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[参考译文] TPS54560：在启动时具有大型容性负载的 DC-DC 转换器

admin
Guru**** 2463330 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS54560, LM5145, LM76003, LMR14050, LMR16030

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/677224/tps54560-dc-dc-converter-frying-at-startup-large-capacitive-load

器件型号：TPS54560
主题中讨论的其他器件： LM5145、 LM76003、 LMR14050、 LMR16030

您好！

我在 WEBENCH 的帮助下设计了一款具有48V 输入和24V/3.8A 输出的直流/直流转换器。 我使用了 WEBENCH 中推荐的组件、并遵循了数据表中给出的布局指南。

问题在于、转换器在启动时会中断(输入和 GND、输出和 GND 之间短路)。

我尝试以从0V 缓慢增加到48V 的输入电压启动电路、并且工作正常、当输入电压超过24V 时、输出电压调节在24V 左右。

然后、我尝试使用实验室电源(电流限制设置为2A)施加0V-48V 的阶跃来启动电路、TPS54560发生故障。

此时、电路仅由80mm 远处的2200µF μ F 电解电容器加载。 我知道这会产生非常高 的浪涌电流、但 TPS54560 应该 具有限流模式、对吧？ 我的实验室电源应该提供的电流不超过2A (输出电流为4A)，即使可能发生短暂的瞬态...

请在下面找到我的原理图和布局：


感谢您的帮助、

David

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    TI__Guru**** 2463330 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。

    最大的问题是 PCB 布局上的散热器。

    我们了解为什么大型焊盘需要散热器。 但它们会导致高功率开关模式电源出现问题。 开关模式电源对 PCB 寄生电感很敏感。 微型连接会大幅增加寄生电感、从而增加振铃、 电压尖峰等 VIN 和/或 SW 上的高电压尖峰 可能会损坏器件、尤其是48V 与60V Vinmax 不太远。

    我建议移除属于电力输送路径的焊盘上的所有散热器、这意味着：到 SW 节点的输入电压(输入电容器)到 L 到输出电压(输出电容器)。 即使是通孔、也不要使用微小的连接。 高电流路径中的任何布线都应尽可能宽且短 。 宽迹线和短迹线可最大限度地减小寄生电阻和电感。

    IC 下方的散热焊盘似乎没有顶层铜。 除了散热过孔外、还必须将焊盘很好地焊接到顶层铜上、以便将热量分配到其他层。 热管理是此类高功率设计的另一项挑战。

    当您说 SW 短接至 GND 时、二极管是否仍然正常？ TPS54560或二极管上的短路？

    此致、

    杨

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    TI__Guru**** 2463330 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。
    另一个问题是 μ F 电2200µF。 为24V 的电容充电需要大量电荷：Q = C*V=I*t
    TPS54560内部软启动时间为2.1ms、频率为500kHz。 因此所需的平均电流为 i=2200e-6*24/2.1e-3=25A。

    我建议使用具有软启动引脚的另一个器件、以便您可以提前延长软启动时间、例如 LM76003或 LM5145。

    或者、您也可以在直流/直流的 Vout 和大电容器之间添加具有压摆率控制的负载开关。 这样、您就可以在启动后开始为电容器充电、并控制电容器充电的速度。

    希望这些对您有所帮助。

    －杨
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    TI__Guru**** 2463330 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。
    你好

    我们需要直流电源

    VinMin = 13.0V
    VinMax = 90.0V
    Vout = 12.0V
    Iout = 3.0A

    设计：1260659/72 LM5116MHX/NOPB

    我们发现 BSC240N12NS3 G 请告诉我们与此部件等效

    此致

    H. JJ.Hamsaraj
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    TI__Guru**** 2463330 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。

    杨您好、感谢您的回答。

    [引用用户="YangZhang "]

    最大的问题是 PCB 布局上的散热器。

    我们了解为什么大型焊盘需要散热器。 但它们会导致高功率开关模式电源出现问题。 开关模式电源对 PCB 寄生电感很敏感。 微型连接会大幅增加寄生电感、从而增加振铃、 电压尖峰等 VIN 和/或 SW 上的高电压尖峰 可能会损坏器件、尤其是48V 与60V Vinmax 不太远。

    我建议移除属于电力输送路径的焊盘上的所有散热器、这意味着：到 SW 节点的输入电压(输入电容器)到 L 到输出电压(输出电容器)。 即使是通孔、也不要使用微小的连接。 高电流路径中的任何布线都应尽可能宽且短 。 宽迹线和短迹线可最大限度地减小寄生电阻和电感。

    [/报价]

    我不知道散热会导致足够的电感来断开电路... 我将考虑这一点、并在公司内进行讨论、谢谢。

    [引用用户="YangZhang "]

    IC 下方的散热焊盘似乎没有顶层铜。 除了散热过孔外、还必须将焊盘很好地焊接到顶层铜上、以便将热量分配到其他层。 热管理是此类高功率设计的另一项挑战。

    [/报价]

    是的、它确实在顶层和底层上有铜、但它并未显示在该图像中。

    [引用用户="YangZhang "]

    当您说 SW 短接至 GND 时、二极管是否仍然正常？ TPS54560 或二极管上的短路？

    [/报价]

    当我移除 IC 时、短路消失、因此二极管仍然是完全正确的。

    [引用用户="YangZhang "]

    另一个问题是 μ F 电2200µF。 为24V 的电容充电需要大量电荷：Q = C*V=I*t
    TPS54560 内部软启动时间为2.1ms、频率为500kHz。 因此所需的平均电流为 i=2200e-6*24/2.1e-3=25A。

    我建议使用具有软启动引脚的另一个器件、以便您可以提前延长软启动时间、例如 LM76003或 LM5145。

    或者、您也可以在直流/直流的 Vout 和大电容器之间添加具有压摆率控制的负载开关。 这样、您就可以在启动后开始为电容器充电、并控制电容器充电的速度。

    [/报价]

    我认为这是实际的问题，我们试图从该电路吸收太多的电流...

    我将查看具有软启动功能的引脚对引脚兼容电路(如果存在此类情况)、或找到减小浪涌电流的方法(电阻器+并联开关)。

    再次感谢、

    David

  • 0
    TI__Guru**** 2463330 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。

    实际上存在一个具有软启动功能的引脚对引脚兼容 IC：LMR14050。 www.ti.com/.../lmr14050.pdf

    该部件具有内部补偿。 TPS54560的 COMP 引脚由软启动引脚替代。

     －杨

    已修改：

    我刚才意识到您需要48V 输入电压。 LMR14050将不起作用。 LMR16030应该适合您。 但它是一个额定电流为3A 的器件。 TPS54560现在没有60V 5A 器件引脚2引脚。

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    TI__Guru**** 2463330 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、再说一次、

    我在滤波电容器和大电容器之间添加了一个5.6欧姆的串联电阻、这会导致巨大的浪涌电流。 这似乎解决了浪涌电流问题，因为转换器现在不太容易中断... 但它仍然可以！

    以下 是我的应用程序的全局原理图：

    这一次，问题似乎不同：

    • 如果我缓慢上升输入电压，转换器似乎工作正常：当输入超过24V 时，其输出保持在24V
    • 当我突然打开输入电源、使电压上升大约300ms 时、输出电压上升到30V、我必须等待很长时间或加载输出以使其保持24V。

    这是正常行为吗？ 我应该在输出端施加最小负载吗？ 是否有任何输入 dv/dt 要求？ (我在数据表中找不到)

    以下是斜升期间输出电压的示波器波形(深蓝色)：(无输入电压波形，抱歉...)

    当我尝试在输入端施加负载时，转换器再次损坏... 我不知道它是否与上一个问题相关。 该负载吸收了3.8A 的巨大浪涌电流、但应由并联的大电容器覆盖。 实际上，TPS54560只能为该电容器充电，并为该负载提供70mA 的稳定状态电流...

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    TI__Guru**** 2463330 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。
    我认为这仍然与浪涌电流过大和电路板噪声过大有关。

    当您缓慢斜升 Vin 时、Vout 在 Vin 达到24V 之前跟随 Vin、因此输出端的大电容也会缓慢充电。 当输入电压高于24V 时、输出电压调节为24V。 由于已经将大电容器充电至24V、因此不需要大电流、因此一切都很好。

    如果 Vin 快速斜升至24V 并且 Vout 不能跟随、它将提供尽可能多的电流来为大电容器充电。 如果在电容器充满电之前添加负载、大电流将会更长、因为大电容器上的电荷会在充电的同时耗尽。

    大电容器充电后、如果添加负载、任何负载电流仍将来自稳压器、因为负载所获取的任何电荷都需要由稳压器重新灌装。

    我建议您探测电感器电流波形、以查看正常运行和损坏时发生的情况。 您可以从电路板上提起电感器、将 SW 侧焊接到焊盘上、使电感器垂直地站在焊盘上。 然后将一条粗线从电感器的另一个焊盘焊接到 PCB 上电感器封装的 VOUT 焊盘上。 这样、您可以在导线上使用电流探头来观察启动和负载条件下的电流行为。

    －杨