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[参考译文] LM51561:转换器未从上电启动、可能是由于遇到电流限制而导致出现故障

Guru**** 1129500 points
Other Parts Discussed in Thread: TL431, LM51561, LM5156
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/1281873/lm51561-converter-not-starting-from-power-up-suspect-due-to-encountering-current-limiting

器件型号:LM51561
主题中讨论的其他器件: TL431LM5156

大家好、我将对50V 到150V 直流 反激式转换器设计进行原型设计。  原型的第一篇文章已组装但未启动。  我认为转换器会遇到过流情况、并且在启动过程中经过64次尝试后、它会复位。 控制器 再次尝试。 我已经尝试了各种更改、如原理图中的红线更改所示。 我已经捕获并附加了重要的波形 。  

仅供参考、我还尝试通过替换 RT 从250kHz 切换到400kHz、这会导致  几秒钟后 Q1 N 沟道 FET 和 T1出现故障、FET 变得非常热。 我已经替换了 Q1和 T1、原型恢复到以前的行为、即持续复位。 请提供您的建议和补救措施。  

此致、黄耀柱

伊科通科技

dennyw@ikomed.com

www.ikomed.com

e2e.ti.com/.../20231016_5F00_Ikomed_5F00_lm51561.zip

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    您好、Denny's、

    您是对的、这看起来像是断续模式。 所有信号上都有很多噪声。 这是因为您在示波器探针上使用了较长的 GND 连接、还是已经在使用非常短的 GND 连接?

    请查看 此文章: 如何测量纹波以获得更好的设计结果-电源管理-技术文章- TI E2E 支持论坛

    您是否可以使用我们的反激式快速入门计算器检查原理图?  SNVC240计算工具| TI.com

    此致、
    布里吉特

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    尊敬的 Brigitte:

    感谢您的帮助。 我认为噪声是 Q1关闭时的地弹。 底部包含初级接地和隔离式次级接地的分离平面。 接地测试点为 SMD、且必须通过过孔到达底部。

    TI 计算器很有用、谢谢。 这优于我从数据表公式得出的一个。

    我在添加 RSL 并将 RS 更改回15m Ω 后、捕获并附加了新波形。 启用 Q1时、RS 上的电压介于0.8V 和0.5V 之间。 这相当于54A 至33A 的瞬时电流。 如果是这样、则说明了控制器处于过流状态的原因。 我添加了 RSL、它修改了电路的行为、但仍然进入过流状态。

    问题:光隔离器初级侧集电极的标称电压应该是多少? 应如何调整上拉电阻器的大小?

    根据数据表第12页中的转换器功能方框图、断续模式仅与 VCS1 (I 斜率)相关、而不与 VCS2相关。 您是否清楚地知道转换器将进入断续模式? 由于上拉电阻大小不正确、控制器是否会由于 COMP 引脚的次级反馈而检测到过流?

    查看 Q1漏极波形、可以发现在启用 Q1后、漏极电压处于3个不同电平(~30V、~20V 和~40V)并持续三个连续周期。 为什么 Q1不饱和? 是否应该使用具有较低 Vgs 的 N 沟道 MOSFET?

    您还可以提供其他建议吗? 谢谢你。

    此致、

    丹尼

    伊科通科技

    dennyw@ikomed.come2e.ti.com设计.../20231021_5F00_150vdc_5F00_ps.zipe2e.ti.com/.../150vdc_5F00_isolated_5F00_5F00_redline.ti.com/.../4520.LM5155_5F00_56_5F00_Excel_5F00_5F00_5F00

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    您好、Denny's、

    请给我们额外的时间来查看您的数据、然后再联系您。

    此致、
    布里吉特

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    您好、Denny's、

    漏极电压非常奇怪。 您能否检查是否有损坏的组件? 您还能检查输入电压吗?

    您能否检查 TL431是否损坏、因为它可以承受最大36V 的电压

    此致、

    冯志

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    尊敬的 Feng Ji 和 Brigitte:

    感谢您继续提供支持。 我相信两个器件仍然正常工作。 证据如下。 此后、我已经在空载时获得了以 p/s 为单位的启动速度、但即使在轻负载时也无法启动。 当 p/s 开始时、波形显示为表示器件正常工作、Q1传导电流、可通过 RS 两端的电压观察到。 TL431阴极达到标称值2.495V。

    关于 TL431、我在第一次看到波形时也存在同样的怀疑。 我认为阴极上升到所示的电压电位、但没有电流流动。 由于 TL431+尚未达到其设计的标称电平(即150V)、因此、VO 的 REF 引脚也未处于2.495V 标称电平、并且 TL431+器件处于瞬态状态。

    此后、我在输出空载时获得了以 p/s 为启动时间。 偶尔启动的电源变化是将光隔离器 R-pull-up (R5)替换为2k67欧姆。 空载时使 p/s 持续启动的变化是重新连接次级软启动电路、即肖特基二极管 D6。 我还更换了次级软启动计时电阻 R18至976K 欧姆、以缩短启动时间。 有趣的是、当我将 R18替换为396k Ω 时、电路再次出现启动问题。

    启动机制似乎是控制器对输出电容器电平充电、但由于检测过流而保持低占空比。 输出会充电、但控制器会在其固定数量的运行周期后停止。 输出电容器开始放电。 控制器会开始另一个启动周期并再次为输出电容器充电、但会再次停止。 平均输出电平逐渐上升、如果达到150V 的工作电平、则控制器能够开始正常运行。

    当 p/s 加载22mA 电阻负载时、p/s 不会启动。 在这种情况下、负载在控制器的重试关闭状态期间对输出电容器放电、输出爬升到准稳定状态、对输出电容器进行充电和放电。 如果输出电平未达到150V、控制器和 p/s 将保持此准稳定状态。

    我想我提供的说明不是 TI 希望控制器以何种方式启动。

    我改进了 RS 的接地、如附加的 RS 波形所示。 检测电压现在为~0.4V 或26.7A 峰值(之前的峰值为~0.8V)、可能是实际值。 我认为不重新布局 PCB、我就无法进一步改善接地。 即使如此,我相信这将是渐进的。  

    Question:
    1.控制器 COMP 引脚处的波形(净 FB_COMP)现在是否合理?
    2. TL431阴极(净 VFB)处的波形似乎不正常。 有什么想法吗?
    漏极电压仍显示 Q1未饱和。 有什么想法?
    4.有什么想法如何增加占空比,使输出电容器充电更快,到一个更高的水平?
    5.将工作频率增加到400kHz 之前会导致 Q1和 T1发生故障。 但是、电路和元件值以前也不正确。 更改工作频率现在是否会有所帮助?

    非常感谢您的帮助。 谢谢你。

    此致、
    丹尼

    e2e.ti.com/.../20231025_5F00_150VDCps_5F00_unloaded.zipe2e.ti.com/.../20231024_5F00_150VDCps_5F00_22mALoad.zipe2e.ti.com/.../0572.150vdc_5F00_isolated_5F00_ps_5F00_redline.pdf

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    您好、Denny's、

    您能否尝试向电容器 C8和 C14加润滑脂以延长软启动时间?

    对于您现在要使用的更大的上拉电阻器、我认为 LED 电阻器 R6太大。 请也尝试减小此值。

    隔离反激式的补偿通常仅在次级侧完成、因此请在下一个测试中移除 C9和 R17。 可能需要一些组件、但并不需要补偿所使用的相同值。

    您能否直接测量 CS 引脚上的电压?

    此致、

    莫里茨

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    您好,Moritz el

    感谢您的建议。 连接的波形增加了两个软启动电容器。

    我将 LED 偏置电阻降低到35k、现在 p/s 的启动电阻负载为6k8 (~20mA)、但输出电压仅为139V。 TL431阴极处的波形非常奇怪。 我更换了它(D4)、但波形没有改变。

    我按照请求在 CS 引脚处捕获了波形。

    欢迎任何建议。 谢谢你。

    此致、

    丹尼

    e2e.ti.com/.../20231027_5F00_Ikomed_5F00_150Vps.zipe2e.ti.com/.../2330.150vdc_5F00_isolated_5F00_ps_5F00_redline.pdf

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    您好、Denny's、

    D4阴极电压过高。 绝对最大值为37V、而在您的示波器中、它接近60V。

    在高输出电压的情况下、光耦合器的输入电压需要由齐纳二极管进行钳制。

    例如、请查看此参考设计: https://www.ti.com/tool/PMP10712

    在这种情况下、可以使用功率级设计器计算电阻器和电容器的值: https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER

    在控制环路下、可以选择使用齐纳二极管的2类补偿。

    此致、

    莫里茨

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    您好,Moritz et al,

    我按照建议添加了齐纳电路。 请注意、p/s 不再启动并处于重复重试状态。

    当 VO += 150V 时、我将齐纳偏置设置为4.5mA 标称值(29k5上拉)。 然而、p/s 输出平均值仅达到~100V、因此齐纳偏置电流实际上为~2.8mA 平均值。

    LED 偏置电流为18.2V 齐纳电压和5k62偏置电阻器产生的2.5mA。 此偏置电流应该足以使 TL431运行。 TL431 REF 引脚没有看到2.495V 的电压、因为 VO +没有上升到150V。 我不确定 TL431阴极在其 REF 引脚低于其 Vref 阈值电压时的行为。 查看 VFB 和 LED 阳极处的波形、光耦 LED 似乎被正向偏置。 但是、我不确定 TL431阴极的行为是否正常。

    光耦合剂的收集在平均~3V 时仍然显示很高。 我将上拉电阻从2k67增加到5k11、这应该会降低集电极处的工作点。 但平均电平在~3V 时保持不变。

    由于 p/s 不工作以及 TL431可能承受过应力、我再次更换了 TL431、但波形没有改变。 我也更换了光耦合器 TCMT1107)、且未更改波形。

    有趣的是、CS 引脚上的电压表示器件不再处于过流状态、峰值小于50mV。 但是、转换器占空比仍然是非常低的占空比。 Q1漏极似乎会达到饱和、但只会在一部分导通时间内发生。

    再次查看 VO、控制器停止将输出电容器充电到更高的电平、即使它还未完成复位和重试之前的所有周期。 比如、它认为输出电平已达到它认为应该已经达到的水平。

    我在示波器探头上使用了短接地端来捕获随附照片中所示的最新波形。

    如果您有任何建议、请提供进一步的建议。

    此致、

    丹尼

    e2e.ti.com/.../150vdc_5F00_isolated_5F00_ps_5F00_redline_5F00_20231101.pdfe2e.ti.com/.../20231101_5F00_150VDC_5F00_ps.zip

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    您好!

    我附加了额外的波形以进一步补充关于转换器停止对输出电容器充电至所需更高水平的建议。  

    丹尼

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    您好、Denny's、

    COMP 信号现在处于最大值。 链接。 这意味着请求高占空比。 然而只有非常低的占空比这一事实意味着会发生过流情况。 另外、在您最后发送的图片中、开关停止的时间与32768个断续周期相匹配。  断续仅在过流情况下发生。

    CS 引脚和 PRI_CS 上的波形不匹配在一起。 PRI_CS 显示的电压约为300mV、CS 仅为50mV。 一定是有问题的。

    Q1漏极处的波形也非常奇怪、因为电压在开关前下降。

    您能否尝试更换 LM51561和 MOSFET?

    您还可以发送布局吗?

    此致、

    莫里茨

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    尊敬的 Moritz:

    随附的波形替换了 LM51561和 N 沟道 MOSFET。 输出未启动、仅达到~30V。 CS 引脚处的波形指示过流、有趣的是。

    我已经附加了一些层的 PCB CAM 文件和 png 文件、以防您手头没有 Gerber 查看器。

    我已经修改了 电流检测电阻器 R14的初级接地连接。 我在焊盘附近钻了一个1mm 的孔、并将一条实心线从焊盘连接到底部的初级接地层。 这种修改将 PRI_CS 节点的电压降低了一半(峰值为~0.8V 至~0.4V)。

    这些波形是通过5k6电阻负载(20mA)捕获的。 我移除了负载、因此 P/s 为空载。 输出没有放电压下降、但仍然没有上升到预期的输出电压。

    我正在考虑再次将 R14从15m Ω 降低到7.5m Ω、这会允许更高的变压器初级电流。 我打算明天再试一次。

    如果您有任何建议、请告诉我。 感谢你的帮助。

    此致、

    丹尼

    e2e.ti.com/.../20231102_5F00_Ikomed_5F00_150VDCps.zipe2e.ti.com/.../150vdc_5F00_isolated_5F00_ps_5F00_CAM.zipe2e.ti.com/.../20231102_5F00_CAM_5F00_png.zip

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    您好、Denny's、

    是的、您可以再次尝试减小电流检测电阻、但这似乎是与布局相关的问题。

    我们建议遵循器件数据表中提供的布局指南。 您还可以了解 LM5156反激式 EVM 的布局: https://www.ti.com/lit/ug/snvu736/snvu736.pdf?ts EVM=1698999757445&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FLM5156HEVM-FLY

    电流感应电阻器和 IC 的接地连接必须非常靠近。 即使是钻孔、由于引线会干扰 GND 平面、因此该孔距离很长。 例如、开关信号环路也非常大。

    此致、

    莫里茨

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    您好、Denny's、

    还应该做的是、将 PNP 晶体管连接到 COMP 和 SS、如下所示:

    否则、主软启动电容器不产生影响。

    此外、还应为光 LED 应用一个偏置电阻器:

    此致、

    莫里茨

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    尊敬的 Moritz:

    好消息。 现在、P/s 在负载下启动。 按照您的建议添加 PNP 晶体管会带来不同。 我首先测试了空载变化。 然后使用22mA 负载进行测试。 最后使用44mA 负载。  不同负载条件下的输出启动波形相似。 p/s 持续启动。 我会在接下来的几天继续进行更多的测试。  

    我没有在光隔离器 LED 上添加 Rbias。 我不确定如何选择值、认为可能需要一些迭代。  

    随附经修订的波形和原理图。 任何有关波形的注释都很有用。 当 FET 栅极被驱动时、CS 引脚上的电平为负。 示波器接地端位于检测电阻 R14的较负端子上。 尽管我做了一些修改、但很可能仍然存在偏差。  

    感谢您的帮助和建议。  

    此致、

    黄耀柱

    e2e.ti.com/.../20231106_5F00_Ikomed_5F00_ps.zipe2e.ti.com/.../3806.150vdc_5F00_isolated_5F00_ps_5F00_redline.pdf