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[参考译文] TPS61093:TPS61093:EVM 和定制 PCB 中标称负载电流下的不良瞬态响应

Guru**** 2494635 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS61093

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/717976/tps61093-tps61093-bad-transient-response-at-nominal-load-current-in-evm-as-well-as-custom-pcb

器件型号:TPS61093

我有 TI 的 TPS61093EVM 评估板以及在嵌入式应用中采用此器件的定制 PCB。   EVM 和定制 PCB 在瞬态响应方面都经历了相当极端的偏移、我无法弄清发生了什么情况。   EVM 和定制 PCB 都存在这种情况、这表明这不是定制 PCB 上的布局问题。   

首先是评估板 TPS61093EVM。   输入电压为2.2V。  通过 不焊接/焊接适当值 R 的方式将输出电压设置为6.5V (R1 = 121k、R2 = 10.2k)。   负载在0mA 至70mA、250Hz、50%占空比之间脉冲。   负载是一种电子负载、通过全面测试进行验证、可在70mA 时准确地加载该输出。   TPS61093EVM 上的所有其他器件均未改动、如数据表和用户指南中所示、处于库存状态。   下面是使用低电感桶接地引线在1GHz Agilent 示波器上直接在输出电容器两端测量的输出波形:

如您所见、当70mA 负载脉冲打开时、我会看到将近3伏的负偏移、然后在关闭时、会看到将近600mV 的过冲和缓慢的恢复。   这与 TPS61093EVM 数据表中的波形几乎没有什么关系。   

添加10nF 的 CFF 似乎可以在某种程度上解决该问题、但为什么此处需要这么大的 CFF 值?   

现在、定制 PCB 上的 TPS61093的布局方式与数据表建议和 EVM 大致相同。   但是、组件值稍有不同。  详细信息:  Cin = 4.7uF 0603。  COUT=2.2uF 0603。   电感器为4.7uH LQH2HPZ4R7MJRL 、额定电流为1.2A (顺便说一下、这是本设计中最大 L 电流的2倍。  我认为 L 饱和在这里不是问题)  SS 引脚并联到220k/220nF。 CP 电容为220nF。  VO CAP 为220nF。   绿色波形表示施加的负载电流为70mA。  黄色波形是 Co 输出波形、不使用 CFF 电容器:

现在、在定制 PCB 中添加 CFF = 10nF 在某种程度上会有所帮助、但对于瞬态响应似乎仍然超出规格:

 在上面的黄色波形中,Vout 似乎甚至无法及时恢复以达到目标电压... ~4ms 的缓慢 RC 斜坡似乎完全超出规格、以及此设计的所有其他瞬态行为。  

TI 或外部的任何人能否提供有关这里发生的情况的任何见解?  

为什么 EVM 和定制 PCB 上的大偏移都是负偏移/正偏移?  使用 TPS61093时、是否不允许在零负载和标称负载之间产生脉冲?  为了记录在案、我尝试了各种电感值、各种输出电容值以及各种 CFF 值;  根据 我的经验观察、上述定制 PCB 中的值可提供"最佳"响应、但这仍然与预期行为非常不相符。   

感谢您的阅读!

  • 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。
    尊敬的 Adam:
    感谢您在 EVM 中进行详细的实验并清晰地记录问题。
    您能否帮助使用 VOUT 测量 VIN 电压? 确保 VIN 中没有较大的压降。

    输出电容器不足以满足此应用的要求。 我建议将输出增加到10uF 或更高、以帮助实现负载瞬态和稳定性。 之后,我们可以按照本应用手册来优化CFF"www.ti.com/.../slva289b.pdf"
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    我已经多次研究这个问题、我发现许多升压转换 器都受最小负载的影响;也就是说、低于某个最小负载时、不能保证输出处于稳定状态。   这可能是因为器件进入 DCM 或脉冲跳跃模式,或者由于最短开关导通时间产生了一个较低的电流限制,控制环路无法运行... 但我不确定这是我在该器件中看到的情况。  

    我确实在对70mA 至0mA 的负载电流进行脉冲、并且可能需要一个最小负载电阻器。  

     TPS61093是否 具有正常工作所需的最小负载?   我无法直接在数据表中找到这一点、但数据表中确实说明了:

    在我的应用中、Vin = 2.2V、Vout = 6.5V

    因此 Iout_skip = 4 *(65E-9)^2 * 1.2e6 /  2 *(6.5 + 0.8 - 2.2)* 4.7uH   =  512uA   

    如果我将负载电流保持在512uA 以上、这是否有助于我看到的响应?   我将在本周尝试并运行该实验、并进行检查。  

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    尊敬的 Adam:

    该器件无需最小负载电阻器即可调节输出电压。 如果负载非常小或无负载、它将进入跳跃模式以调节 VOUT。 但在负载瞬态条件下、它需要时间对输出电容器进行充电或放电。
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    以下是修改 Cout 之前的输入电压波形和输出电压波形(来自 EVM):   

    现在请参阅下面的内容:我将 Cout 更改为 2 个4.7uF X7R 0805 25V 并联电容器。   波形几乎没有改善:  

    我怀疑 Cout 是这里的问题。   使用 WEBENCH 以及数据表中的公式、 为了满足我对 Vin = 2.2V Vout = 6.5V Iout = 100mA 的要求  、我需要 L = 10uH  Cout = 1uF Cin = 4.7uF   我使用了4.7uH 的较小电感器和2.2uF 的较大 Cout   、但这在数据表中的容差范围内。   此外、我还尝试使用 L = 10uH 、但这一点根本不会改变响应。   在我看来、这里发生了一些更深入的事情、导致示波器波形中显示的极长的压降和恢复时间。    

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    您或 TI 的任何人能否验证此 EVM 的运行情况? 我想知道我是否是唯一看到这种瞬态响应的人。
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    尊敬的 Adam:

    我将使用 EVM 再次检查行为。
    添加 CFF=10nF 后的行为是否可以接受? 您需要任何改进或只是想了解行为。
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    遗憾的是、添加 CFF = 10nF 后的行为仍然是不可接受的。   电压骤降、恢复和过冲之间存在400 mVp-p 的较大偏移。   问题不是骤降/过冲中的绝对值、而是恢复时间。   恢复时间似乎与 TPS61093数据表和 TPS61093-EVM 有很大不同。   即使在施加负载后2ms、输出电压似乎也不会在其6.5V 的设定点恢复/稳定

    我已经尝试在  PWM 中的关断时间期间为1mA 负载添加一个6.5k 的虚拟负载、但这一点根本无助于瞬态响应。  我担心器件进入 DCM 或 PSM 模式及其恢复、但情况似乎并非如此。

    我会尝试从 TI 或其他供应商处查找替代器件、但 TPS61093似乎很独特、因为它具有我需要的所有以下特性:  (a)最小输入电压至少为1.8V (b)最小输出电压至少为6.5V (c)面积<= 3mm x 3mm (d)同步整流器(e)可以支持0.1A 输出电流(f) 输入/输出隔离开关   、因此、至少现在我一直卡在 TPS61093上

    贾斯珀:感谢您迄今提供的所有帮助。   非常感谢!   期待收到您的调查结果。

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    尊敬的 Adam:

    我在 EVM 中发现了类似的行为、包括4.7uH 电感器、22uF/0603/10V 陶瓷电容和10nF 前馈电容器。 我发现进一步增加了 CFF 帮助。 您是否可以尝试增加 CFF?
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    今天在实验室中运行了更多实验。  我想我已经找到了一个解决方案。  

    作为参考、当 CFF = 10nF 且 Cout = 10uF 时、我能够获得的最佳瞬态响应为:

    更改 CFF = 100nF 会导致:

    更高的 CFF = 220nF 没有任何改进:

    现在、我需要返回到我的原始 Cout = 2.2uF。  我担心这会导致不稳定或再次导致长时间的瞬态响应、但是、从 Cout = 10uF -> 2.2uF 不 会影响瞬态响应、实际上、它几乎与 Cout = 10uF 的情况相同:

    如需将来参考或有此问题的任何其他人、上述响应的设计参数为:

    R1 = 121k  R2 = 10.2k  Cout = 2.2uF Cin = 4.7uF  CFF = 220nF   CSS = 220nF  RSS = 220k  L = 4.7uH  CP = 220nF

    感谢 Jasper 验证这些结果并帮助我获得正确的回复。   虽然这已经解决了、但我仍然非常好奇、为什么需要这么大的 CFF 值。   CFF 通常在 pF 到几 nF 的范围内...  

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    你好、Adam
    如果 CFF 高于一个特殊值、我认为它不能进一步改善瞬态响应。 CFF 实际上会添加一个零点和一个极点、零点的频率低于极点。 这就是 CFF 可以改善响应的原因。 如果极点频率远低于交叉频率、增加 CFF 将不再有助于响应。

    因此、我更喜欢使用能够满足您要求的 CFF 最小值。 例如、如果100nF (或更低)的工作电压、我希望使用100nF (或更低)而不是220nF。 较大的 CFF 可能会影响启动时间