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[参考译文] LM5175:降压-升压转换模式下的奇怪开关、在特定电压和负载下不稳定

Guru**** 2587365 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5175

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/1221350/lm5175-weird-switching-in-buck-boost-transition-mode-unstable-at-certain-voltages-and-under-load

器件型号:LM5175

您好!

我们 尝试在设计中使用 LM5175通过8-25V 输入产生12V 6A。  我们基本上复制了产品说明书的参考设计(第20页)。 在测试过程中、我检查了开关转换器的怪异行为:

根据输入电压的不同、输出 纹波 会变得非常高、高达600mV。 开关波形也会变得奇怪、开关频率似乎下降到大约60kHz、效率降低。 仅当输入电压与输出电压接近(约为2-3V)时、才会出现此行为。 当输入电压低于10V 或高于15V 时、SW1/SW2和 MOSFET 栅极驱动器上的波形看起来很好。  

此经历的行为似乎与此帖子的创建者所经历的行为类似: e2e.ti.com/.../3832674

此外、该开关转换器仅在高达3A 的负载下工作、在较高的负载下以任何输入电压关闭。

我将非常感谢任何类型的帮助。 我在开关转换器设计方面不太有经验、不知道从何处开始调试。

原理图

布局

顶层

底层

测量数据

测量值是在3A 负载下捕获的

VIN = 10V、SW2 (黄色)、VOUT (蓝色)

VIN = 20V、SW1 (黄色)、VOUT (蓝色)

VIN = 12V、SW2 (黄色)、VOUT (蓝色)

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    您好、Max:

    感谢您使用 E2E 论坛。

    我理解正确、您只会看到在 BuckBoost 模式下运行时存在的问题。

    通过查看您的布局、我可以看到您已将 CSG 输入滤波器放置在公共接地层。

    您能否尝试修改这一点、以建立与感测电阻的开尔文连接。 否则、电流检测输入拾取的噪声可能过多。

    此致、

     斯特凡

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    嘿、Stefan、

    非常感谢您的快速回复!

    是的、我认为输出电压纹波的问题仅出现在 Buck-Boost 模式下。  但是、在任何输入电压下、都无法获得大约3A 的最大输出电流。

    我尝试用开尔文连接替换连接到 CSG 输入滤波器的迹线。 我抬起一侧的 R25和 R30、并用漆包铜线将它们连接到 R33。 您可以在图片中看到结果。 电线未接触。 在图片中、您还可以看到另一种铜线连接、即输出反馈电压、该电压在布局阶段被忽略并手动添加。

    遗憾的是、这没有改善稳定性。  产生有问题输出纹波的输入电压区域已移向12-20V。 请参阅随附的示波器测量值。 在切换回原始迹线而没有开尔文连接后、我注意到、使用12V 输入时它突然运行良好、但20V 时 出现800mV 的输出纹波。

    您是否认为 这些问题是 由错误的布线引起的?您是否认为可以使用当前的 PCB 布局来解决这些问题?

    此致

    最大值

    输入电压为12V 且输出电流为2A 时的 VOUT (蓝色)和 SW1 (黄色)

    20V Vin 和2A Iout 下的 Vout (蓝色)和 SW1 (黄色)

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    您好、Max:

    将进一步检查并在1-2天内回来。

    此致  

    斯特凡  

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    您好、Max:

    是的、我认为电流检测系统拾取的噪声很可能会发生这种情况。

    您可以尝试通过探测电容器 C31之上的电压来检查它。

    此外、您还可以检查这是否确实超出了电流限制电压水平、以检查这是否导致您目前看到的3A 限值。

     优化和检查的其他一些事项:

    -将斜坡补偿电容设为150pF

    -调整补偿至:

    R42:1.5k Ω

    C36:39nF

    C37:56pF

    此致、

     斯特凡

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    嘿、Stefan、

    感谢您为解决此问题所做的投资。

    我已经实现了您建议的有关补偿网络和斜率电容器的更改。 此外、我还将以前 与 CS 输入滤波器的铜线开尔文连接替换为双绞线。

    这大大降低了输出电压纹波! 输入电压为15V 且输出电流为3A 时、观察到的最大纹波现在约为200mV。 此外、转换器也 停止产生耳戴式 swichting 噪声。 但是、当拉取超过~3.8A 电流时、它仍然关断。

    下面您可以找到 C31的一些波形捕获图、其中输入电压为20V、输出电流为3A。 虽然开关转换器 在这些输入参数处的性能正常、但可以非常清楚地看到尖峰或振铃。 这些是否可以描述我所遇到的问题? 据我了解、 V_cs 远高于降压电流限制阈值电压~76mV。

    此致

    最大值

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    您好、Max:

    该信号看起来不是很清晰。

    您能否分享此测量设置的图片?

    此外、确保在探针处具有非常短的 GND 环路、请参阅:

    https://www.ti.com/seclit/ml/slup385/slup385.pdf

    幻灯片28

    此致、

     斯特凡

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    Stefan、您好、

    您可以在下面找到测量设置和探头设置的图片。 该示波器是一款廉价的中国汉特 DSO5102P。 我已经在使用"尖头与桶"方法。 不过、我将另一个具有丢失接地线夹的探针连接到了示波器。 我 在未连接第二个探头的情况下重复捕获了波形。 明天我要去办公室、在另一个示波器上再次尝试测量。

    这种振铃仍然很明显、尽管它并不总是看起来发生、因为我也可以在没有它的情况下捕获波形。 我一用探头触摸 CS 滤波电容器 C31、就可以看到可闻的开关噪声和功耗的增加。

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    您好、Max:

    设置和探头看起来正常。

    又一个问题:

    这只是一个板、还是您在更多板上看到了此问题?

    只是想确保这不是焊接问题、特别是在探测时行为发生变化时。

    此致、

     斯特凡

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    Stefan、您好、

    到目前为止、我们只组装了一个板。 我将按顺序组装另一个板以便排除焊接问题。

    此致

    最大值

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    您好、Max:

    谢谢。

    此致、

     斯特凡