[参考译文] TPS92643-Q1：过冲

您好、Hanno、

我首先要考虑的是电感器电流。  这将告诉您是否正确控制了电感器电流。  如果电路存在影响电路的寄生效应、则输出电流将与电感器电流不同。  电流探头、这一点很好理解。  我不太明白第二个波形。  您能解释一下在第二个波形期间您在做什么吗？  我还希望在初始启动时看到波形放大情况。  您能否也解释一下您的设置。  输出端和负载之间是否有长电缆？  使用较低的 Vf、IR LED (旧)时的波形是吗？Vf 为2.8-3V 的较新 IR LED 也是如此？  您的最大电流设定值是多少？  是650mA 还是您打算提高速度？  您要对电感器使用什么器？  您是否完成了最小感应纹波或800kHz 开关频率的正确值的计算？  我认为 EVM 上的电感值是22uH。  请确认。

如果您计划在37Hz 的低 PWM 频率下使用自举电容器(C7)、则必须将其更改为较小的电容器。  我建议 0.033 μ F。   我担心您在启动期间达到 LS ILIM。  拥有电感器电流和 SW 节点电流有助于确定这一点、请最大程度放大波形、以便我可以看到发生了什么情况。   

-fhoude

你好、fhoude、

今天、我在家庭办公室、无法执行任何测量。 我们确实有多个电流探头、我将利用电感器电流堆提供一些详细的测量。

第二个波形显示了输出电流(黄色迹线)和开关节点(蓝色迹线)的启动行为。 它显示了器件的启动行为。

该设置使用大约50厘米的电缆连接 LED、与我们的客户规格相当。 应使用外部模拟电压来改变 LED 的电流(正常工作)。 另一点是由频率发生器提供的相当低频的 PWM (37Hz)。

650mA 是最大电流设定点。 未计划使用更高的输出电流。

旧 IR LED 的波形(Vf = 1、6V)和新 LED 的波形(Vf = 3V)几乎相同。 关于透射的行为是可以否认的。 我明天将提供测量屏幕截图。

我将根据建议更改自举电容器并重复测量。 我还仔细检查了最短导通时间和电感值的计算、并详细回答了此主题

此致

亚历山大 Geißler

您好、Alexander、

您需要将电流环路与电感器串联、以监控电感器电流(我通常提起电感器的 Vout 侧、而不是将电感器的 SW 侧放置在电流环路中)。  然后在流入负载的输出电流上也有一个电流探针。  我会在捕获波形时包含 SW 节点电压和输出电压。  请告诉我您会得到什么。   

-fhoude

尊敬的 FHOUDE：

我仔细检查了两种 LED 类型的对应的最短导通时间。 当 LED 正向电压 Vf = 3V、输入电压= 24V 时、该器件满足所需的最短导通时间(111ns)。 当使用具有较低 正向电压1、6V @ Fsw=800kHz 的 LED 时、违反最短导通时间。 需要根据要求调整(降低)开关频率。 器件在较低的正向电压下仍能正常工作的情况绝不会减少、而且在开关节点电压下也看不到会出现不稳定性的脉冲宽度变化。

我确认22µH 电感器已安装在 PCB 上。 检测到的最小纹波应为24mV。 需要的最小电压为8mV。 这应该是可以的。 计算和测量的电感器纹波匹配值(~150mA)。 Vf = 2.8V 时的最小 TON 为145ns @ A Fsw=800kHz。 该值高于数据表中111nS 的最短导通时间、也很好。

所有屏幕截图均是通过具有较高 Vf 值的 LED 完成的

第一张图片显示了建议的屏幕截图。 它显示了器件的启动情况。 对于所有测量、探头设置如下：

• CH1：开关节点/黄色迹线
• CH2：电感器电流/蓝色迹线
• CH3：输出电流/紫色线迹
• CH4：输出电压/绿色迹线

启动行为/无 PWM

在下面两张图片中显示了斜坡的开始和结束缩放：

斜坡开始

启动结束

PWM、~37Hz/ 550mA

下图显示了使用的 TPS92643-EVM。

• IADJ=1.2V
• PWM、具有37Hz 和10%直流
• R1 = 0、15Ω

过冲短路、并在16µs 之后稳定。 对于设计实现来说、这是意外行为、但这是因为会持续监控电流、并且在达到某个水平时会停用器件。

测得的过冲在下面的屏幕截图中捕获、大约为140mA

多个 PWM 周期可在以下屏幕截图中看到：

~37Hz/μ s 150mA 的 PWM

下图显示了使用的 TPS92643-EVM。

• IADJ = 0、3V
• PWM、具有37Hz 和10%直流
• R1 = 0、15Ω

输出电流降低时、过冲行为变得越来越好。 为了获得更详细的视图、我在接下来的几张图片中将电流探头的垂直分辨率更改为50mA。

过冲减少至~20mA。

如果您需要更多测量数据/信息、请告诉我、

此致

亚历山大 Geißler

您好、Alexander、

我想您可以看到电感器电流控制得很好、没有过冲太多。  这意味着控制环路已完成其工作、且反应迅速、过冲最小。  其余的输出电流过冲是由于输出端的寄生效应、如线束电感和输出电容。  您的测试设置是什么样的、您能提供有关您对电流过冲要求的更多详细信息吗？   

你好、fhoude、

我想总结一下这些内容、简要概述一下这一规范。

恒流源与 LED 配合使用可用于医疗。 出于安全原因、我们必须提供过流保护。 如果发生故障/过流、则应禁用 LED。 因此、必须持续监测电流。 启动时执行自检以确认可检测到过流。

两个主要参数是：

1. 电流设定点(LED 的工作电流)
2. 安全电流(如果超过该阈值、则检测到过流并且 LED 应停用)

例如：

• 当前设定点定义为200mA
• 安全电流应设置为比电流设定点高10%。 在此示例中为220mA

在电流源(TPS92643)和 LED 之间有一个开关、用于在发生故障时断开连接。 目标是仅在发生过流时使用开关停用 LED。 TPS92463提供 PWM 等电流源功能。

主要问题是、电流过冲将触发过流检测。 当然、有多种选项可以解决这个问题(例如、降低过流检测速度)、但即使在上述测量中、过冲在大约10µs 中趋稳、我也无法判断较高的辐射强度是否可能对患者造成伤害。 我想从硬件的角度选择保存选项：尽量减少过冲、最好情况下无过冲。

由于过冲并且不可能减少过冲、在我看来、这个选择的路径不是正确的选择。 (如上所述的设置)。

另一个我尚未测试的可能设置是使用外部负载开关(例如分立式或 TPS22919)并在开关的帮助下控制电流斜坡。 对于可能的解决方案、您有任何想法或建议吗？ 我愿意接受任何建议。

明天我回到实验室、我将提供设置图片。

感谢您的支持

此致

亚历克斯

您好 Alex：

安全电流的10%阈值真的很严格！  该器件在直流状态下的容差为+/-4%。  您目前如何实施此保护？  这似乎会消隐设定时间内的过流或对其进行滤波以忽略快速瞬变的检测阈值。   鉴于 PWM 调光频率如此慢、您或许可以将 IADJ 引脚设置为较低的设定点、然后再将其增加一点点慢、以便我们在达到最终设定点时有一个小的阶跃变化。  IADJ 是如何创建的？  什么呢？  直流整流 PWM 信号？   

-弗朗西斯·豪德

尊敬的 Francis：

今天，我取得了一些改进，似乎朝着正确的方向前进。

但首先是您之前提出的一些问题的答案：

下图显示了我用于测量的实验室设置。 我使用频率发生器来产生 PWM 信号。 频率发生器还能够为 IADJ 引脚生成直流电压。 IR 指示灯盒中。

方块图显示了第一个原型的概念。 PCB 也确实具有线性稳压电流源/电流阱、它们基本上按照相同的原理工作(效果非常好)。 在原型设计的启动阶段、我们(竞争对手)遇到了 SMPS 电流源问题、因为我们必须处理高达1A 的过冲。

我们使用 DAC (DAC63004)为 IADJ 生成控制电压和电流阈值电压。 高侧电流检测用于保证电流安全。 PWM 由控制器生成。 在过流事件期间、安全逻辑会打开电源开关。 作为一种可能的解决方案、我们曾考虑消除过冲、但在当前原型设计中、安全逻辑电路被停用。

一个很好的提示是直流状态的+/- 4%容差。

• 您是否知道具有更好直流性能的器件开箱即用？
• 您会建议的电流阈值是多少？

我通常做一些测试来改善情况、然后首先向 CSP 引脚添加更多电容(添加了1µF)。 正如我所预料的那样、过冲会变得更糟。 因此我向 CSn (4、7µF)添加了更多电容。 起初、我需要支付费用才能获得与在 CSP 上相同的结果。 我感到惊讶的是相反的快乐。

过冲减少了100mA @ 600mA 输出电流。 R1、C1和添加的4、7µF 似乎形成了一个延迟网络？ 结果似乎充满希望。

在150mA 输出电流下、过冲可减少~100%。 从21mA 到10mA。

到目前为止、我尚未测试其他值。 这是我今天和现在可以得到的距离 TGIF (感谢上帝，它是星期五)

祝您度过一个愉快的周末、感谢您为我们

此致

亚历克斯

您好 Alex：

感谢您为回答我的问题和收集数据所付出的努力。   

• 满量程(最大基准电压)时+/-4%的容差实际上是一个非常好的容差。  请记住、电流设定点越低、容差越差。  这是因为、在轻负载时、基准电压较小、偏移电压误差(不随操作而变化)在设定点中所占的百分比较大、这是因为任何放大器可能具有的误差。  VIADJ 越低、失调电压引起的误差百分比就越大。  这是我所说内容的图表。

这也是我们让人们选择接近满量程电压(最大电流)的电流检测电阻器的原因、从而确保在最高电流下实现最佳的电流精度。   

• 增加输出电容 (CSn 引脚)会吸收一些电流、这些电流会被视为过冲并使其进入电容充电。   您可以尝试操作 Cout (输出电容)和 Ccomp (补偿电容)、以优化瞬态响应(控制环路的带宽)和负载滤波。   
• Ccomp 在 PWM 调光期间控制初始脉冲上的软启动。  下一个脉冲根据 COMP 之前进行调节时的位置进行调节。  这可被视为一种采样保持方法、旨在实现快速瞬态响应、但在这种情况下、必须加快瞬态响应可能会导致过冲。  增加 Ccomp 会降低带宽并减慢响应速度。  因此、在此处看到变化的原因可能会导致过冲。    
• 我确实对电流检测元件在您的系统中的位置存有疑问。  我还想知道这是否最终会全部集成在一个板上？  所有这些长电缆都会产生电感并对性能产生不利影响。  它可能会影响去耦电容器的放置位置、例如我们是希望它位于驱动器输出端还是负载端。   
• 15%的容差可能是可行的(负载稳压器为4%、瞬态为10%)、但这假设不会因电缆而产生寄生效应。  
• 如果您通过 DAC 控制 VIADJ、则可以使用稍低的设定点来同步 PWM 高电平、然后在短时间内升高、这样控制环路就不必如此快速地转换、而不会出现过冲。  这有点复杂、但如果我们无法根据您需要的内容调整响应、可能会起作用。

期待您在下周找到的成果。  如果这样做对您效果更好、我可以进行虚拟会议。  请告诉我。

-fhoude

很高兴听到取得了良好的进展。  我还能做些什么来帮助吗？  如果没有、您能否确认此帖子已解决您的问题？  谢谢。

-fhoude