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[参考译文] LM51571-Q1:正确使用 Webench 电源设计器

Guru**** 1649650 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5157
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/1312591/lm51571-q1-proper-use-of-webench-power-designer

器件型号:LM51571-Q1
主题中讨论的其他器件:LM5157

您好!

我需要进行以下转换、Vin = 5V、Vout = 40V、Iout_max = 150mA。 我在 Webench Power Designer 中试用了它们。

WEBENCH 电源设计器提出了多个解决方案。

 LM51571是所有解决方案之间的良好折衷(就 IC 温度和元件数量而言)。

但输出波纹对于我的应用来说非常重要-超过100mV。

我应该优化仿真中的元件值(在 PSpice for TI 中传输原理图)、还是应该使用外部方法来限制 Webench 电源设计器中的波纹?

提前感谢。

Pavel.

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    尊敬的 Pavel:

    感谢您使用 e2e 论坛和我们的 webench 工具。
    我同意 LM5157是适合您的参数的优质高效器件选择。

    输出电压纹波在很大程度上取决于输出电容、电感和开关频率。
    为找到理想的修改以减少输出纹波、我建议使用我们用于 LM51571的快速启动计算工具:
    https://www.ti.com/tool/download/SNVR511

    该工具需要的输入比 webench 更多、因此进一步的微调更容易。
    您还可以设置所需的输出纹波限制并获得输出电容的相应建议。

    如果有其他问题或设计评审请求、敬请告知。
    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    谢谢。 完全相同、但仿真检查失败了。

    以下是 Exel 工具中对组件进行多节点化处理的原理图:

    e2e.ti.com/.../6253.schematics.pdf

    下面是仿真:

    e2e.ti.com/.../transient_5F00_200us.pdf

    这里是 Excel。。。

    e2e.ti.com/.../LM5157_2D00_58_5F00_v0.xlsx

    我哪里出了问题?

    谢谢。

    Pavel.

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    尊敬的 Pavel:

    我可以为该设计提出一些优化建议。

    -从5V 到40V 的升压比需要高占空比,当以2.1MHz 的最大占空比运行时,这非常接近器件限制。
    为确保器件能够提供所需的占空比、我建议使用较低的 Fsw。 例如400kHz。
    -为了减少电流纹波,电感可以增加。 (尤其是当 Fsw 减小时、需要较高的电感)
    -建议的输出电容只是稳定系统所需的最小值。 您可以进一步增加输出电容和大容量电容、以减少输出纹波并提高瞬态性能。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、  

    我已经完成了您建议的修改。 它没有帮助。

    我认为模型有问题、因为稳压器模型中的 MOSFET 开关似乎不起作用:我在仿真中测得的电流在引脚12、13、14 (即 SW1、SW2、SW3)上为0。 什么表示参数' SS "(设置为0)和" 快速_ HICAP '(设置为1) LM5157_传输 仿真中使用的相同设置?

    此致、

    帕维尔

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    这两者之间的区别是什么  LM5157_传输  和  LM5157_AVG?

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    尊敬的 Pavel:

    感谢您的更新。
    如果您未测量任何流入开关引脚的电流、则器件似乎处于非运行状态且未进行开关。
    是否始终如此、或者在之前的仿真中器件是否进行了切换?

    您还可以使用 PSpice 文件附带的默认 testbench 来参考。
    该设计应该能够正常工作。

    LM5157_trans 是瞬态模型、用于稳态和瞬态模拟。
    LM5157_AVG 是用于波特图和稳定性分析的平均模型。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    起初、仿真看起来更好一些。
    输出电压不是40V (根据工具计算得出)、但如果我记得的刚好超过10V、也不是5V。
    我没有测量 SW1、SW2、SW3上的电流、但我认为它们是有效的。

    同时、我注意到 GND 不是0V、而是负值。
    然后、我将所有 GND 替换为具有"0"的 GND。
    之后、所有 GND 均为0V、但输出为5V (无负载电流)且负载电流小于5V。

    此致、

    Pavel.

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    我明白发生了什么:设计参数"启动时间"(由 CSS 定义)大于仿真时间。

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    尊敬的 Pavel:

    请给我们一些时间与您联系。  

    Br、

    哈龙

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    您好、Haroon、

    谢谢。 我之前讲过的问题可以认为已经解决了、我的仿真时间太短了。

    但还有其他问题:我无法触及 40伏 电压。 我使用了 RFBB 和 RFBT 的不同组合来获得 40伏 ,但似乎器件将输出限制在大约 30.7伏

    例如 、在我上次仿真案例中、  RFBB = 1kΩ RFBT = 49.9kΩ 中、Vout 应为 51伏 (根据数据表第23页的公式9 om:1V *(49.9/1 + 1)= 51。 但它是 30.7伏

    我还使用了不同的 stratup 时间玩 CSS (最终接受了相当大的 stratup 时间,由 Excel 工具建议),但它没有帮助。

    问题在哪里?


    以下是我的仿真案例:

    结果如下:

    P.S.顺便说一下、我无法在 SW3引脚上显示电流... 使用"Add Traces"进行选择是根本没有办法的。 这是工具错误吗?

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    尊敬的 Pavel:

    请给我们一些时间与您联系、我们目前的带宽非常窄、因此我们需要一些时间来与您联系。

    感谢您的理解。

    Br、

    哈龙

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    尊敬的 Pavel:

    很抱歉本例延迟了很长时间。
    首先、我很高兴听到您找到并更正了 GND 参考和 软启动时间的初始错误。

    关于输出电压:
    似乎您达到了器件的最长导通时间限制。 数据表中列出了、当 Fsw 较高时、最坏情况下的最大占空比仅为80%。
    从5V 升压至40V 需要~87%的占空比。
    如果放大仿真的开关节点电压、您可以看到器件正在切换的实际占空比。

    实现更高占空比的最快方法是降低开关频率。
    您可以使用100kHz 开关频率测试相同的设置(将 Rt 增大至220k Ω)。 您可能还需要调整电感和补偿、但这样、您应该能够在输出上实现所需的40V 电压。

    如果器件的占空比仍然太高且始终无法实现输出电压、则可以考虑将拓扑更改为具有调整绕组比的反激式、以减小占空比。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    我是按照你的建议去做的。 没有什么改变!!! 输出在大约30.7V 的这个"神奇"值仍然被吸入。

    这可能是工具中的一个错误。
    我无法显示 SW3输入端的电流... 尽管我将电流探头放在 SW3 (引脚14)上、但在仿真结束时的测量值列表中没有找到它。
    在我的设置中、我使用一个外部二极管模型。 该工具指示在这种情况下、探头数量限制为3个。
    在我放置3个探针- Vout、ILOAD 和 Isw3之前、我从未在仿真结束时选择 Isw3。
    上次我删除了 Iload、仅留下 Vout 和 Isw3、但还是无法显示 Isw3。

    在我的上一个设置中、我调整了 Rt、Lm 以获得100kHz 开关频率、并且调整了环路补偿值(正如工具建议的那样)。 还建议使用该工具将 CSS 增加到373nF、这样大大增加了仿真时间、直到40ms、但我还是这样做了。

    以下是我的最后一次设置:

    这里是仿真:

    此致、

    Pavel.

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    尊敬的 Pavel:

    请给我们一些时间与您联系。

    谢谢!

    Br、

    哈龙

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    您好、Haroon、

    好的、谢谢。

    此致、

    Pavel.

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    尊敬的 Pavel:

    我在默认工作台上进行了测试、测试是否可以实现5V 到40V 的升压比。
    仿真运行正常、输出可根据需要上升到最高40V。
    我将模型连接在这里、以便您可以使用该测试台作为参考。

    e2e.ti.com/.../7446.LM5157_5F00_PSPICE_5F00_TRANS.zip

    请注意、我设置了一个非常小的软启动电容器、因此可在3ms 内达到40V 输出。 这现在会导致输出过冲、器件暂时进入待机状态、直到 Vout 重新下降。
    如果再次增大 SS 电容、器件应在不进行复位的情况下正常启动。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    谢谢。 我知道是什么原因造成了这个问题:外部二极管的模型。

    当我将其替换为理想二极管(如您的示例所示)时、没关系。

    这是一个模型:

     * DRB050LAM-30 D 型号
    * ROHM 生成的模型
    保留所有权利。
    *商业使用或转售受限
    *日期:2019/04/08
    。 DRB050LAM-30 D 型号
    + IS=957.78E-9
    + N=0.9340
    + RS = 4.8265E-3
    + IKF=141.25E-3
    + XTI=2.0
    + EG = 0.700
    + CJO=1.2667E-9
    + M=0.5574
    + VJ=0.5000
    + ISR=3.4880E-6
    + NR=1.2143
    + BV = 30
    + TRS1 = 2.7980E-3
    + TIKF=15.384E-3

    有任何意见吗?

    再次感谢。

    Pavel.

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    尊敬的 Pavel:

    请允许我们暂时联系您。

    Br、

    哈龙

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    尊敬的 Pavel:

    感谢您的更新。
    我很高兴听到您在您的模型中发现了错误。
    我无法根据模型规格说输出电压下降的确切原因。
    我的第一个猜测可能是不支持此应用的错误电流或电压额定值。
    您可以导入另一个二极管模型、然后查看仿真是否有所改善。

    此致、
    尼克拉斯