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[参考译文] TPS43351EVM:3.3V、5A 输出、高输入电压、低输入电压和高输入电压下的次谐波振荡

Guru**** 2529560 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS43351-Q1

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/731019/tps43351evm-sub-harmonic-oscillation-at-high-low-and-high-vin-for-3-3v-5a-output

器件型号:TPS43351EVM
主题中讨论的其他器件:TPS43351-Q1

您好!

     我现在提出这个问题是因为我想确保频率同步问题没有故障。 现在这些问题已经解决、我有了相同的电路、现在输出#4、Gorion 具有完整的原理图。 对于高于12.0V 的 VIN 和高于3.5A 的 Iout、我看到开关节点占空比中的次谐波干扰逐渐变差。 增大 VIN 和/或 Iout 会使该振荡变得越来越明显。

通道2 = Iout、通道4 = SW 节点、这是针对 VIN = 13.8V 和 Iout = 5A (最大负载)

我关于该 IC 的第一篇文章导致了电路板上第一个 TPS43351-Q1的两处变化、即移除连接另一个输出为5.0V 的电阻器到 EXTSUP 引脚、并将 VREG 引脚电容增加到4.7uF。 我已经对第二个 TPS43351进行了这两个更改、该更改可生成3.3V、5A 输出、但这两个更改都没有停止振荡。

    此外、我发现、如果我尝试通过施加输入功率或使用逻辑使能来启动高于3.5A 的负载(恒定电流负载)、则输出将卡在大约0.8V 的电压下、并提供3.5A 的平均电流。 以下是此类启动的图解:

通道1 = VIN、通道2 = Iout、通道3 = ENA 和 ENB 引脚、通道4 = Vout

解决此问题的方法是降低电流感应电阻。 为了实现相当平稳的单调启动、我必须将电流感应电阻从原来的5 m Ω 降低到2.5 m Ω。 这会导致增益相位响应发生一些变化、因此我还调整了控制环路补偿。 这是保守但非常稳定的:

在对相位裕度存在一些混淆之前-这是直接读取的、并在底部报告:8.3 kHz 带宽时为75º μ W。 这是在 VIN = 13.8V 且 Iout = 3.0A 的情况下进行的。 高于3.5A 时、波特图只是噪声。

    我排除了输入端的电源阻抗相互作用、主要是因为当 VIN 下降时、这种不稳定实际上会变得更好-与您在输入阻抗导致问题时看到的情况相反。 我已经排除了控制环路中的低相位裕度或增益裕度。 我不想进一步降低电流感应电阻、因为我担心信噪比。 还有什么可能导致次谐波振荡?

    谢谢、

Chris

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    Chris、
    您是否使用 Gb2来驱动此应用中第二个 IC 的同步? 如果是、请尝试移除 Gb2并使用 RT、或通过第二个 IC 上的外部电路驱动 SYNC 引脚。

    供参考:我不建议使用 Gb2来驱动第二个 IC 的同步。

    两个 IC 是否都显示了该次谐波振荡? 还是仅第一个 IC? 第二个 IC?

    工作中是否存在展频?
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    大家好、Gordon、

        是的、我使用的是 Gb2、因为我希望第二个 TPS43351通道 A 的上升沿与第一个 TPS43351通道 B 上升沿的上升沿保持一致。 我没有意识到 RT 引脚信号可用于同步第二个 IC。 Gb2信号非常干净、您可以在此处看到:

    Ch.1 =第一个 IC 的通道 B 开关节点、Ch. 3 =第一个 IC 的 Gb2 (用作 SYNC)、Ch. 4 =第二个 IC 的通道 A 开关节点

    感谢您关注 Gb2布线可能产生的辐射 EMI 影响、但这两个 IC 彼此靠近并朝向、因此该布线较短:

    这是一个称为"SYNC"的通路、左侧的两个通路位于 Gb2引脚的以北、而最右侧的通路紧邻第二个 IC 的 SYNC 引脚。 布线周围是 PGND、并且两个内层的下方还有一个实心 PGND 平面。

         该次谐波振荡仅在3.3V、5A 输出中出现。 其他三个输出在整个 VIN 范围(非常窄、仅10V 至16V)内具有干净的(稳定的占空比)、并且可达到其最大负载。 我正在使用扩频、实际上、这就是为什么同步看起来不起作用的原因。 不过、作为测试、我通过移除将第一个 IC 的 SYNC 引脚短接至 VREG 的跳线来禁用展频、然后使用和不使用连接第一个 IC 的 Gb2以同步第二个 IC 的跳线进行测试:

    -使用 Gb2同步跳线:两个 IC 在轻负载时均处于 DCM 模式,然后在重负载时进入 CCM 模式,并在它们之间适当同步。 但是、3.3V、5A 输出仍然显示 IO > 3.5A 且 VIN > 12V 时的次谐波振荡

    -不使用 Gb2同步跳线:两个 IC 在轻负载时均处于 DCM 模式、然后在重负载时处于 CCM 模式。 未同步。 3.3V、5A 输出仍然显示 IO > 3.5A 且 VIN > 12V 时的次谐波振荡。

    我已经得出结论、频率同步确实有效、并且它不负责3.3V、5A 输出中的次谐波振荡。

    由于电压环路良好且稳定、我想知道峰值电流环路是否不稳定。 我确实必须将电流感应电阻降低到2.5m Ω、以确保启动进入满负载、而数据表计算结果显示、4.7m Ω 非常适合实现最佳斜率补偿。

    谢谢、

    Chris

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    Chris、

    不能、RT 引脚无法驱动同步。 我想我的发言不是很清楚。

    (尝试从 SYNC 引脚上移除 Gb2并将 RT 引脚用于时钟、或通过第二个 IC 上的外部电路驱动 SYNC 引脚。)

    您似乎已经越过了这一点、但我只是想澄清一下。

    我在第4个电压轨(3.3V)上运行了数学运算、对我来说、COMP 电路看起来是错误的。 我很确定您已经对此运行 了波特图。 我想我能想到的最重要的项目是分压器极点和第二极点非常低。 这可能会导致低频纹波、并可能导致满负载启动问题。

    我在输出中没有看到这种纹波、除非输出电路具有大量具有高 ESR 的电容、并且您也没有。   

    我已经尝试附加 TPS433x 的数学工作表。 这是我在设计电路板和支持客户时进行计算的地方、到目前为止、我在使用这些值时从未遇到过问题。 我们也有其他客户在这里使用自己的计算、他们的 COMP 电路与我们的 COMP 电路有很大不同、他们看起来工作正常。

    e2e.ti.com/.../slvc528.zip

    我有时会在顶部 FB 电阻器上放置一个47pf。 (在您的 R41情况下)这为快速负载阶跃提供了一些前馈补偿。 可能不是您的问题、但想在那里解决。

    在您的所有设计中、您的设计和我通常运行的设计之间的唯一区别是 COMP 值。 查看随附的电子表格、让我知道您的想法。

    在这段时间内、我将获取 EVM 并更改 COMP 组件以匹配您的值、然后查看我是否可以使其像这样纹波。

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    大家好、Gordon、

      感谢您的澄清-我认为 RT 引脚无法驱动第二个 TPS43351的 SYNC 引脚。 我已经让每个 IC 自由运行、两个 IC 都运行得很愉快、但自由运行或同步它们的组合不会使 Vo4中的次谐波振荡消失。

      在本主题中、您如何建议将两个 TPS43351同步在一起、因为这两个 TPS43351都需要扩频?

    我应该更清楚地了解我的控制环路补偿。 以下是我使用的原理图中显示的 COMP 值在 PCB 上的结果:

    这是在 VIN = 13.8V 且 IO = 3.0A 的情况下进行的。 带宽为12kHz、PM 为39º Ω。 根据我的口味、相位裕度有点低、因此我仅绘制了功率级图、条件相同:

    然后、我针对电流感应增益和斜率补偿幅度调整了我猜中的小信号模型、直到它非常接近上面的实际图。 然后、我重新计算了补偿和目标10kHz BW。 这使我达到 R36 = 649欧姆、C59 = 100nF、C60 = 3.3nF。 结果同样适用于13.8V 输入和3.0A 输出:

    速度更慢、但非常非常稳定。 电流感应信号上的低 SNR 是否可能导致?

    谢谢、

    Chris

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    Chris、
    建议同步两个 IC 的方法是使用单独的时钟源并驱动两个同步引脚。 这将使 IC 能够同步和扩频以针对每个电压轨执行它自己的操作、从而在4个电压轨上提供最小的辐射噪声。 为此、并不总是能够添加单独的电路。 一些客户使用控制器的 GPIO 引脚并设置内部计时器来设置频率。 这还使它们能够在扫描辐射发射并且知道干扰点在 AM 转盘上的位置后、使时钟远离 AM 频带干扰。
    由于分流器上的电流测量信号约为50mV、因此 SNR 绝对是可能的。 因此、我们建议在 IC 的分流引脚上使用电容器。 我们甚至建议将两个10欧姆电阻器与分流线路串联。 这会在分流引脚上使用电容器、从而为分流器创建一个 PIE 滤波器。

    您现在是否要关闭此 E2E 问题、或保持该问题开放以便跟进此问题?
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    大家好、Gordon、

         我觉得单独的时钟源将是建议的方式、最好将四个输出中的每一个输出偏移90º μ V、但我认为我的客户不会接受纯粹出于这个原因的硬件更改。

         我无法说基本问题已经解决、因为即使让控制3.3V、5A 输出的 IC 振荡器自由运行、输入电压高于12.0V 且输出电流高于3.5A 时、我仍然会看到次谐波振荡。 我得出结论、时钟同步没有故障。

         我不确定电流感应信号的 SNR 是不正确的、因为我有一个5V、6A 的输出、称为 VO2、 为了通过施加 VIN 或使能逻辑使能使该输出启动至满负载、我还必须将电流感测电阻降低至2.5 m Ω。 该输出显示在10V 至16V 的整个输入电压范围内、其占空比到整个6A 的无次谐波振荡。 电感器值不同、但不同的输出电压意味着对于 VO2、感应到的峰峰值电压实际上低于有问题的 Vo4的感应到峰值电压。 理论上、Vo4的 SNR 更高。

        我将拍摄一些 VO2和 Vo4感应电阻器上的电压示波器截图以进行比较、并很快发布。

    谢谢、

    Chris

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    大家好、Gordon、

        首先,我对花这么长时间作出答复表示歉意。 我搬到了一个真正的办公室(对我来说是一个大步骤!) 但这使所有工程冷风连续两周都停止了。

    我看到的次谐波振荡是由于布局不佳、这完全是我的故障。 电流感应电阻器走线穿过开关节点、两者之间没有静电屏蔽、这会在信号中产生显著的垂直偏移。 无论负载如何、它都会发生、因此我确信它是电场耦合。 如果我的客户允许、我将在新的布局中修复它。

       再次感谢您的所有帮助!

    Chris