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[参考译文] LM5146-Q1:在电机负载条件下无法启动

Guru**** 2549340 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5146, LM5146-Q1, CSD19534Q5A

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/1271024/lm5146-q1-failure-to-start-under-motor-load-conditions

器件型号:LM5146-Q1
主题中讨论的其他器件:LM5146、、、 CSD19534Q5A

大家好。 我最近继承了暑期实习生的一个项目 、以创建基于 LM5146的配电板。 我自己以前从未使用过开关降压转换器。 该电路板接受~44V 直流电压、并包含3个 LM5146 IC、使各个组件的电压降至24V、19V 和12V。

问题
当尝试使用12V 电源为一组4个电机供电时(该问题已被证明使用1-2个电机也会发生)、我们会反复出现输出电压故障。 下图显示了在提供单个电机负载启动时在示波器上测量的电压响应。 但是、在空载条件下、输出电压正确变为24V。



因此、我认为滤波器电感器 每秒会发出咔嗒声、因为它反复通电和断电。 我尝试在 TI 设计工具中重新创建现有设置、尽管并非所有数字都完全相等、但它们非常接近。 该 结果如下图所示。



我已经 尝试过的
我稍微深入了解了这一点、并找到了一些在线资源、包括关于常见降压转换器问题的 TI 3集视频系列。 在我看来、这似乎是过流保护踢脚。 根据用于 LM5146-Q1的 TI 设计工具 Excel 电子表格、他们用于 R_ILIM 的590欧姆电阻器对应于大约9A 的电流限制、但 连接了测试电机时、我们只能看到大约3A 的浪涌电流、因此我不会认为这是个问题。

我看到的另一件事是、它们的软启动时间仅为大约0.4ms。 我认为这可能是浪涌电流问题的一部分、因此我将其焊接在100nF 的电容器上、以将软启动时间增加到大约10ms (将 THT 电容器焊接到0402组件上是一个有趣的经历)。 示波器结果表明软启动正常、但仍然会遇到同样的问题。  

  

最后、由于我们使用实验室工作台电源为这些测试供电、因此我将电源上的电流限制设置为零、为系统通电、然后缓慢增大电流限制。 在这种情况下、电机缓慢加速、最终达到0.6A 左右的全无负载速度。 如果我把电流斜升得太快、系统将会关闭、但如果我放慢速度、系统将会正常工作。 就我所知、它是电流限制功能、我很困惑为什么它以如此低的电流开始发挥作用(我们的测试通常为0.7A 左右)。  

另外一点可能有用的信息是、对于此应用、所使用的电感器可能有点太小。  MSS1210-223ME、30%的饱和电流为8.8A、额定 RMS 电流为4.4A。 但是、尽管这会对所有4个电机的负载造成问题、但在0-3A 范围内测试1个电机时、我不认为这会是问题。  

有人知道这里的问题是什么吗? 由于我自己和我继承这件事的实习生对开关稳压器都是新手、我们希望这是显而易见的、有更多经验的人能够认识到的。  

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    尊敬的 Alex:

    您能否附上快速入门计算器并分享您使用的 MOSFET 的确切器件型号?

    电流限制取决于低侧 MOSFET 的 ILIM 电压和 RDSON。

    不同的 RDSON 将更改电流限制设定值。

    我还建议您尽可能监控电感器电流。  

    您必须在电感器上放置一个外部导线环路(在 VOUT 侧)、可以在其上使用电流探头。

    希望这对您有所帮助。

    -奥兰多

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    您好、Orlando、感谢您对此进行深入了解。 MOSFET 为 TI CSD19534Q5A。 高侧和低侧 MOSFET 也是如此。 我必须仔细检查一下、但 我认为我们的示波器没有正确的探针类型来测量电流。
    e2e.ti.com/.../Existing-Board-TI-Design-Tool.xlsm

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    Alex:

    如果不看到准确的电感器电流波形、就很难诊断电流限制。

    您能否在设计频率下示波器并确认 SW 节点波形是方波? 高电平应为 VIN。

    此外、您能否共享布局的快照? 我想知道 FET 加热和改变 RDSON 的速度是否超过控制器。

    -奥兰多

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    奥兰多、

    我确认没有电流探头。 我的确可以使用50W 2欧姆分流电阻器以及一些0.1欧姆2W 电阻器、这些电阻器我可以串联在电路板和电机之间。 我在线阅读过、分流电阻器并不是测量电感器电流的理想选择、但考虑到这一点、这些信息是否仍然有用?

    此外、我正在努力获取您想要的所有结果(以及可能监控 EN 和 PGOOD) 但我们有一个问题、那就是从我连接的额外焊接电容器上剥离迹线、因此可能需要一两天时间才能组装另一个电容器。 您知道吗?

    同时、这里提供了电路板布局的快照。 我要介绍整体视图、以防三个电压稳压器的连接方式产生影响。  

    这里是我们遇到问题的24V 稳压器的特写。 蓝色框内是电感器、黑色 IC 是 MOSFET、灰色框内是 LM5146、C1-C3是输入电容器、C10/C11是输出电容器。

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    Alex:

    0.1欧姆电流检测电阻听起来是最佳方式。

    另外、您的放置位置看起来也不错、我假设您有一个 GND 多边形搁置、但您的低侧 FET 或输入电容器上是否有 GND 过孔?

    开关电流环路从 CIN 到 Hs 漏极再到 LS 源极返回到 CIN、该环路面积应足够小、以最大限度地减少 SW 振铃和过冲。

    另外、请附上您的常规原理图!

    https://www.ti.com/lit/an/snva803/snva803.pdf 

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    奥兰多、  

    很抱歉耽误你的时间、我们只取回组装好的电路板。 我们今天运行了所有可能的测试、所以这里是结果的信息转储。

    首先、这里是24V 降压转换器模块的原理图和电路板布局、
    原理图

    顶层布局

    底层布局

    现在、这里是我们针对单个电机负载和44V 输入电压运行的测试。 我对示波器不太擅长、因此我希望所有设置都正确。  所有测试均将耦合设置为交流、并且启用了示波器噪声抑制功能。

    首先、 虽然频率 不稳定、SW 引脚会提供 Vin 电平的方波、这可能是 由于 系统经常重启

    这是 EN 引脚上的电压。 这可能会引发问题、不确定为什么它以零为中心。 不知道这是否与我的测量技术有关、

    这是电机电流测量。 使用了170毫欧的电阻器(使用 LCR 表进行测量、因此应该非常准确)、这里显示的是电阻器电压。 峰值约为8.6A、因此肯定比预期高、但仍在电路板的规格范围内。

    这里是电感器电流。 这有点难以测量、因此我还附上了我们的设置供您结帐。 电阻器上的电压约为1V、电流约为5.9A。 如果我没记错、虽然我们预计电感电流会高于电机电流、因为输出电容器应该在充电、所以我不确定我们是否正确运行了这个测试。


    在图中、我们一侧翻转线圈、将底部焊盘焊接到原始连接的开关侧、然后将电阻器串联到另一个焊盘、线圈封装在这张照片中有一部分覆盖。

    另外、如果 这些信息有用、我们有时会在为电源上电时使电机正确旋转。 并不经常、也许每5-10次就  会发生一次、但电路偶尔会工作。

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    仅对波形进行直流耦合。 可能仅根据触发器执行单个波形。

    电感器电流设置不是最佳的、但可能可以正常工作。 请放大并调整触发器、以便可以在顶部附近看到峰值电流和谷值电流。 请注意、电感器电流是与 SW 相关的三角波形、理想情况下您可以同时探测 SW 和 IL。

    您的电感器的器件型号是多少? 您确定电感器具有足够的饱和电流吗?

    -奥兰多