 1133420 points
Other Parts Discussed in Thread: LM3431, LM3421, LM3423, TPS92515
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/671761/lm3421-issue-when-dimming-at-20khz-dcm-mode-appears-and-dimming-cannot-be-performed

器件型号：LM3421
主题中讨论的其他器件：LM3431、 LM3423、 TPS92515

您好！

调光时、配置为降压转换器的 LM3431在700mA 下驱动 LED 时出现问题。 我随附原理图供您参考。



我按照此控制器数据表中的指导进行了设计、在固定电流下使用时效果非常好。 输出电流设置为700mA、在整个输入电压范围(从36到48V)内保持不变。

实际上、如果我将输出负载从9个 LED (Vf = 3V、因此我大约有27V)更改为15个 LED (Vf = 3V、因此我大约有45V)、则输出电流保持在预期值(700mA)、并且转换器得到了很好的调节。

当我更改为调光模式并且我通过 MOSFET 输入将5V 至10V 的数字输入电压连接到 LM3421时、会出现此问题、该 MOSFET 输入可管理用于调光的输入。

在测试阶段之后、对于从1KHz 到10kHz 的频率、工作正常、并且线性是可接受的且准确的。 但是、对于从10kHz 到20kHz 的频率、特别是20kHz 的频率、我已经检测到调光效果不好、并且降压稳压器设置 DCM 模式、直到达到至少40%或50%。 当我的输入和输出之间有很大差异时、这一点更容易察觉(48V 输入和27输出比36V 输入和27V 输出更敏感)。

我的意思是、当我从100%更改为0%时、调光看起来是正确的、但当我尝试从0%增加到100%时、只有当我缓慢增加调光步长时才会工作(我一直是通过1%的步长来完成、即： 0%、1%、2%等)。 在这个"缓慢启动"之后、我可以毫无问题地达到100%。 我在"缓慢启动"和50%调光信号之后给您附加了一张图片。

CH1：节点处的 VSW、Ch2：IO



另一方面、如果我加快调光步进并加快调光步进(我加快移动速度、使连接到 MOSFET 的函数发生器的滚动按钮更快)、DCM 模式将被稳定、当我达到40%或50%时、它将会下降。 在这里、您可以看到开关电压节点处的 ISW 输出电流(CH2)和 VSW (CH1)。



我无法理解发生这种情况的原因、因为数据表规定降压转换器的 PWM 调光可以高达20kHz 甚至更高。

调光信号的频率切换和频率之间是否存在任何问题？ 当我设置频率切换时、哪个是调光信号的频率限制？ 修复 CDIM 和 RPU 组件值是否必须更改？

似乎 LM3421不接受20kHz 的快速调光阶跃变化。 它不会在其余频率下发生。

提前感谢大家。 希望您能帮我、因为我尝试增加频率开关信号、但我仍然有同样的问题。

此致。

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    TI__Guru**** 1133420 points
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    Aaron、您好！

    我将尝试并帮助您、该部分的专家将在下星期一结束。  我在上一个示波器图中注意到开关节点实际上并未完全导通。  在 MOSFET 导通时间之后、电流似乎也会高于它应该达到的值。  此外、从零开始时、补偿电压可能不是需要的值。  您能否查看补偿电压以了解正确和错误的操作？

    如果输入为48VDC 而36VDC、则电流斜升速度会更快、因为为电感器充电的施加电压为48V - 27V = 21V、而36V - 27V = 9V。  我注意到您的原理图上没有 CFS 和 RFS、这有助于过滤开关噪声。

    您的电感器额定电流是否高于720mA？  它需要为纹波和所有运行条件提供足够的裕度。  您的纹波看起来峰间值约为120mA、开关频率约为833KHz。

    您是否了解过 Vin 以确保其稳定？

    此致、

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    TI__Guru**** 1133420 points
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    您好、Irwin、


    感谢您快速回复！

    首先、我尝试将 Fsw 提高到700KHz、只是为了查看是否与频率调光相关、但在测试完成后、我在主 MOSFET Q2中获得了预期的更高温度。 我得到的结果与以前相同。


    关于您的提示和建议：

    1、在 COMP 引脚上应该看到什么？ 我只看到一个看起来相当正常的电压、尽管有一些噪声、但我认为这是正常的、不会产生不良行为。 我连接您进行捕获、第一个是固定输出电流、第二个是50%时的20kHz 调光信号。

    CH2 = IO、Ch3 = COMP 引脚(引脚3)、Ch1 = VSW。

    2.我知道您所说的电流斜坡取决于电压比(Vin-Vo)。 这是降压转换器的电感器中应用的欧姆定律。 我同意您的观点、但我认为这不是一个重要的限制、无法获得20kHz 调光所需的行为。 我还在 LM3421的数据表(第57页、SNVS574F-2008年7月修订版2015年7月)中看到为 LM3423开发的类似电路、其输入电压范围为+15Vdc 至+50Vdc、输出为9V (3个 LED、vf = 3V)。 此处、PWM 调光的额定频率高达50kHz、您可以检查施加到电感器上的电压比是否高于我在设计中得到的电压比。

    我要讨论的另一个重要方面是有关 CFS 和 RFS。 我没有将它们组装到我的电路中、也从未在使用 LM3421实现的其他降压转换器中看到过它们。 这并不意味着它不应再使用、但根据我遵循指导的设计、我已经使用 CFS = 8.2nF 和 RFS = 10Ohm 进行了测试、并且完整的行为不受影响。

    因此、我的结论是、这对20kHz 调光的用途没有直接影响。 也许我错了……如果你能帮助我，那就好了！…这就是为什么我要就该做什么提出一些建议。

    电感器的设计考虑到了纹波不应超过额定输出电流的30%。 根据我的经验、这是降压转换器设计的经验法则、我还在数据表的第26页中看到了此建议(您可以看到此处指定的值小于40%)。 因此、我有一个100uH 的电感器、它具有720 rms 电流和1.1A 的 Isat 电流。 对于电感器、我没有问题、或者至少我认为是这样、它似乎可以在不太热的情况下很好地实现电流纹波。

    我已经测试了输入电压、看起来是可以的。

    我总结说、在尝试应用20kHz 调光信号之前、一切似乎都正常、之后、输入电压受到 thisDCM 模式的影响、COMP 引脚似乎错误、然后一切运行不良、直到我达到40%或50%、正如我之前提到的。 我无法解释发生了什么？

    最后、我尝试添加一个输出电容器(即：10uF 至1uF、甚至100nF)以将纹波减小一点、以检查这是否是问题所在。 测试后、我看到转换器启动速度更快、当我连接20kHz 调光信号时、转换器关闭、因为 U9 (调光晶体管)很快达到高温、然后内部 保护似乎激活。 这很奇怪、但由于这个事实、我实际上无法添加任何输出电容器。 我认为我不需要任何方法、因为当 LED 用作负载时、具有电流控制功能的降压转换器可以在没有输出电容器的情况下运行、但事实是我无法使用它们。

    因此、我希望我们能够解决这个问题、因为这对我来说非常重要。

    提前感谢大家。

    此致。

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    TI__Guru**** 1133420 points
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    Aaron、您好！

    如果需要、我们可以在下周对此进行进一步研究。 但增加带宽可能会有所帮助。 对于 COMP 电容器、47nF 可能不够快、无法对调光做出反应、因为它是具有分流 FET 调光功能的降压转换器。 也许您可以尝试将 Ccomp 降低至10nF 左右、看看是否有改进？

    另一个想法是、还有其他转换器专门用于降压转换器、通常速度要快得多。 您是否考虑过此应用的 TPS92515？

    此致、

    克林特

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    TI__Guru**** 1133420 points
    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。

    您好、Clint、

    首先、我想澄清一下、Ch3中显示的信号属于引脚4 (CSH)、与我键入的引脚3 (COMP)不对应。 我很抱歉、是一个错误。
    引脚3 (COMP)上的信号是一个连续信号、正如我之前所说的。

    对于 TPS92515、可能是一个不错的解决方案、但 LM3421驱动器是客户的要求、因此我们必须使用它、除非我们最终检查它是否合适。

    回到我的设计、让我解释一下为什么我这样做。 C3必须为10.8nF、但我从未使用过该值、并且我调节为47nF、这只是因为我有多个设置、从0、2A 到0.9 A。 因此、C3从8.4nF (0.9A)变为38nF (0.2A)。 我在47nF 下测试了0.7A、在尝试20kHz 调光信号之前似乎工作正常。 对于固定电流、我始终获得近乎完美的输出电流控制调节(1%、近似值)。

    我尝试更改 C3 (COMP 电容器)的值、以检查我是否可以得到任何改进、并且我得到了改进。 事实是、降低该电容器 LM3421对20kHz 调光信号的反应更好、性能良好、速度更快、可能没有我需要的、因为我的客户要求、但比以前更快。

    最后、我选择了22nF、这样可以在输入电压范围(36V 至48V)内实现正确的功能、同时考虑到27V 至45V 的输出电压、我在前面已经详细介绍过。 如果我再减少 C3、当我的负载为30V (10leds、Vf = 3V)或33V (11个 LED、Vf = 3V)时、在20kHz 下不能很好地执行调光、我最终会遇到相同的问题(DCM 模式等...)。 我还注意到、当负载(LED 数量)可变时、选择一个 sumitalbe CMP 电容器并不容易、并且直接影响所使用的 PWM 调光频率。 请您详细解释一下这一点吗？ 这将帮助我了解如何使用 LM3421更好地调整我的未来设计。

    对于所使用的任何调光频率(1KHz 至20kHz)、我一直在观察的另一件事就是这样。 当我开始增加 PWM 占空比时、电流斜升至特定的峰值、然后随着 PWM 占空比的增加而减慢一点。 结果是、您可以看到峰值斜坡、然后输出电流纹波处于较低的水平、比如。 然后、如果在启动时快速执行 PWM 占空比变化、这将反映在 LED 上、从而放大效果。 我为您提供一些捕获(左箭头指向峰值斜坡和随后的电流纹波)。

    CH3 = IO、Ch1 = VSW 节点。


    调光时是否有可能获得软启动输出电流？ 对于固定电流模式、我没有这个问题。

    非常感谢您的提示和建议！

    此致。

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    TI__Guru**** 1133420 points
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    Aaron、您好！

    现在、这更有意义、尤其是因为更改 Ccomp 会产生影响。 所发生的情况是、脉冲宽度变得足够短、以至于 COMP 引脚电压无法完全稳定至其调节点。 这就是为什么增加带宽会有所帮助。 当脉冲变得太短以至于 COMP 无法响应时、它可能会比您希望的值更高并且/或者振荡 、那么它将与 PWM 信号断开连接、以便下一个导通周期处于更高或不可预测的水平。

    如果您需要在如此高的频率下进行 PWM 调光、则  可能需要针对不同条件进行不同的补偿。 在这种情况下、任何一种情况下都将出现最小占空比。 但是、关于"软启动"注释的另一个选项是将电阻器(可能为250k 至2M)从 COMP 接地、它可以对 COMP 进行一点放电、以便下一个周期的峰值不是很高。 我们过去在这方面取得了成功。

    此致、

    克林特

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    TI__Guru**** 1133420 points
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    您好、克林顿、


    再次感谢您的评论、真的很有用、很有利润。

    我已根据您的建议连接了330KOhm 的电阻器、现在当我开始调光时、它确实工作正常(软启动)、20kHz 或10kHz 时没有问题。

    感谢您和 TI 团队的快速关注和准确回复。

    此致。