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[参考译文] TPS40211：PWM 调光

admin
Guru**** 1134500 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS40211, TPS40210
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/1224176/tps40211-pwm-dimming

器件型号：TPS40211
主题中讨论的其他器件：鳄鱼夹， TPS40210

大家好、

对于下面的客户查询、我们希望向您寻求帮助。

我在图8-7中构建了电路。 我忘记了在 PWM 输入的栅极上添加高侧电阻器。 我需要一个客户可以使用的单独 PWM 输入。 高侧电阻器应该连接到 BP 还是 Vin？

我也忘记了高侧电阻器、一点点地思考了"奇怪"的行为。 在解决问题后、我使用鳄鱼夹将3.3V 电池(左置低能量锂聚合物)连接到 PWM 的+侧、并将-连接到接地端。 我使用台式电源为物体供电、其行为异常。 电源显示了在12V 时仅使用~Ω 250mA 的电路、当我将电阻器设置为0.5欧姆时、这意味着它至少应该使用0.5欧姆、因为它是一个升压驱动器。

因此、我用一个函数发生器将方波馈送到 PWM +输入端、并将其连接到电源接地端。 LED 在95%占空比下以4V 和10kHz 闪烁，但在100%时，电源显示它正在使用预期的500mA。

为什么您认为它在闪烁？ 此外、当 PWM 输入悬空且 Vin 为5V 时、它会变得明亮并拉高大量电流、从而使电感器显著升温。 数据表显示、当输入电压低于8V 时、BP 也低于8V。

我认为这是一个由又快又脏的鳄鱼夹组成的组合、它们会拾取环境噪音、并且 VIN 本身很脏？ 这是一个线性电源、但由逆变器供电。

此致、

达尼洛

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    您好，Danilo，

    感谢您通过 e2e 联系我们。

    我很抱歉,但我真的不明白你的描述。

    您能否以不同的方式进行描述(可能在图表中标记项目)：

    - 高侧电阻器 栅极上的电压降。

    -我想 可将单独的 PWM 输入 客户可使用的

    -  我连接了一个3.3V 的电池(左低能量的锂聚合物) 至 PWM 的+侧

    能否使用示波器并测量开关节点(L1、Q1和 D1之间的星点)？
    COMP 引脚上的电压作为第二个正弦非常有用。

    请针对您所描述的所有使用案例提供这些示波器屏幕截图。

    谢谢。此

    致、 哈利
  • 0
    TI__Guru**** 1134500 points
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    哈利、您好！

    感谢您的答复。 请在下方查看我们的客户反馈。

    高侧电阻：MOSFET 输入需要将栅极与高阻值电阻(不是太高、例如100K)连接到高电平(N 沟道)、因此当没有信号时、它不会浮动。 我的电路中没有这个。

    芯片数据表中提供了 PWM 调光电路作为原理图的一部分。 我想要的是让一位客户根据需要使用自己的 PWM 器件来调节器件的亮度。 通过将 PWM (即 MOSFET 的栅极)的输入接至高电平、如果客户选择不使用 PWM 调光、则默认状态为 LED 等于100%占空比。

    我也想出了一些问题、因为我发现输入很脏、因此函数发生器的输入也很脏。 我将用图片进行澄清。

    此致、

    达尼洛

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    您好，Danilo，

    COMP 引脚上的电压将设置占空比。
    在正常运行期间、它的范围应该在大约1.3V (0%占空比)和1.4V (100%占空比)之间。
    免责声明：这些数字取自不同的器件。 我还没有在 TPS40211上自行测量这一点。
    请在您自己的电路板上进行测量、以了解确切的电压电平。

    图8-7所示的想法是外部 FET 应将 COMP 引脚电压下拉至占空比将下降至0%的电平。
    但它不会将其下拉得太远、否则补偿网络的电容器需要太长的时间才能重新充电并恢复到正常的占空比。

    因此、选择这些二极管非常重要。
    正如我说过的、为了做到安全、请测量您自己系统上的电压。

    关于 PWM 信号的频率：这个值应该尽可能的低。 只是您没有看到闪烁。 可能是几百赫兹。
    否则、当 LED 亮起时、补偿环路将没有机会恢复稳定运行状态。

    BP 引脚与二极管/FET 之间的电阻 R15非常重要。
    必须确保二极管的阴极具有高于 COMP 引脚的电压、以便在 FET 关断时阻止这些二极管。
    因此、请在其中添加一个大约10K 的电阻器。

    如果仍然不起作用、并且您将需要更详细的支持、请提供示波器屏幕截图、至少来自 COMP 引脚和开关节点。

    此致
    哈利

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    哈利、您好！

    这是我们的客户提供的更新。

    我已附上您要求的图片。
    e2e.ti.com/.../TPS40211DGQ.zip

    我自己采取的步骤。 MOSFET 是 TI 推荐的 CSD19538Q3AT。
    -栅极电阻器为24.9欧姆,我读取另一个线程以降低该值,因此我把它降低到3.6欧姆。 这没有改善、如果有什么让情况更糟的话。
    -我的目标是让 PWM 输入与 Arduino 和其他微控制器一起使用。 我使用过 Arduino、还有一个函数生成器。 实际上它是一个便宜的50美元一个你组装作为一个套件. 我只能使用 FG 获得完整的500mA 亮度。*
    我想根据主题中的建议在 COMP 引脚和栅极之间添加一个0.5-1uF 的电容器。 我还没有这样做。

    *当它设置为3.7V 时,亮度达到最大。 当我高于或低于该电压时、流向 LED 的电流会降低。 实际上、在3.7V 以下、它在12V 时达到最低亮度(LED 变暗)。 在高于3.7V 时、它仍然很亮、但会变暗。

    FG 不输出3.7V。 它可能无法提供足够的电流。 其电压似乎为2V 左右。 Arduino 输出正确的5V PWM。 Arduino 输出也更清晰、但似乎没有什么不同。 根据搜索、Arduino 的默认 PWM 频率输出为497Hz、因此没有那么高。 FG 为1-10kHz。

    低于100%占空比(实际上其工作效率为97%)时会出现问题。

    请遵循随附图片的名称。
    -Comp 240表示 Arduino 具有240/255或94.1%的占空比。 COMP 表示补偿引脚上的电压
    -Comp 240-2表示第二张图片与240/255。 显示的尖峰是随机的。
    -Comp 248表示248/255占空比
    -Comp 255表示255/255或100%,表示 DC
    栅极240表示 PWM MOSFET 的栅极具有240/255占空比、栅极248表示248/255、栅极255表示满占空比、100%占空比。

    在248/255占空比以下、LED 会闪烁。 在 Fluke 87V 上、Comp 引脚显示的是1.392到1.398V 之间的任何值、占空比为248/255或更高。 在低于248 Comp 引脚上、显示0V。

    抱歉、我忘记包含照片。 我尝试了具有低频和10kHz 的 FG。 其中包括图片。

    使用的二极管是建议使用的 MMBD7000。 R15值为49.9KOhm。

    Arduino 频率实际上略低于1KHz。 ~970Hz。

    此致、

    达尼洛

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    您好，Danilo，

    感谢您提供更多详细信息。

    今天对我们来说是一个银行假期,大多数人也将采取星期五休息。
    我们将对此进行探讨、下周早些时候再见。

    此致
    哈利

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    哈利、您好！

    我们希望更新客户的反馈。

    谢谢！

    此致、

    达尼洛

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    大家好，Danilo，

    感谢您发送波形并解释您的进度。
    为了更清楚地了解这个问题、让我退一步讲这个设计。

    您提到您根据数据表的图8.7重建了电路、如下所示：

    您能否分享客户电路板的原理图以便我们看一下实际设计？
    我们有一个适用于 TPS40211的 EVM、其中包含用于内置外部 PWM 信号的引脚。  客户是否使用了样片 EVM 进行测试并对电路板进行了一些修改、或者是否正在使用自己的完整设计？

    您提到了来自外部 Arduino 的 PWM 信号、其运行频率约为1kHz。
    观察器件本身的输出电压可能会有意思。 例如、如果由于系统不稳定而产生强烈的振荡、它有可能在 LED 上变得可见。
    当注入 COMP 引脚的 PWM 信号严重干扰器件的正常输出调节时、可能会发生这种情况。

    此致、
    尼克拉斯

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    您好、Niklas、

    请在下方查看我们的客户的回复。

    这是我的设计。 我应该采纳图8-7中的大部分建议、但它是图8-7的混合形式、并由 webench 进行休息。 我保留了 RFB 电阻器来限制电压、但在查看 TI 支持部门的其他客户案例并进行一些阅读后、我应该使用另一种方法来限制输出电压。

    进一步实验：
    -RFB 输出
    -D2齐纳二极管和 R24已取出
    -将 R11更改为100欧姆
    已尝试使用3.6欧姆、24.9欧姆和62欧姆，用于 R2

    我没有使用图8-7中的 R13、这是问题吗？

    我不打算附上输出的图片、因为没有什么与众不同的东西。 在100%占空比时输出正常。 在~19V 输出下、噪声为100mV 或更低。 它显示了或多或少的正常运行、直到大约250/255占空比为止、但它开始显示出与栅极和补偿图相对应的明显波动。 低于它的任何内容都会闪烁。

    注意到了另一件事。 再次带了我的 FG。 当 PWM 输入设置为2V 且100%占空比时、它是最明亮的(并且500mA 上预计有 LED 电流)。 实际上它应该是2.05V、因为在100%占空比时、它是我设置的4.1V 电压的一半。 如果我减一下、亮度几乎等于0%。 在高于4.1V 时、它稳定变暗。 当我将其设置为10V (Arduino 等效于5V 100%占空比)时、我将在我的电源上获得相同的使用设置。

    在我看来、输入 PWM 电压上有一个 goldiocks 区域、因而具有最大亮度？ 就好像 MOSFET Q3需要足够导通但完全饱和。

    此致、

    达尼洛

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    大家好，Danilo，

    非常感谢您的详细信息。
    我将在下周早些时候通读原理图并向您提供一些反馈。
    请注意,周一在德国度假,因此可能会延迟回复。

    很抱歉给您带来不便。
    此致、
    尼克拉斯

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    大家好，Danilo，

    很抱歉耽误你的时间。
    因此、客户基于 webench 和数据表构建自己的设计。
    一般而言、在原理图中看到整个功率级始终是不错的、因为这有助于检查补偿、输出电容和电感器、但如果设计在100%运行时间内运行良好、我同意我们应该重点关注 PWM 调光电路。

    图中的 R23用于环路注入测试、因此可选、R13直接连接到反馈引脚并调整基准电压、因此我不认为它是可选的。
    如需应用调试方面的其他资源、我强烈建议客户获取 TPS40210 EVM 样片。
    https://www.ti.com/tool/TPS40211EVM-352
    该    EVM 已通过调光应用程序验证能否正常工作、因此它应该是比 Webench 更好的参考。

    此致、
    尼克拉斯

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    您好、Niklas、

    请在下方查看我们的客户的回复。

    请询问工程师、在公式34的说明中为什么显示 Iout (max)为："所选纹波峰-峰值为最大输入电流的30%"。 根据公式、它难道不应该显示"最大输出电流的30%"？ 这是什么？

    此致、

    达尼洛

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    大家好，Danilo，

    这些方程式基于最坏的情况进行计算。 对于升压应用、输入电流高于输出电流(Pout =引脚 x 效率)。
    因此、该公式使用峰值输入电流进行纹波电流计算、可从输出电流和占空比进行转换。

    如果这个等式会引起混淆、我会感到抱歉、因为没有进行更详细的解释。

    此致、
    尼克拉斯

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    TI__Guru**** 1134500 points
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    您好、Niklas、

    请查看我们客户的以下评论。

    我怀疑。 但公式34如下所示：Iripple (max)= 0.3 x (Ioutmax/1-Dmin)

    公式34的说明是"8.2.1.2.3电感器选择

    所选纹波峰-峰值为最大输入电流的30%。"

    如果确实使用峰值输入电流、那么公式是否不应该是 Iripple (max)= 0.3 x (Iinmax/1-Dmin)？

    此致、

    达尼洛

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    大家好，Danilo，

    感谢您的反馈。
    现在、我了解误解的来源。
    中的方程确实正确。
    您可以将公式写作：
    IRIPPLE (max)= 0.3 x (Ioutmax/1-DMin)
    或：
    Iripple (最大值)= 0.3 x Iinmax
    这是因为：
    Iinmax = Ioutmax/1 dmin

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    下面是我们的客户的跟进询问。

    您能否说明一下、为什么数据表和评估板中的示例原理图使用10uH 电感器和15m Ω 电流检测电阻器、而方程式似乎表明它需要更高的值？

    如果您按照公式32进行操作、很明显最小电感器尺寸远高于10uH。 35V 的 VOUT 和14V 的 Vinmax 当 Ioutmax 为0.7时、我们根据公式32-35得出的电感值为40uH 或更大。

    指示器
    DMIN = 35 - 14 + 0.5/(35 + 0.5)= 0.6056
    dmax = 35 - 8 + 0.5/(35 + 0.5)= 0.7746
    Iripplemax = 0.3 x 0.7/(1-0.6056)= 0.5325A
    Lmin = 14/0.5325A x 0.6056 x 1/300kHz (评估板 Fsw)= 53uH

    Rsense
    如果我继续执行公式、直到进入公式49、那么我最终得到的 Rsensemin 值为29m Ω、远高于15m Ω。

    由于电流限制是由串联电阻和反馈电压共同确定的、本质上用作电流限制器、因此它对于 LED 驱动器是否不同？

    很明显、电感和电流感应电阻器的最终值最大的影响因素是 Iout 值、由于计算中使用的示例中的 Iout 高得多(实际上是3倍)、所以它会将 Iripplemax 值增加3倍、从而将 Lmin 减少到1/3、 这就是为什么它使用10uH 电感器和15m Ω 电阻器的原因、但是 LED 驱动器使用相同的值、尽管 Iout 要小得多。

    此致、

    达尼洛

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    您好、Niklas、

    我们的客户希望更新他的查询。

    谢谢！

    此致、

    达尼洛

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    大家好，Danilo，

    感谢您通过 e2e 联系我们。

      今天是银行假日。  请预计 周五或周一之前回复。

    此致、

    冯志

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    您好、Niklas、

    我希望你现在假期回来了。 我们希望在此主题上获得进一步的支持。

    谢谢！

    此致、

    达尼洛

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    大家好，Danilo，

    很抱歉耽误了很长时间。

    关于客户计算、它们完全正确。 数据表建议该应用采用较高的电感。 我还使用 TPS40211的快速入门计算器工具进行了检查、结果与原来相同。

    遗憾的是、我没有任何文档详细介绍 EVM 的电感器选择。
    EVM 通常设计用于覆盖大范围的输入、输出和电流变化、使客户能够更轻松地修改它们、而无需进行大量的元件更换工作。 因此、有些设计并未针对标准应用进行完全优化。
    我假设该 EVM 也是如此。

    在设计他们自己的应用时、我强烈建议使用 数据表和快速入门工具计算出的值、为他们的应用创建最优的电路。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    请参阅下面我们客户的跟进查询

    图8-7中的 LED 驱动器应用电路也使用类似的值。 10uH 电感器和15m Ω 传感电阻器。 或许您也可以对其进行了解吗？

    我还有一个问题。 感测电阻接地必须位于与 IC 接地和 ISNS 滤波器接地不同的接地平面上？ 在布局示例中、IC 接地与 ISNS 滤波器+感应电阻器接地分离、而 EVM 显示 ISNS 滤波器使用与 IC 接地相同的接地、而感应电阻器接地位于另一个平面。

    建议使用什么方法？ 检测电阻不应该与 ISNS 滤波电阻+电容器位于同一接地层、因为它使用检测电阻来计算电流限制？ IC 接地怎么样？

    此致、

    达尼洛

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    您好、Niklas、

    我们希望更新上述客户问题。

    谢谢！

    此致、

    达尼洛

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    您好，Danilo A.，

    很抱歉回复延迟。

    感应电阻器是大电流输出环路的一部分、因此 GND 连接会产生噪声、尤其是在使用 PWM 调光的情况下。

    为了使这种噪声在某种程度上与 IC 和滤波电容器去耦、建议对这些检测信号使用安静模拟 GND。 但确保有噪声的电源 GND 和模拟 GND 的直流电平相同。 我认为该 EVM 是一个很好的有效布局示例。

    此致、
    布里吉特

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    尊敬的 Brigitte：

    我们的客户正在 等待能否获得有关示例 LED 驱动器的不同于计算值的答案。  

    此致、

    达尼洛

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    您好，Danilo，

    抱歉、似乎有一个未解决的问题、我没有找到。 请您解释一下、您的客户到底对我们有什么期望？

    此致、
    布里吉特

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    尊敬的 Brigitte：

    请在下方查看我们的客户回复。

    我问过方程是否正确、返回的信息很少。 我说过、我注意到这些值与数据表中的 EVM 和 LED 驱动器示例不同。 例如、电感器的值应该远高于10uH、但它使用10uH。

    "图8-7中的 LED 驱动器应用电路也使用类似的值。 10uH 电感器和15m Ω 传感电阻器。 "你怎么会知道的?"

    此致、

    达尼洛

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    大家好，Danilo，

    电感器的选择基于以下假设："所选的纹波峰-峰值为最大输入电流的30%。"(eq.34)。 这对于 CCM 中的大多数应用都是如此。

    但在 LED 应用中、您甚至可以选择在 DCM 模式下运行转换器。 它具有很多优势、例如快速瞬态和轻松补偿。 此外、由于电流较低、可接受较高的纹波电流。 这意味着、所选纹波峰-峰值为最大输入电流的200%以上。 我想您可以得到具有高得多的纹波系数的类似电感和电流检测电阻。

    此致、

    冯志