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[参考译文] LM5156:输出问题-稳压器受损

Guru**** 2453980 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5156, TL431

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/1311879/lm5156-output-issues---regulator-getting-damaged

器件型号:LM5156
主题中讨论的其他器件: TL431

您好、TI 团队:

 

我们将在设计中使用 LM5156DSSR、在隔离式反激配置中用于生成28V 至48V 的电压。 在制造电路板后、在初始上电后、我们在输出端观察到52.5V 的电压、并观察到输出电压不稳定、且随着时间的推移逐渐增加。 2-3分钟后、输出电压达到接近54V。 @我们尝试装载输出,S ã o 100mA 更重,而在200mA 装载 LM5156DSSR IC 时,在靠近 PIN1的位置被损坏/烧毁。

出现此行为的原因可能是什么?我们如何解决此问题?

随附原理图以供参考。  

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    嘿 D4DJ、

    感谢您使用 e2e 论坛并分享您的原理图。

    如果启动后输出电压不稳定、则可能是由于补偿网络不稳定或输出电容 ESR 较高所致。
    为了滤除功率级的开关噪声、低 ESR 陶瓷电容器的性能优于高 ESR 电解电容器或聚合物电容器。
    原理图中已经显示了一个1uF 陶瓷电容器、应将其放置在尽可能靠近输出二极管的位置。 额外的陶瓷电容可以提高系统稳定性并减少峰值电压纹波。

    要仔细检查补偿网络元件和波特稳定性、可以使用我们的快速启动计算工具:
    https://www.ti.com/tool/download/SNVC240

    Vout 处的振荡不应直接导致器件损坏。
    如果损坏发生在 BIAS 引脚附近、则可能是由偏置和 VCC 电压之间的关系导致的。
    数据表列出了 VCC 的绝对最大值为"Vbias + 0.3V"。 这是因为从 VCC 到 BIAS 的内部 ESD 二极管无法处理更高的电流。
    由于 VCC 通过变压器的辅助轨供电、您能否检查 VCC 是否绝不会超过偏置?
    在这种情况下、可在 BIAS 引脚处使用阻断二极管来防止反向电流流动。
    在数据表的第9.3.2章中给出了与这方面相关的更多详细信息:


    关于其他问题、我会很高兴来到这里。

    此致、
    尼克拉斯

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    感谢 Niklas 的反馈、

    目前、我们使用 SPIN2电路板进行测试、最初在0引脚1电路板中、我们遇到了问题、能够通过组件值调优来解决。

    有关此主题的初始主题可在 LM5156上找到:LM5156反激式转换器原理图审阅-电源管理论坛-电源管理- TI E2E 支持论坛

    我们遇到了 SPIN2电路板的问题、因此如果 该问题与 非最佳补偿网络有关 、那么我们也会在 SPIN1中遇到同样的问题、对吧? 引脚1和引脚2之间的主要区别是元件值更新、添加了共模滤波器、以及对布局进行了微小更改。  

    同样在我们的配置中、对于 VCC 电源、我们将从内部稳压器生成此输出、并且变压器的连接是隔离的。

    附加了旋转1原理图、供您参考。

    请告诉我们什么是开始调试的最佳起点。

    谢谢!

    此致、

    戴维斯

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    还要添加几个观察结果:

    LM5156 IC 已更换、昨天我们尝试加载稳压器、直至收到300mA。  

    基本观察结果是控制环路不稳定、输出电压随着时间的推移而增加、并且电压会随负载变化而变化。

    无负载条件:  

    如果我们保持电路通电经过一段时间、输出电压随着时间的推移而爬向高侧。 上电后的电压大约为51V、捕获了输出电压的变化、如下所列

    的51.5信号。 到51.6 :它花了1分钟19秒

     51.6至51.7  2 分钟和43秒

    >  51.7至51.8 - 51 秒

    >  51.8至51.9 - 4 分钟和 50秒

    >  51.9 至52 - 8 分钟和 50 秒

    >@ 52 i.e:介于52.0到52.1之间: 对于几乎19-20分钟。  

    此时、我们说过要加载电路、

    50mA 的负载-电压保持在52V 范围内  

    75mA 的负载-电压保持在52V 范围内

    100mA 的负载-电压保持在52V 范围内

     125mA 的负载-电压保持在52V 范围内

     150mA 的负载-电压保持在52V 范围内  

    175mA 的负载-电压 降至51.934、并随着时间的推移从该点逐渐增加

     200mA 的负载-电压 降至51.934、并随着时间推移逐渐增加

     225mA 的负载-电压 降至51.934、并随着时间推移逐渐增加

    250mA 的负载-电压 降至51.xxx、并且随着时间的推移逐渐增加;如果我们断开负载、输出电压将下降到53.7范围并逐渐下降到52范围。

    275mA 的负载-电压 下降至51.xx、并且随着时间的推移逐渐增加 、如果我们断开负载、输出电压将下降至53.7范围并随时间逐渐下降到52范围、这表明控制环路对负载变化的响应较慢。  

    产生这些行为的原因是什么 、现在请让我们了解如何继续对控制环路进行调优、以便转换器快速响应加载和线路变化。

    谢谢!

    此致

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    e2e.ti.com/.../TransformerDatasheet_5F00_750345364.pdf

    变压器数据表供参考。

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    嗨、Davis:

    感谢您分享背景和其他详细信息。
    根据您随附的变压器规格、我将原理图值输入到了快速入门计算器中。

    有两件事主要突出:
    -在输出端的500mA 负载下,预期的峰值电感器电流约为6A 最大。
    感应电阻器 R699具有2m Ω。 这会将电流限制设置为50A、远高于必要水平。
    我建议将检测电阻增加到10m Ω。
    -补偿网络可能不稳定。 根据快速入门计算器的建议、您需要减小比较器电阻 R675。 例如、需要改进的12千欧

    我随附了包含我在此处输入的值的计算器、以便您也可以再次查看。
    e2e.ti.com/.../lm5156flyback.xlsx

    请调整这两个电阻器、并检查行为是否有所改善。
    如果没有改进、我接下来会要求进行波形测量。
    重要信号包括开关节点、Vout 和 CS 引脚。

    谢谢、此致、
    尼克拉斯

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    谢谢 Niklas、  

    我们将更改这两个电阻器值并更新结果。

    同时、我们还必须更改开关频率。

    此致、

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    嗨、Davis:

    我期待您取得成果。
    当前设计的运行频率为110kHz。 我在这里看不到任何问题、因此现在无需进行更改。
    (其他 FSW 可能还需要更改补偿、因此我现在将保持原样)

    此致、
    尼克拉斯

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    您好 Niklas、

    我们正在尝试为10m Ω 串联电阻器供电、一旦获得电阻器、便会更新观察结果。

    同时、我们已将 R675更改为12K 并完成测量。 观察结果与之前的行为类似、但当电阻器更改为12k 时、电压的增加速度比之前的值快得多。

    我们记录了输出电压值爬电时间 w.r.t 时间以供您参考。

     

    谢谢!

    此致、

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    嗨、Davis:

    请给我们一些时间与您联系、因为目前我们的带宽非常短。

    Br、

    哈龙

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    嗨、Davis:

    很抱歉耽误我们的时间。
    因此、即使补偿现在应该保持稳定、输出电压仍然向上爬升。
    在我们对根本原因做出更多假设之前、我会等待使用新的电流检测电阻器进行测量。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好 Niklas、

    我们更改了感应电阻器、并针对不同的负载条件再次进行了测试。

    以下是观察结果:

    1.. 仍然会观察到电压随着时间推移而爬升。

    2.  一旦我们为电路加电、电压爬电速度会更快、后续的电压爬电速度会减慢。

    3.. 在不同的负载条件下、上述观察结果是类似的。

    我捕获了不同负载条件下随时间的输出变化、以供您参考。  

    页 S:对于无负载、100mA、200mA 和300mA 等不同的负载条件、将输出电压监控20分钟。

    请回顾并告诉我们您对如何进行进一步微调的想法。

    同时、我们还捕获阶跃负载响应、以了解电路对负载变化的响应能力、我们将在完成测试后向您更新。

    谢谢!

    此致、

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    嗨、Davis:

    感谢您进行更新和所有测量。
    您能否在运行期间发送以下信号的波形:
    -切换说明(T10)
    - CS 引脚
    -输出电压
    - COMP 针脚

    谢谢、此致、
    尼克拉斯

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    您好 Niklas、

    请在下面找到这些波形。  

    1.. 通道1。 MOSFET 的栅极、CH2:CS 引脚、CH3:COMP

    2. 输出电压波形

    3.. 用例2:0 -300mA 负载步进:Ch3:电流,Ch2:输出电压(交流耦合)

    4.   用例2:0 -300mA 负载步进:Ch3:电流,Ch2:输出电压(直流耦合)

    5..Usecase  3:无负载:Ch3:电流,Ch2:输出电压(交流耦合)

    谢谢!

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    嗨、Davis:

    感谢提供波形。
    我将在团队中讨论这些测量方法、并在明天提供反馈给您。

    此致、
    尼克拉斯

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    谢谢 Niklas、

    等待您的反馈!

    此致、

    戴维斯

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    嗨、Davis:

    下面是我当前调查结果的最新情况。
    这些波形没有违反导通时间/关断时间、次谐波振荡或任何噪声问题的迹象。

    来自团队内部的初始反馈是、温度变化可能与几秒钟或几分钟时间内缓慢变化有关。
    我不希望在空载或轻载条件下电路板会出现强烈的发热、但我仍然想提出这一点。
     另一条 注释 与次级侧反馈电路有关、包括软启动和钳位二极管。 如果这部分原理图不是理想的、则可能会导致馈送到 COMP 引脚的稳压反馈出现小幅变化或漂移。
    我不擅长隔离式反馈设计、因此我会开始另一轮反馈来审查电路。

    我明天会给您提供新的更新。

    非常感谢您的耐心。
    此致、
    尼克拉斯

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    感谢您分享您的观察、Niklas、  

    我们未观察到转换器附近的电路板温度有任何明显变化。 但我们将尝试监测温度。  

    无论如何,等待您的宝贵意见后的审查。

    此致、

    戴维斯

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    嗨、Davis:

    我有新的见解可能显示了问题的根本原因。
    如前所述、反馈路径应该会有所改进。

    此处的重要部分是 TL431钳位二极管。 此二极管的阳极额定电压可能无法支持48V 输出、这可能会导致不准确、漂移或在最坏的情况下损坏器件。

    为了避免这个问题、其他设计在反馈路径上使用额外的二极管来限制电压、从而使 TL431不受损坏。

    可在此处找到与此相关的参考设计:
    https://www.ti.com/tool/PMP22764

    放置该二极管时、输出应变得稳定、漂移应消失。

    谢谢、此致、
    尼克拉斯

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    嗨、Davis:

    还有一条要注意的评论:
    输出电压漂移还可能是由光耦合器的高 R670值或低 CTR 引起的。
    CTR 会随温度降低、因此这些仍然是改进设计的额外调整。
    实际上、这甚至可能比前面提到的 TL431问题具有更大的影响。

    此致、
    尼克拉斯

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    Sure Nikals、

    我们将审查建议,并尽快与您联系!

    谢谢!

    此致、

    戴维斯