[参考译文] LM5156H：升压电路问题

您好！

感谢您使用 e2e 论坛。
数据表列出了 VCC 绝不应高于 VBIAS 的限制。
这是由一个从 VCC 进入偏置的内部 ESD 保护二极管造成的。 如果 VCC > BIAS (+0.3V)、ESD 二极管会将电流从 VCC 传导至 BIAS 并会造成损坏、因为它不支持更大的电流。

如果 VCC 刚刚通过电容器连接到 GND、则绝不会有更高 VCC 电压的风险。
当在3.3V 的输入电压下运行时、请注意栅极驱动器电压也将是3.3V、这必须足以完全开启开关 FET。
如果电压过低而无法支持 FET、您可以考虑使用外部偏置电源或反激式实施方案、其中 VCC 也会升压到更高的电压。

数据表的第9.3.2章中描述了这些实现：

还有一个权变措施解决方案 VCC > BIAS。
请在 BIAS 引脚的输入端实现一个转发二极管。 该二极管将阻止从 VCC 到偏置的任何反向电流、并允许更高的 VCC 电压。

此致、
尼克拉斯

Niklas、

感谢您的答复！ 我们不存在 Vcc 引脚高于 BIAS 引脚的任何问题。 当我们在电池被连接至偏置并且一个从 Vcc 至接地的电容器的情况下运行电路时、栅极引脚看起来根本没有激活、并且在 Vcc 引脚上进行测量几乎不提供电压。 如下图所示将两个引脚连接在一起时、我们可以在 BIAS/Vcc 上看到电压、但示波器上不存在栅极输出。

如果您对锂电池的使用有任何经验、敬请告知。 我们正在努力寻找一款升压控制器来满足我们的应用、我更担心的是、要么芯片上没有足够的电压、要么我计算出的某些值是不正确的、而且芯片处于某种关断模式、 修复。

布赖恩

您好、Brian、

感谢更新和澄清。
因此、启动后没有栅极信号、并且 VCC 接近于0V。
理论上、VCC 电压应遵循3.5V 至7V 范围内的偏置电压。

正如您在初始帖子中已指出的、电气规格中提到要确保正常运行的最小偏置电源为3.5V。

当使用3.3V 电池供电时、恐怕电压过低、无法打开器件。

您是否具备其应用的原理图？
我们可能会在审查他们的设计时发现其他一些错误。
否则、我会要求提供其偏置、VCC 和栅极电压的波形、以便我们可以检查器件是处于运行状态还是仍处于关断状态。

谢谢、此致、
尼克拉斯

Niklas、

我们正在使用"如何使用 LM5156设计升压转换器"的原理图、如下所示。 我还附上了我们将用于电路的值：

我们尚未获得栅极引脚上的任何实际输出、我们只能看到100mV 左右的一些波动。 根据数据表第一页的说明、只要器件电压高于2.97V、我们就可以使用单节锂电池为其供电、并连接 BIAS 和 VCC 引脚：

以下原理图显示了单节电池的推荐用法：

我们的目标是让3.3V 30A 电池和24V 负载、2A 电池供电至少一分钟。 电池可以支持30A 电流、持续工作时间约1分钟、电池电量耗尽。 由于在电池寿命即将结束时将接近2.97V 的阈值、因此我们可以尝试将电路设计为与图9-6匹配、并使其升压至电池应关闭的最小电压(2.5V)。 图9-6：

请查看我之前附上的值、并告诉我是否有任何东西可能导致器件的关断模式出现问题、或者是否对器件的运行方式有任何影响。  

谢谢。

布赖恩

你好，Niklas。。。 布莱恩(特雷西)已经离开了一天,我建议我会跟进这件事。 我认为我们有两个问题、我们希望获得一些指导：

1) 1)整个文档中都提供了模拟接地和电源接地参考。 在多页产品指南中、符号的使用方式并不是非常一致。 甚至引用了芯片内部的电源接地、但对外部没有确定的连接。 那么、我们是否应该考虑所有接地连接、无论电源或信号如何、都可以连接在一起(基本上是将较宽、较短的电源接地迹线连接到信号接地)？

2) 2)我们已经计算出使用一个栅极频率为52kHz 的47uH 电感器所需的组件。 根据5156H 规范、我们将改用一个工作频率超过100kHz 的较小电感器。 我们还将重新运行支持组件计算以校正更高的频率。   

您好！

感谢更新和原理图值。
我将这些值放入我们的快速入门计算器、并发现一些需要优化的点：

-开关频率通过 RT 电阻设置为50kHz。 每个数据表的最小 Fsw 为100kHz。 请将 Fsw 增加到数据表范围、因为超出规格的操作可能会导致意外行为
-补偿网络可能不稳定。 请调整 Rcomp、Ccomp 和 CHF 的值、以创建稳定的环路补偿。 (还应确保 Ccomp 和 CHF 不会混淆)
- CS 引脚上 RC 滤波器的时间常数相当高(22nF，100欧姆)。 我建议减小电容、以便电流检测信号不会被过滤波。 例如、100pF 电容应该是一个更好的起始值。

可在此处下载计算器：
https://www.ti.com/tool/download/SNVC224

建议优化原理图并检查器件是否可以启动。
另请确保 FET 可以在3V - 3.3V 的栅极电压下工作、并且在每个开关周期都会完全导通。

此致、
尼克拉斯

Niklas、

我更改了大部分值、使其更接近器件能够运行的200kHz 频率。 我将电感器更换为6.8uH 30A 电感器。 下面是我们在栅极引脚上得到的波形：

频率反弹大约为200k、但波形本身明显存在输出方波的问题。  

将计算调整为200kHz 后、我更改了 COMP 电路、Rt 和 CS 电路的值。 我还更改了 UVLO、以便更好地与电池电压保持一致。 新值如下所示：

请告诉我、这是否与您所见的任何内容类似、以及有何方法可以处理这一问题。

布赖恩

很抱歉、我忘记调整 一些 值、更正如下：

您好、Brian、

感谢您更新和修改电路。
 您在栅极信号上看到的频率抖动应来自器件的频率抖动功能。 可以通过 DITHOFF 引脚禁用和启用此功能。

如前所述、栅极信号应具有方波、而不是您看到的尖峰。
简单说明一下、您之前发送的图片中所示的当前设计是将 VCC 连接到电容器还是 VIN？

您是否还可以发送 VCC、SS 和 CS 的波形测量、以便我们进一步了解是什么阻止器件按预期运行？

谢谢、此致、
尼克拉斯

以下是请求的波形。

VCC 电压

CS

SS

Vcc 引脚看起来稳定、但在芯片似乎尝试运行时出现了200kHz 的轻微波动。 SS 在信号发生微小变化时非常稳定、CS 看起来与栅极引脚类似。  

我们在使用您所示的将 VCC 引脚连接到 BIAS 引脚的图。 我目前已将 DITHOFF 接地。 今天、我们将使用一些 SOIC 到 DIP 板来进行试用、以防当前我们的连接存在任何问题。 我将在今天下午晚些时候发送更新。

布赖恩

您好、Brian、

感谢您的更新和波形。
CS 引脚电压 与预期的电压不符。
LM5156器件的过流阈值设置为100mV。

似乎在每个开关周期都超出了该限制。
初始消隐时间可避免由于噪声而误触发、但即使在初始峰值超过 OCP 阈值后也会发生振荡。

如前所述、只要器件尝试工作、VCC 电压就会略有下降。 如果这些突降降至2.97V 使能阈值以下、器件有关闭的风险。

您能否在未连接负载的情况下进行测量并检查器件是否能够升压？
这里将向我们展示器件是否无法处理负载条件、或者这是应用的一般问题。

谢谢、此致、
尼克拉斯

您好、Brian、

很抱歉在很长一段时间内遇到调试拖动。
为了加快支持速度、我们还可以拨打电话。 我已经就此问题在内部联系过我、因此将通过邮件进行进一步沟通。

同时、我对您最新的测试做了一些额外的评论、这些评论也将通过邮件发送给您。
我将它们也放在这里、以便更快地联系到您：

- 您的设计的实际原理图从未共享过,仅给出了参考示例的值。
如果您可以分享实际的原理图设计、我可以检查是否有任何其他连接有误、还可以检查电感器、FET 和二极管是否是合适的器件。
还可以 共享这三个组件的器件型号、这一点已经很有帮助。

电流检测引脚对于电流调节至关重要,因此无法移除。 如果此引脚上存在较大过冲、则可能来自噪声或实际的高电流尖峰。
由于 您已经尝试了几次滤波器更改、但结果没有任何变化、因此峰值实际上可能来自电池单元的高电流。
 您是否有  可以连接到电路板而不是电池单元的电子电源 ？ 使用稳定电源进行的测试将显示 FET 通常能否与3V 栅极驱动器一起工作、以及 CS 引脚上测得的电流尖峰是否来自设计或电池电源。

此致、
尼克拉斯

Niklas、

我们已经在2A 的预期负载电流下运行 LM5156、进行了更多测试、而且我们还遇到了另一个阻碍。 最初、在使用单节锂电池为器件供电时、我们一直在努力实现 FET 的完全导通和关断。 我们切换到了两节电池、以查看电压是否是问题、器件是否运行正常。 对于我们的应用、我们正在制作应在断电时触发的备用电池。 我们实际只能容纳1节电池、因为增加另一节电芯会增加充电电路。  

由于偏置电流最大值仅为580uA、我们希望尝试使用 RC 电路为器件供电、但当我们对其进行测试时、该器件仅占用30 mA。 能否详细介绍一下、或者我们使用的两个芯片是否可能已损坏？ 期待您的答复。

谢谢。

布赖恩

您好、Brian、

感谢您的更新。
您认为数据表中列出的偏置工作电流最大值为550uA、是正确的。

不过、这只是器件启用时的电流消耗、而不是开关操作。
测试条件显示 VFB 被上拉至 Vref 电压、这意味着该器件处于运行状态但没有进行切换。
如果器件实际进行升压、则此电流消耗将增加。

此致、
尼克拉斯