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[参考译文] SM72295：有关 SM72295实施的问题

admin
Guru**** 1552380 points
Other Parts Discussed in Thread: SM72295, TIDA-00120, TIDA-00121, SM72295EVM
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/670547/sm72295-questions-about-sm72295-implementation

器件型号：SM72295
主题中讨论的其他器件： TIDA-00120、 TIDA-00121、

我们遵循 PMP7605参考设计创建自己的 MPPT 控制器。 (不过、我们使用了 STM32F410 CPU 来代替 MSP430)

由于我从未在这种低电平电路中使用过这种类型的电路、因此在继续将铅酸电池连接到 V_OUT 和太阳能阵列之前、我需要获取一些有关其运行情况的其他信息 (或限流电源)更改为 V_IN。

到目前为止、我仅将一个12v 电源连接到 V_OUT、以便为电路板加电并对处理器执行功能测试、并查看我如何切换 MOSFET 的栅极。 我观察到的其中一个结果是、电压出现在 V_IN 与 GND 之间、大约为2倍 V_OUT、即在 V_OUT 处为12v、在 V_IN 处为我提供24V 电压。 该电路的这种正常行为是否正常？ (我知道我将需要一个阻断二极管来防止电池驱动太阳能阵列)除了通过上部 MOSFET 的任何泄漏之外、我是否应该在 V_IN 上看到电压？ 如果是、我应该期望该电压是多少？ 另一个观察结果是、当我不驱动 MOSFET 时、我的电源电压在 V_OUT 上 出现在 V_IN 上、假设这是由于上部 MOSFET 中的体二极管导通所致。

我还想了解如何驱动桥电路中的 MOSFET、目前、我交替驱动 HoA / HOB 打开、LOA /LOB 关闭、然后 驱动 HoA / HOB 关闭、LOA /LOB 打开。 这是驱动电桥的正确方法、还是应该一次只切换一侧而不是并联？

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    TI__Guru**** 1552380 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。
    Nicholas、您好！

    感谢您询问 SM72295。 您似乎是将交错降压作为交错升压进行反向接线。

    切换交错降压或两相转换器的正确方法是交错主开关或高侧360deg/n-phases=180deg 与低侧相似、类似于链接中的图1：
    www.ti.com/.../slva882.pdf
    PMP7605是 TIDA-00120的测试报告、可以在此处的第8页找到这些开关节点波形：
    www.ti.com/.../tidu219.pdf
    有关交错降压的更多信息、请单击此处：
    www.ti.com/.../slyt139.pdf

    降压转换器的问题仍然适用、如果输出端施加12V 电压、输入端的电压是输入端的两倍、这可能意味着您将反向运行转换器、因为降压转换器中的功率流与占空比成正比。 根据定义、当 Vout=12时、D=Vout/Vin 设置为将输出调节到12V、Vin=24V、然后 D=50%。 您能否确认占空比？ 如果为50%、则降压转换器反向运行时的行为正常。

    如果在12V 电压接通 VOUT 时同时施加两个 LO、则两个电感器都将充电、因为低侧现在是主开关(如升压转换器)。 在对电感器充电和关断 LO 之后，存储的电流沿着 HO 体二极管的路径流动，在 HO 导通后，允许电流双向流动，因为它是同步的，因此达到 VIN。

    从升压转换器的角度来看(VOUT 为12V)、PWM 控制技术与之无关、即交错式开关、而不是同时开关、转换器会向主开关施加脉冲、无论 LO 如何、因此会向电感器施加一些电荷。 HO 不必导通、因为当电感器电流停止流经低侧开关并继续通过高侧进入 VIN 时、体二极管将导通。 通过交错方法和 VOUT 上的12V、转换器将在 VIN 上实现24V 的稳压。

    如果您有任何疑问、请告诉我！
    谢谢、
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    TI__Guru**** 1552380 points
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    感谢 Jeff！

    >>您似乎是将交错降压转换为交错升压。<<

    我假设情况是这样、因为我要对输出应用一个电源、即要充电的电池将连接到何处。 很容易看出电路为何在从输出电压到输入电压的升压模式下工作(或在降压模式下工作)。 我可以确认我当前以50%的占空比运行、因此我看到的升压电压是正确的。

    根据您的解释和 slva882.pdf 的图1、似乎我应该驱动 HO 和 LO 180度的相位1 MOSFET 栅极、然后驱动相位2的栅极。 换言之、(从降压方向看)对于第1相、我将打开 HO、将 Vin 连接到 Vout、并允许电感器通过该电路充电。 然后、我会在死区时间后关闭 HO 并打开 LO、这将允许电感器通过 Vout 放电。 然后、我将对阶段2重复此序列。 这基本上是正确的吗？

    此外、我在将我的两个相位并联切换时似乎出错、即 HOA / HOB 打开、然后 LOA / LOB。 似乎我一次只应该有一个阶段激活、即 Hoa (死区时间) LOA (死区时间) HOB (死区时间) LOB (死区时间)。

    看起来 slyt139.pdf 有一些有关开关频率的其他信息、我想查看这些信息。 目前、我计划像评估板中那样以大约200kHz 的频率运行转换器。 我希望进一步了解如何优化 HO 和 LO 栅极之间的死区时间。

    因此、我应该在 Vin 上看到某种程度的升压电压、即在我们连接太阳能电池板的位置。 我计划使用限流电源代替太阳能电池板进行测试、但这样做比较随意、因为此时的电压变得相当"高"(如果您可以将24V 称为高电压) 但是、如果我不执行诸如实现阻断二极管的操作、那么肯定足够高、足以损坏电源。 当然、当我为电池充电至13伏时、我可能会在太阳能阵列或 Vin 电源上看到26伏的电压、具体取决于占空比。
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    TI__Guru**** 1552380 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。
    此外、我想知道我是否可以让您查看我们的原理图和布局、以验证您的 POV 是否一切正常？
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    TI__Guru**** 1552380 points
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    Nicholas、您好！

    感谢您的更新、请随时发送任何原理图、我很乐意与您一起审阅。 我应该提到以下应用手册：

    http://www.ti.com/lit/an/slyt449/slyt449.pdf

    降压转换器的交错部分会在180deg 时触发 HO，而不是像现在那样在0deg 时同时触发两个 HO。 当然、每个半桥桥臂都应互补操作、以防止击穿。 我绘制了此图、以帮助清楚地说明这一解释：

    交错可减少纹波、进而降低 RMS 电流。 它还使滤波器频率加倍、因此可以使用更小的组件。 通过触发 HO 交替热点可以减少、并且由于占空比为50%、此应用手册介绍了由于一个相位电流峰值在其他相位发生槽时发生、因此可以最大程度地消除纹波。 这种纹波减少最终会提高效率、因为负载将消耗更多电流作为平均电流。

    以优化死区时间。 假设您想要针对 CCM 进行优化并希望尽可能缩短时间。 在稳态条件下、DT 是恒定的、但例如在负载瞬态期间需要改变。 有关死区时间优化的最新应用手册适用于高速 GaN 驱动器、但仍适用于 FET 以及半桥配置中需要查找的内容： http://www.ti.com/lit/an/snva815/snva815.pdf -第4页-最大限度地缩短死区时间

    SM72295在两个 HO/LO 通道之间具有1ns 的输入到输出延迟匹配。 TIDA 使用的 SM72295可实现80ns 的死区时间，而不会出现任何问题，您需要的 DT 有多小？ 对于 DT 低至4ns 的情况，有一种称为自适应死区时间控制的 TI 驱动器控制方法，但在 SM72295上不使用。

    对于电流受限电源、您是否在从太阳能板到电池的整个过程中使用了正常的阻断二极管(因此电池不会变为电源)？ 您是否担心 VIN 泛型电压超过26V 并损坏25V 电源？

    谢谢、

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    TI__Guru**** 1552380 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。

    感谢 Jeff、新的应用手册和您的时序图确实有助于澄清问题。

    我附加了原理图的.zip 和包含布局光绘文件的另一个。

    >>您需要的 DT 有多小？<<

    我没有想到具体的死区时间；据我所知、我们会在死区时间增加的情况下失去效率、因此我希望使用最少的时间来防止击穿。 STM32F4允许我对我用于驱动每个相位上的 HO 和 LO 的互补通道输出之间的死区时间进行编程。 如果 SM72295在 HO 和 LO 之间有1nS 的延迟时间、我可以将死区时间编程为0、但上次我尝试这样做时、我从电源(连接到 Vout) OTOH 汲取了过多的电流、 我没有按照上面的建议驱动我的相位、因此我可能想尝试再次尝试对死区时间进行编程

    >>对于电流受限的电源，您是否在从太阳能板到电池使用了正常的阻断二极管(因此电池不能转换为电源)？ 您是否担心 VIN 泛型电压超过26V 并损坏25V 电源？<<

    我没有安装阻塞二极管、但现在我已经安装了。 该电路似乎需要它。 我们目前依赖的充电控制器设计(与开关设计相反、它是一种线性设计)在 充电路径中采用了一个额外的 MOSFET、该 MOSFET 在太阳能阵列电压>电池电压之前保持关闭、因此我们不需要额外的阻断二极管。  

    在该电路的正常工作条件下、假设我将占空比在30%和70%之间变化、假设电池充电至12v、我在太阳能阵列上可以看到的"典型"电压范围是多少？ 直流= Vout/Vin 等式是否适用？ 您对阻断二极管有什么建议吗？  

    e2e.ti.com/.../781_2D00_020_2D00_003_2D00_revA.zip

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    TI__Guru**** 1552380 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。

    e2e.ti.com/.../mppt_2D00_ems.zip

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    TI__Guru**** 1552380 points
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    尊敬的 Jeff：

    还有几个问题

    在原理图中、您将注意到我能够禁用 SM72295的 VCC 电源(12v)。

     如果在 VCC 禁用的情况下继续从处理器计时器输出驱动 LI 和 HI 输入引脚、是否有损坏此部件或处理器的风险？ (但仍启用 VDD (3.3V))

    此外 、在切换相位时、我可以从连接到 V_OUT (J2)的电池获取哪种工作电流(不包括充电电流)？ 我看到的电流约为100mA。 我们需要尽可能减少这种情况、因为我们正在为连接到 J2的所有器件供电、并且该充电器将持续连接到电池、即使在运输过程中也会消耗一定的静态电流。 如果禁用72295的 VCC、则会将我的电流降至大约15mA。 但我想向您核实、我可以安全地关闭该器件、而不会导致其他问题。

    另一个问题、与我在上面发布的问题相关：考虑到我目前所了解的占空比与 Vin 和 Vout 之间的关系、在某些情况下、我似乎可以在 Vin 处实现高达50伏的电压、 假设我们将充电至15V 的电池连接到 Vin、同时以30%的占空比进行开关。 这看起来是对的吗？  

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    TI__Guru**** 1552380 points
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    Nicholas、您好！

    很抱歉、我会在24小时内向您提供原理图审阅的最新信息。
    感谢您告诉我所有这些信息。 所有这些对于 e2e 线程来说都很棒、我们越有越多越好的线程。

    开关太阳能充电控制器使用 MPPT 来跟踪电池板电压并在输出下降前尽可能多地压榨电流。 只要您的开关波形相同、VIN 上的电压应遵循相同的降压公式。 在30%直流和 VOUT=15V 的情况下、VIN 应等于50V。 VIN 输入电流应是输出电流的函数。 因此、如果您在 VOUT 端看到100mA、则应在忽略功率损耗的情况下看到 VIN 为30mA、因为 IOUT = IIN/D。

    TIDA-00120和 TIDA-00121都具有用于阻断二极管的 FET、如您所述。 TIDA-00121也与太阳能充电器类似。 原理图中的 Q6/Q15是否正常导通，FET 的体二极管将用作阻塞二极管？ 我将仔细查看您的原理图并尽快更新。

    可以微调栅极开/关电阻器或 CGS 电容器的驱动器输出延迟、以实现 MCU 的0ns 死区时间、从而获得最佳效率、但更安全的是具有一定的死区时间。 除了死区时间损耗外，功率级 FET 的 Qg 越小，效率就越高，因为对于频率更高的开关损耗，它与 Vdd^2*fsw*cg 成比例。

    感谢我来验证风险。 如果存在 VDD 但 SM72295不存在 VCC、则没有已知的输入 PWM 损坏情况。 作为一项措施、我将抓取 SM72295EVM 并运行非 char 工作台测试、以确认输入能够承受3.3V 200kHz 和 VDD=3.3V 时的功率循环 VCC。 我想这一点完全没有问题，而且由于 VCC 低于大约6V 的 UVLO 阈值，两个 UVLO 都将生效。 在 UVLO 期间、两个输出均保持低电平、HB-HS UVLO 仅保持高侧低电平。

    谢谢、
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    尊敬的 Jeff：

    关于死区时间：我能够对驱动每个 MOSFET 对栅极的互补定时器输出之间的死区时间进行编程。 我发现、在开关频率为200kHz 时、在30%至70%的直流之间运行时、我需要在这些信号之间引入至少5us 的死区时间、以避免击穿。 这对我来说似乎太过分了。 如果我将开关频率降低至100kHz、我发现即使在不遇到击穿的情况下大幅增加死区时间、我也无法从50%的直流电中偏离得太远。

    我想知道我们在设计中使用的 CSD18502 MOSFET 是否太慢？

    关于切换的另一个问题 由于我使用对高侧 MOSFET 互补的计时器输出来驱动低侧 MOSFET (即、我在具有4个输出的处理器上使用1个计时器、2个输出驱动高 MOSFET、2个互补输出驱动低 MOSFET)... 输出之间的占空比也是互补的、也就是说、当我将上部 MOSFET 切换为@ 70%时、我将会将降压转换为30%。 这是可以接受的吗？

    另一个问题：鉴于上述情况、我观察到我无法在太阳能阵列连接器(V_IN)上实现低于约22伏的电压。  据我所知、我应该能够在阵列的最佳工作电压附近的某个范围内调整太阳能阵列上的电压... 约为17伏。 在电路正常的情况下、我们似乎永远无法从太阳能电池板为电池充电。   

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    TI__Guru**** 1552380 points
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    Nicholas、您好！

    感谢您的更新和出色的问题与理解，这是一段非常长的时间！ 我想看看所有4个输入信号、似乎半桥没有正确切换。 如果一切都正确切换，请参考我方便的 dandy“交错切换波形”红色/蓝色图，您应该有2个计时器来驱动 Hoa 和 LOB 同样，您应该有2个互补计时器来驱动 HOB&LOA，您能确认这一点吗？

    查看这篇有关交错式降压的文章、但我们在 TI 的好友 Marcus Zimnik -

    我在原理图上附加了我的第一遍、我们可以解决一些问题。 我将在周一前用全新的眼光拍摄第二张通行证、并为您提供 SM72295EVM PWM-powercycle 测试结果的最新信息。

    谢谢、

    e2e.ti.com/.../mppt_2D00_ems_5F00_sm72295-jeff-edit1.pdf

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    TI__Guru**** 1552380 points
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    尊敬的 Jeff：

    我无法访问原理图上的问题。 也许您可以通过其他方式发布它们。

    您的时序图非常有用。 希望 TI 将其包含在72295数据表的未来版本中

    我附上了我现在拥有的 LI 和 HI 信号的示波器截图。 从上到下... HIA、LIA、HIB、LIB。

    顶部快照是50%占空比、底部是80%。

    迹线中的振铃是由于示波器探头接地不理想、