[参考译文] TPS92641：使用外部分流 FET 调光的 TPS02641上的闪烁问题

您好 Thomas

我希望在闪烁条件下要求一些 SW、HG、LED 灯串电压、R111上的电压波形。

BTW、引导电容 C104看起来很小、您可以尝试将其增加到0.22uF、并看到任何差异。

您好梅森、

我们增加了启动电容器。 不知道为什么它被设置为4、7nF、但我想它显然太小了。 增加引导电容器确实改善了整体调光、但并未真正解决闪烁问题。

以下是来自 SW 引脚的2张图片：

我们观察到、第一个差距的大小有时不同、但我们不知道这是不是问题。

下图显示了 HG 输出(在100R 和门之间测量)：

这里是 CS 的图片、但取自之前的测量结果、其中驱动器设置为800mA 并具有一个小分流电阻器。 目前分流电阻更大、驱动器设置为1.5A。 我们将在接下来的几天内努力更好地了解情况。

总体而言、由于闪烁频率非常低、随机度相当高且振幅非常低、因此很难测量闪烁。 出生率仅因 ca 而异。 2-3%、但在低频情况下、只需看到即可、本产品的用例禁止任何可见闪烁。

此致、
Thomas

我应该补充的是、我们在4、7nF 自举电容器上放置了一个100nF 的电容-而不是220nF。 这足够大、还是我们需要更多？ MOSFET 具有非常低的栅极电容。

尊敬的 Thomas：

Mason 因病假而离职。 他将在回来后回复您的问题。

很抱歉给您带来不便、感谢您的耐心等待。

BR

Patrick

尊敬的 Patrick：

感谢您的介绍。 我们将耐心等待、并尝试在平均时间内获取更多信息。

我们还有一个关于芯片运行的问题：差分放大器切换输入(CS 和 iAdj)以避免任何偏移。 当分流 FET 将输出短路时、该机制如何工作？ 它是否以 SW 脉冲的频率切换输入？ 如果是、则此开关可能非常慢、因此偏移可能会变得可见。

您好 Mason、请查看随附的屏幕截图。 我们现在使用了一个新的示波器、它可能会为我们提供一些线索、告诉我们发生了什么情况。 我画了几个蓝色的阵列。 当我们运行示波器时、我们可以看到、当分流 FET 关闭时、芯片会立即打开 SW。 但是、每个周期的变化很大的是 SW 引脚随后被触发的次数。 可能是它仅为线圈充电一次、最多为6或7次、每次充电两次、计时非常接近。 那么、在很长一段时间内、直到 PWM 再次启动前、什么情况都不会发生。 我们认为这可能是导致我们闪烁的原因。

我们认为、将示波器的高阻抗探针放在 CS 引脚上会导致末端出现额外的尖峰 CS 似乎对噪声非常敏感。 也许这是我们真正的问题。

R115的用途是什么？ 在数据表中、有关该电阻器的信息不多。 我记得在网站上的演示应用中、它设置的值远高于此值。

我们还在 CS 引脚与 GND 之间添加了1nF 电容以降低 EMC、但这似乎不足以停止闪烁。 在布局上、检测电阻器的芯片信号 GND 和 GND 位于彼此接近的多层上。 因此、这些应该具有良好的连接。

此致、
Thomas

您好！

与此同时，我们一直在进一步调查这一问题，我相信我们可能已经找到了这一问题。 请参阅以下内容：

将 PWM 设置为0%时、我们得到该波形。 黄色是 SW 输入、蓝色是通过50MHz 电流探头测量的电感器运行的电流(我扩展了电感器引线、以便可以连接它)。 到目前为止、这看起来很好。 时基非常长、如果放大、您会看到电源上的锯齿。

手动运行触发器多次、我有时会得到其他波形：

或

或其他变体都是相同的：电感器的功率电平会被 ca 漂移。 100mA、持续数毫秒、持续时间长达数十毫秒。 现在放大：

更进一步

更进一步

更进一步：

似乎芯片定期双脉冲以使电感器保持充电、但有时似乎只有一个脉冲。 该脉冲是电流一直移动到下一个单脉冲的点、即使它返回时也是如此。

我们假设内部运算放大器的偏移补偿由电流调节器脉冲触发：

因此、只要我们始终获得双脉冲、失调电压补偿就不起作用、因为它基本上始终保持相同的状态。 现在、当出现单个脉冲时、输入被切换、只要存在双脉冲、输入就会再次保持。 在下一个单脉冲上、它会移回初始状态。

数据表中没有关于"clk1"工作原理的信息-您能详细说明一下吗？ 在我看来、这似乎是芯片的设计问题。

BTW：通过观察具有示波器的 iAdj 和 Comp、可以发现一条平坦的线路、其中 MOSFET 仅产生一些开关噪声。 它们看起来非常稳定。

现在、当 PWM 处于活动状态时会发生什么情况。 了解需要查找的内容似乎是此处出现的相同问题：

PWM 处于大约 30%(橙色)。 在缩小之后、电流毛刺脉冲会明显可见：

放大：

此外：

滚动浏览数据、我可以看到此 PWM 设置通常会在 SW 引脚上产生恰好6个脉冲。 在这两者之间、PWM 关闭时通常会出现双脉冲。 因此、所有偶数都不会改变芯片中偏移补偿的极性(我的假设)。

现在、在这两者之间、每次仅发生单个脉冲、这是大小为100mA 的输出电流漂移的触发器。 频率较低(单位为 Hz)、持续时间为从几毫秒到几十毫秒不等。

这与我们可以通过眼图在墙上看到的闪烁相匹配、也解释了为什么它只发生在特定的 PWM 值上、因为只有当所选的 PWM 值生成偶数脉冲时才会发生、否则、电流将被转换的每个 PWM 周期都会发生这种情况。

期待您的回复。

此致、
Thomas

再次查看图形时、我意识到我可能将电流传感器放置在电缆上的错误位置。 蓝色曲线(电流)应该反转、因为当 SW 输出为高电平时、电流明显上升、并且在脉冲之间下降。

您好 Thomas

很抱歉此主题出现延迟。

我已经再次浏览了原理图、想知道为什么 VCC 额外通过 D11连接到12V  

2.根据 PWM 0%(意味着无分流调光)的结果、仍然存在电流振荡。 您是否通过感应电阻器测量电感器电流、我可以获得电流值的比率是多少？

3.根据#2，我想先检查条件，而不进行分流调光。 您能否再次监控 COMP 引脚和 RON 引脚的电压 以及以下 SW 和电感器电流。 您可以使用小量程、因为变化可能很小。

您好梅森、

请参阅以下我的回复：

该电源旨在旁路为 MOSFET 供电的内部 LDO。 在第一个设计中、我们没有这样做、TPS92641变得非常热、因为内部 LDO 必须散发相当多的热量。 我们的 PCB 设计不允许散热这么多、该解决方案可以很好地冷却芯片。

2.我从电路板上移除了电感器、并在长度为3-4 cm 的情况下添加了2根短引线。 我使用了 Agilent N2782B 50MHz 电流探头来测量电流、无需添加额外的分流电阻器。 这也是为什么在一些图片上电流被反转-我以错误的方式连接了探头。 探头生成0、1V/A

3.我将掩蔽 Ron，并将照片一拍地发送给您。 我之前确实测量过 Comp、但我只能看到顶部有开关噪声的平坦线。 我将与 Ron 一起拍照。

BTW：我仍然有兴趣了解 R115的用途是什么？ 在 TI 网站的演示设计中、该电阻器的值有很大不同(TIDA-01095上的475R 与 TIDA-080008 (499、C 与 GND -很可能是 CS 上的低通滤波器)。 在此处放置铁氧体磁珠以降低 CS 上的噪声是否合理？

以下是所需图片：

黄色：SW
绿色：比较
红色：Ron
蓝色：电流

Ron 仅显示一些开关噪声。 COMP 显示了更多的开关噪声、但除此之外看起来很平坦。 我已经将其放入顶部窗口、否则开关噪声会将数据叠加在其他曲线上。

再次缩小并再次触发问题可以看出、COMP 随当前的变化而略有变化：

在图的中间、您可以看到再次发生"1 SW 脉冲"、此后斩波放大器反相、运算放大器的直流偏移会增加 COMP 电平、从而增加电感器上的电流电平。

在我看来、这似乎是芯片上的设计问题、因为只要输出分流、SW 上的脉冲就变得非常慢、以至于斩波放大器的循环速度不再足够快、并且消除固有直流偏移所需的两个输入的平均值计算也不起作用 不再如此。

如果芯片在分流时只产生一个单脉冲而不产生双脉冲、这可能会更好。 这能为您提供帮助吗？

您好 Thomas

1.感谢您对此操作的解释。

2、对于通道4、为什么它显示这是电压信号？ 我曾想过您测量分流电阻器上的电压。

请 参阅7.3.4 、R115 (RF)和 ROFF 工作、以实现真正的零应用。   

通常、当用户通过使 Viadj=0V 来给出零电流命令时、 由于同步降压转换器的结构、仍有电流流经 LED。 因此、RF 和 ROFF 配置为绕过该电流、因为如果用户要求零电流、LED 不应亮起。

实际上、可以追溯到的斩波器 OTA 没有太多细节。 根据当前结果、PWM 开启和关闭的操作异常。 关断调光时、电感器电流应稳定状态、这意味着电感器电流的峰值和谷值不应变化。 当关断调光打开时、输出电压被下拉至零、并且 HG 脉冲将固定在一分钟的导通时间、而在结果中、它在某些周期内缺失。

您能否尝试在 VOUT 引脚处添加1nF 电容器、这是内部导通计时器的电压反馈。 同时、您是否有一个可进行比较测试的 EVM 板、因为目前我是家庭办公室、这是因为鲜明的对比？

你(们)好

它会对更高的输入电压或更低的 LED 灯串电压产生任何影响吗？ 由于48V-38V 将具有大占空比和最小关断时间、因此可能会触发关断时间、这可能会导致分流调光关闭期间的电感器电流异常。

您好梅森、

感谢您的回复。 以下是我的回答：

Agilent 电流传感器输出与测量电流成比例的电压。 它有自己的电子器件和放大器。 示波器不知道它是电流测量器件、因此认为它是提供电压的正常探针。

2.在您的图形中，脉冲不会丢失，但它会很晚发生-很可能是由于前一个周期的过流。 可以看到、PWM 打开灯时、它刚开始：

3.今天下午我可以尝试更高的电源电压和1nF 电容器。 我将不得不去办公室挑选一个实验室电源和一些电容器。

此致、
Thomas

忘记提问：在我们的 case 中添加 roff 是否合理？ 我们不进行模拟调光、因此可能没有必要？

您好梅森、

将电源电压增加到60V 可在 PWM FET 导通时使电流稳定：

仔细观察可以发现、在这种情况下、我们始终会得到双脉冲、而不再是单脉冲：

这看起来很稳定、但实际上斩波放大器仍处于一种单一状态、我们得到了电流的偏移-由于缺少单个脉冲、它不会翻转。

在60V 电源电压下应用 PWM 时、情况会以与以前相同的方式再次发生不同：

但是、我需要先选择不同的 PWM 值、以使其闪烁。 由于死区时间内没有更多的脉冲、更高的 PWM 值看起来更加稳定。 电感器很可能在60V 电压下充电良好、如果死区时间足够短、则在 PWM FET 关闭时无需再次充电。

我认为、如果我们能够在分流 FET 闭合期间消除双脉冲、我们就可以解决这个问题。 然后、我们将在每个 PWM 周期切换斩波放大器、并在 COMP 上获得稳定的平均电流。

接下来、我将检查输出电压的1nF。

您好！

当 PWM 运行时、我注意到在 PWM 打开(分流 FET 打开)期间 Ron 上有某种锯齿波形。 无论是使用48V 还是60V 电源电压、都无关紧要。

这是预期行为吗？

你(们)好

锯齿波形是预期的行为。 R125+R123和 C85是内部导通计时器的一部分。 每次电感器电流在关断期间下降并达到 COMP 电压电平时、C85上的电压都会从零释放并再次充电 、直到达到恒定时间、该时间等于打开时间。 您能否检查开关导通时间？ 通常、它应遵循以下公式、即输入/输出电压和 Ron、Con 设置下的~2、37us。

2.根据您的描述，电流探头为0.1V/A  在波形中、它甚至不会达到100mV (1A)、而电感器电流的平均值通常应达到150mV (1.5A)。 因此、如果检测电压低于 IADJ/10、则 COMP 电压 应始终增大以拉高电流。 那么、您可以监控 CS 的电压吗？

请将 PWM 的占空比增加至大约80%以查看更多详细信息。 BTW、PWM (通道2)是直接施加在 Q11上还是反相？ 我的理解是、在分流 PWM 控制信号打开的情况下、Q11导通、Vout 短路。

开始时、您提到您尝试增加输出电容器了吗？ 使用0.1uF 电容器是否有任何改进？ 使用1nF 等过小的电容器可能会导致系统的高带宽和有限的相位裕度。  

您好梅森、

以下是 Vout 引脚上1nF 时请求的测量值。 该电容器可能过大？

我将其降低至27pF 进行测试：

只要有足够的脉冲、这看起来就可以了。 如果 PWM 变短、则第一个脉冲仍然会失真：

27pF 可能仍然过大？

关于您的问题：
-现在为了进行测试、没有输出电容器。 我可以放置一个进行测试。

-老实说、我没有查看电流探头的绝对电压-只是纹波尺寸。 它有一个用于设置0位置的电位器。 我需要检查它、看看我是否能够很好地查看绝对电流。 应该是可能的。

在上一次测量中、我使用了第二个 PCB、因为它看起来我销毁 了昨天在 Vout 上添加了1nF 电容器时用于测试的另一个 PCB。 第一个 PCB 的所有通道均设置为1.5A、但第二个 PCB 可能已在该特定通道上设置为0.8A 以进行测试。 因此、这可能是它未达到150mV 的原因。

 您好梅森、

我在过去的几天里取得了一些进展、我相信我已经摆脱了 SW 输出上的双脉冲、从而解决了导致闪烁的斩波放大器开关问题。 我实际上不知道当分流器闭合时内部控制环路的行为、 但我猜到、"恒定导通时间"脉冲可能不足以为芯片所需电流的电感器充电、因此会在第一个脉冲之后直接产生第二个脉冲。 我已将电感器的尺寸减小到68uH、并将开关速度提高到640KHz、以获得与以前类似的纹波、这似乎已经达到了目的。

我还尝试了不同尺寸的输出电容器(1nF、10nF、100nF)。 100nF 似乎已经大大降低了低端分辨率。 10nF 似乎可以、现在我可以看到整体调节看起来更加稳定。 这也有助于降低输出电压上的噪声-因此我不使用您为输出电压推荐的额外电容器。

因此、希望初始问题得到解决(我们将在下周进行更多测试)。

但是、我现在遇到了一个新问题(我想、否则会很容易)、我将其描述为"步进度"：电流上的微小变化会在输出电流中产生更大的阶跃。 这似乎是一个重复性问题-它感觉像是互调、并且肯定与 PWM 的时序和芯片的开关周期有关。

发生的情况是、PWM 越高、PWM 关断点的过冲就越大。 它会一直增加到特定点、然后当 PWM 增加到略高一点时(实际上是百分比的几分之一-眼睛看不到)、它会跳回到零过冲、当 PWM 再次增加时、该周期再次重复。 因此、整体调光曲线具有可见的阶跃、并且不是平滑的。

我已经制作了2个屏幕截图、显示了此类跳转前后的情况：

关断时无过冲：

放大：

具有最大过冲的 PWM 略有不同：

再次放大：

通常情况下、我不关心在黑暗期间发生的过冲、但这似乎也会改变 LED 开启时流经 LED 的平均电流。 70-80mA -足以显示为亮度的一个阶跃。

我在屏幕截图底部添加了一些测量值。 在我看来、平均电流始终稳定在1.5A、但这似乎包括了黑暗期间的电流(分流 FET 闭合)、并且由于过冲、导通期间的平均电流下降、从而在输出亮度中产生阶跃。

您对如何解决此问题有什么想法吗？

此致、
Thomas

您好 Thomas

根据您的波形结果、PWM 关闭和关闭之间似乎存在延迟。 是固定时间吗？ 延迟的导通时间会导致高电流斜坡、因为在这段时间 Vo=0时、电感电流斜坡速率等于 ton*Vin/L、而通常为 ton*(Vin-Vo)/L 如果在 PWM 关闭时 SW 为低电平、我想不会出现如此高的电流斜坡、这是正确的吗？

我同意这应该与 PWM 频率、占空比、开关频率、占空比有关。 您是否介意检查以下操作：

1.提高开关频率，目前为640kHz？

将 COMP 电容器从470nF 降低至大约100nF

您好梅森、

是的、这也是我们所想的。 有时、芯片无法足够快地关闭高侧 FET。 奇怪的是、这似乎不是 FET 的硬件延迟、因为这次它没有固定。 该芯片完全能够与 PWM 一起运行。 有一些 PWM 值会始终良好地关闭、另一些值会始终过冲、另一些值会在两者之间发生不同程度的情况。 这一切取决于 PWM 何时相对于 SW 脉冲关闭。 因此、逐步增加 PWM 将逐渐导致更多的过冲、直到它跳回到无过冲为止(考虑某种锯齿函数)。 在它跳回的边缘、它可能会以一些抖动执行跳回-因此、有些脉冲是良好的、有些则不是。

当它过冲时、它会这样做、因为 SW 脉冲太长。 有时、它是 PWM 周期的最后一个 SW 脉冲、该脉冲会被延长、有时、在 PWM 停止将电流过高后、似乎会立即发生第一个死区时间脉冲(DCM 模式)。

我们已经更改了很多值来查看是否发生了变化(COMP 电容器、电感器尺寸、开关频率、FET 的栅极电阻器、Vout/CS 上的更多滤波)、但行为是一致的。 我们认为、这是 DCM 模式期间芯片内部的逻辑导致的。

您能告诉我们芯片在 DCM 模式下到底是如何调节电流的？ 它是否仍在进行谷底控制？ 根据我的理解、在 DCM 模式下、它仅执行 ca 的固定导通时间周期。 之间具有不同死区时间的250ns。 但它何时会产生脉冲？ 它看起来不像在 CCM 模式下那样执行相同的调节算法。

此致、
Thomas

你(们)好

我在这里假设"dcm"是指 PWM 关闭的时间段、因为通常我们说、当电感器电流降至零时、它会进入 DCM。

我对 PWM 关断时的控制原理的理解是、导通时间是固定的最小值、脉冲时间是电感电流下降到 COMP 电压时、这与谷底控制类似。 因此、对于过冲较大的情况、甚至没有脉冲、因为电感器电流在下降期间永远不会达到 COMP 电压。

是的、这说明了在 PWM 关断期间发生的情况、但我仍然不明白为什么 PWM 导通期间的平均电流有时会下降-具体取决于特定 PWM 值导致的过冲情况。 我可以看到、当我使用可用的 PWM 值时、有一些类似的设置、其中 PWM 关闭后的过冲会增大、同时 PWM 打开期间的平均电流会下降、从而导致可见的闪烁和步进。

您好 Thomas

很抱歉耽误你的时间。 是的、我还观察到、通常情况下、PWM 关闭时的行为不应影响 PWM 打开时的稳定运行。 我怀疑具有高过冲的 COMP 电压低于正常情况。 我的分析是、当 PWM 关断(分流 FET 导通)期间出现过冲时、由于电流高于基准电压、因此 COMP 电压会下降。 然后、当 PWM 打开(分流 FET 关闭)时、由于时间周期短且系统环路无法响应、因此没有足够的时间将 COMP 电压调节到正常值。 COMP 可以缓慢恢复正常值的导通时间越长、是否会有所不同？  

您好梅森、

我们已经观察到、较低的 PWM 频率可以减少此问题。 例如、将 PWM 设置为5kHz 可完全避免此问题、但这并不是一个令人满意的结果、因为我们的客户针对其应用选择20kHz。

为什么当 PWM 变为低电平时、芯片关闭 SW 输出有时需要很长时间？ 在图中、您可以看到、PWM 变为低电平后、最后一个 SW 脉冲持续几百 ns。 脉冲也长于最短导通时间。 那么、它为什么不会关闭呢？

这是一个循环问题：如果我们进一步增大 PWM、过冲会变得越来越小(PWM 可能与 SW 脉冲"更好"匹配)、直到它再次跳回到完全过冲。 进一步增大、然后再次减小过冲、问题重复出现。 非常类似于锯齿形图。

你(们)好

我的理解是延迟来自系统响应速度。 让我在内部对此进行讨论、并在明天返回给您。

你(们)好

这实际上来自内部控制逻辑、该逻辑器件感应 PWM 导通周期和 PWM 关断周期、从而降低 COMP 电压值。 这最终会在 LED 打开期间获得较低的电流。 实际上、我们没有完全解决这个问题的解决方案。 一个可能具有一些优势的因素是增加电感器以降低纹波。 实际上、我们有一个新器件处于采样级、支持2A 和20kHz 快速调光、具有相当好的电流线性度和调光比。 如果它仍在设计窗口中、我可以根据需要通过邮件与您共享一些信息。

您好 Thomas

很抱歉耽误你的回答。 为了 消除延迟时间、我们可以尝试在 UDIM 引脚上添加 PWM 信号。 逻辑是、当分流 FET 开始导通时、我们将 UDIM 下拉、这将强制栅极信号处于关断状态。 您可以帮助尝试此操作吗？

您好梅森、

我们已经订购了新的驱动器 PCB、并进行了一些额外的更改、以了解我们的现状。 我们特别向分流 FET 添加了一个串联电阻器、正如本论坛中另一个主题中所建议的那样。

新的 PCB 不提供将 UDIM 拉低、但我认为我们已经对此进行了测试、我还认为 UDIM 引脚的响应速度相当慢。 是这样吗？

你(们)好

那么、您已经尝试同时在 UDIM 和 SDIM 上应用 PWM 信号了吗？ 我在这里的意思不仅仅是使用 UDIM 进行 PWM 调光。 UDIM 用作 TPS92641的使能端、下拉 UDIM 将直接禁用栅极驱动器。 因此、我认为下拉反应时间应该很快。