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[参考译文] UC3845A:DC/DC 负载调节

Guru**** 1687510 points
Other Parts Discussed in Thread: UC3843, UC3845, UC3842, UC3845A, UC3843A
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/1245824/uc3845a-dc-dc-load-regulation

器件型号:UC3845A
主题中讨论的其他器件:UC3845、UC3843、 UC3842、、 UC3843A

具有闭环电压控制功能的非隔离式高压直流/直流(24VDC 至600VDC)无法保持负载。 即使直流电压约为43%(远低于限制、并且初级电流未显示任何饱和迹象、输出电压也会随着负载的增加而开始下降。 有什么建议吗? 谢谢。

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    大家好。 您是否正在使用升压转换器、反激式转换器?  

    瞬态响应:
    当施加更多负载电流时、 输出电压  暂时  降低、原因是电容器需要突然提供更多电流并且其电压降低。 此外、占空比  将会 暂时 增大 以便向次级侧提供更大的电流。

    稳态:
    在稳定状态下、如果施加更多的负载电流、 占空比 将会 保持相同的值 因为它仅取决于输入和输出电压。  达到50%的最大占空比的情况是负载电流瞬态事件快速增加。  

    是否正在执行负载瞬态事件? 您的负载配置如何? 非隔离式意味着您不会在反馈环路中使用光隔离器?  

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    您好、Manuel:

    感谢您调查此问题。 它是反激式。 我指的是随着负载增加的逐渐输出电压降、而不是瞬态响应。 例如、输出电流再增加10%之后、如果我继续增加负载、则会导致电压下降5%甚至更多。 这里没有光耦合器。 衰减后的输出电压馈送到控制器的反馈输入。 在这种情况下、我希望获得更好的负载调节性能。 开关频率约为100KHz。 连接的是开关晶体管源极中电流感应电阻器上的电压。 这是我开始看到问题的地方。

     

    目前的电阻器值为0.3 Ω。 我尝试将其降低35%。 它稍微提升了负载调节、但没有显著提高。 这是正确的方向? 从波形可以看出、平均初级电流约为0.7A (直流= 42%时峰值为3.33A)。 在24V 下、输入功率约为16W。 输出功率约为10.6W。 我在哪里松开5.4瓦特? 晶体管的电压相当低(我假设其最大值约为1W)。 该控制器由单独的15V 电源供电。 变压器次级绕组中的杂散电容看起来很大(电流的香料)。

    如果 UC3845的最大直流效率为50%、我不理解数据表中的图7-5。 我相信、无论 RtCt 值如何、DC 都被限制为50%。 目前、我拥有2.2nF 和3.32K 的电容。 根据图7-5中的图、最大直流应约为88%。

    最好增加位匝数比 NS/NP、以降低标称直流电流。

    您是否会推荐其他较新的控制器?

    谢谢你。

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    感谢您提供更多信息。 我建议下一个调试过程:

    调试过程:
    -控制器的电力能力已耗尽? 检查  比较器  并确保其在其限制(Vcc=+5V)处未达到饱和、确保其摆动到控制和调节输出电压。
    -您的最大占空比是多少? 检查  RT/CT  引脚并检查和测量振荡器的最大占空比。 如果您的占空比未高于43%、这意味着您需要更改 RT 电阻器和 CT 电阻器 以提高您的最大占空比、从而提高您的功率容量。
    -你在使用什么类型的补偿? 是积分器补偿吗? 在电源和接地之间连接了一个电容器、  FB 和 COMP  什么呢? 否则、您将会处理稳态误差问题、并且进行的调节是不合适的。

    关于图7-5:
    该器件 UC3845的最大占空比为50%、如图 7-5不适用于此设备。 其中一些器件具有该占空比限制的原因是、一些隔离式转换器需要具有低于50%的占空比才能重置变压器、并利用伏秒平衡磁化电感。

    关于感应到的电流图片:
    我认为您的初级电流没有任何问题。 由于 IC 控制 MOSFET 的峰值电流、电感器不会饱和。 开关周期开始时的高峰值是开关节点处的寄生电容导致的、该电容在高频时与电感谐振。

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    要验证最大占空比:

    在数据表的第8.3.6节中、您可以检查用于计算 dmax 的公式(请参阅随附)。 在图 7.9您可以根据 CCT 估算死区时间。 您可能需要减小 CCT 以减少死区时间、然后增大 Dmax。 请注意、在这种情况下、开关频率 fs=fosc/2。 如果您的 FS=100KHz、则 fosc=200kHz、您可以在公式中插入这个值。 另请注意、减小 CCT 会增大 FS (请参阅随附的)。

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    你好 Manuel。 感谢您的解释和建议。 明天我会尝试将 Rt 增大到6.8K、将 CT 减小到1nF。 此外、我将再次检查 COMP 上的电压波形。 同时、我想确认的是、VFB 和 COMP 之间确实有470pF 的电容器。 与该电容器并联、我将100K 和10nF 串联在一起。 我找不到您建议的数据表中的图7.9。 我指的是 UCx84xA 电流模式 PWM 控制器数据表(修订版 G)(TI.com)

    我怀疑问题可能是 NSP 不足以支持630V 的所需输出电压。 工作占空比、根据公式7、D = 0.47 (NPS = 0.03)。 VIN=24、Vout=634V。 如果在这种情况下、我在此阶段无法更改变压器、那么我应该更改为 UC3842或 UC3843吗?

    谢谢。

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    你好,Bohdan。  
    您的反馈补偿器值看起来不错。 您正在使用 II 型补偿器调节输出电压、这样的效果应该已经足够好了。
    我会首先尝试将最大占空比增加到50%、从而增大 RT 和减小 CT (也不会更改 FS)。 我建议检查 OSC 引脚以验证。
    如果这样不起作用、您可能会用尽匝数。 您可以将 IC 更改为3842或3843。

    最棒的

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    此外、如果可能、我建议使用 BiCMOS 器件(UCC...) 而不是双极(uC...)。 它可实现更低的电流消耗、更高的精度以及许多其他优势(请参阅随附)。

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    谢谢、Manuel。

    我只订购了包括 UCC 系列在内的100%直流部件。 明天会再试。 在我的配置中使用100%直流器件有什么缺点?

    如果我降低负载并保持输出电压、该电路运行良好。 这不是表示匝数比仍然可以接受吗? 我将输出电压降低到560V (更改了电阻衰减器)、但如果负载增加到超过大约相同的功率等级、它仍然无法保持输出电压。

    谢谢。

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    Bohdan. 您可能需要降低电流检测电阻 Rs 的值。 在设计 Rs 值时、需要考虑测量峰值电流值时 SENSE 引脚(请参阅所附)的最大输入电压1V。 如果设计的 Rs 值高于此值、则会发生的情况是比较器将事先锁存(关闭 CMOS) PWM 信号、IC 将耗尽功率。

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    你(Manuel)好。

    首先我要做的就是将电流检测电阻器减小30%、但正如我之前提到的、效果是不够的:我得到了3%的输出压降、而不是使用原始电流检测电阻器得到5%的压降。 似乎有几个因素的组合:电流达到限制、占空比太接近最大值。 我将尝试这两种器件、较小的电流感应电阻器和100%占空比器件。 在此拓扑中使用100%直流器件的风险是什么?

    谢谢。

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    你好,Bohdan。  

    使用占空比接近100%的"缺点"是、反激式的磁化饱和电感复位会更加困难。 此外、次级电流较高、它会导致输出电容增加、以便能够滤除纹波。 理论上是可能的,但它会导致更多的问题。  

    在您的情况下、符合您的规格、您只需要一个约为50%的占空比、因此您应该没问题。  

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    Manuel、您好!

    我花了一段时间在这里做更多的测试。 将 Rt 值从3K32增大到7.5K 并将 CT 从2.2nF 减小到1nF 确实有帮助、PS 在较重负载下很好地保持输出电压、但我在这里不了解相关机制。 请参见连接的初级电流的波形。

    该时间频率为81kHz 与96kHz、略低、但 DC 现在仅为30%、而之前为42%。 此外、磁性导通尖峰要低得多、而所有寄生效应保持不变。 如果您能对此发表评论、我将不胜感激、否则我对结果很满意、我们可以关闭案例。 谢谢你。  

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    你好,Bohdan。 初级电流现在看起来非常好。 我认为您所面临的问题是 功率容量问题 。 当控制器需要提供超出其能力范围的功率时、 输出电压降低 以补偿需要提供的额外功率、 以最大占空比运行。  基本上、转换器在其限制条件下运行、这也可能导致更硬的开关(高峰值)。

    增加最大占空比有助于缓解该问题。 很高兴能够为您提供帮助。  

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    谢谢你。 一切都是合理的。 我的困惑是、NPS = 0.033 (3:90.5)。 VOUT=635V、Vin=23V。 因此预期 D=0.48 (数据表中的公式7)、而不是我现在得到的30%。 此外、我使用的是 UC3845A、其 D 限制为50%、并且我认为数据表中的图7-5不适用、Rt 不影响最大占空比。 我在这里有什么误解吗?

    谢谢

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    你好,Bohdan。 数据表中的公式7用于计算  连续导通模式(CCM)。  您的反激式器件适用于  非连续导通模式(DCM)。  您需要将伏秒平衡应用于初级电感器、将电荷平衡应用于输出电容器、以获得 DCM 的占空比公式。 具体公式如下:

    对于电阻器负载:D=sqrt (2*FS*L/Rload)*Vout/Vin

    对于电子负载: D=sqrt (2*FS*L*Vout*Iload)/Vin

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    您好、Manuel:

    很抱歉占用了这么多时间、但我对振荡器电路感到相当困惑。 增加 Rt 后、最初有助于以合理的开关电流处理大约12W 的输出功率、如上文所示、COMP 引脚上的电压约为1VDC。 当我再增加2W 的负载时、COMP 上升到了大约4V。 进一步的小幅升高会导致5V 的 COMP 电压发热。 将 Rt 增大到10kOHM 且 CT=1nF 会有所帮助、但频率降至约60kHz。 图7-6中的公式表明是86kHz!

    谢谢。

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    你好,Bohdan。

    再次检查 Rt 和 CT 的值。 60 KHz 和86 KHz 之间有很大的差异。 可能是您的 CT 电容器充电/放电所需的时间超过预期。 尝试新电容器、并将其连接到尽可能靠近 IC 引脚的位置。

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    您好、Manuel:

    非常感谢您提出的所有建议。 我验证/更换了 Rt/CT、尝试了包括 UC3843A 在内的不同 IC、但振荡频率仍低于预期-请查看随附的电子表格中的结果。  

    e2e.ti.com/.../HVPS_5F00_UC3845A.xlsx

    然后、我意识到在这个设计中、在 Rt/CT 和 I_SNS 之间有一个390pF 电容器、这解释了该问题。 这是由我的前任所做的旧设计、我需要从它获得更大的功率。 但我忽略了这个电容器。 如果您能查看随附的原理图并告诉我该电容器的功能是什么、我将不胜感激。 顺便说一句、您是对的、布局不是很好、而且 Rt/CT 不靠近引脚4以及其他一些东西。 我会尝试修复它。

    我观察到、一旦我开始加载更多+/-315V 绕组、更大的电流尖峰就会开启。 现在、输出功率的较小增长会导致变压器和开关晶体管的温度快速升高。 你认为它可以通过某种方式改进吗?

        

    感谢您的耐心。

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    你好,Bohdan。  

    在 RT/CT 和 I_SNS 引脚之间连接一个与电阻器串联的电容器的原因是、  斜坡补偿  用于峰值电流模式控制。 当控制器需要在高达50千赫的频率下工作时、 占空比高于50%。  UC3845绝不会在占空比高于50%时工作、因此无需斜坡补偿。 您可以移除该电容器并验证开关频率。 这可能是 FS 低于预期的原因。

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    您好、Manuel:

    非常感谢。 在本例中、我在 RT/CT 和 I_SNS 引脚之间没有与电容器串联的电阻器、当我移除该电容器后、一切都变得合理:频率更接近预期值、更重要的是、开启时的尖峰明显降低、尤其是当我增加2.4W 负载时。 变压器和晶体管的温度现在要低得多。 在13W 负载下、尖峰大于15.4W 负载下的尖峰。 在较大负载下产生的热量也更少。 我没有解释,但这是一个伟大的结果。 请参阅随附的电子表格中的最后两列。

    感谢 you.e2e.ti.com/.../4540.HVPS_5F00_UC3845A.xlsx