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[参考译文] TPS54A20过度纹波

Guru**** 2522770 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS54A20

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/1193847/tps54a20-excessive-ripple

器件型号:TPS54A20

您好!

我在设计中使用了 TPS54A20。

以下是输入参数和原理图:

  • 输入电压=12V
  • VOUT=1.08V
  • Iout=3.4A 时(可以更少、也可以小)
  • FSW= 4MHz

此设计已在 Webench 进行了仿真、未发现任何问题: e2e.ti.com/.../TPS54A20_5F00_12V_5F00_1V08_4000_3.5A_5F00_IHLP1212_5F00_470nH.pdf

然而、当我测量电路板上的纹波时、大约40mVpp 纹波似乎过度了(使用50欧姆同轴电缆在负载上进行了测量):

黄色通道:1.08V 输出电压的纹波(交流耦合、20MHz 带宽、示波器上端接50 Ω)

蓝色/绿色频道:SWA 和 SWB

布线如下所示(与 EVM 板近似相同的布线):

您在设计和布线上是否发现有明显错误、从而产生此类纹波?

感谢你的帮助。

Mickaël

  • 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。

     

    首先、当示波器配置了50欧姆输入阻抗时、它需要50欧姆的源阻抗、因此它会报告一个是示波器输入端测量电压2倍的电压。  如果输入端没有50欧姆的串联电阻、示波器在40mV 时报告的纹波实际上就是20mV。

    其次、我们看到两相快速靠近而不是均匀分布、这表明环路稳定性存在问题、转换器输出端电容不足或到调节检测点的电源路径相位延迟过大。  转换器的两相的脉冲几乎同时发生、这也会增加输出电压纹波。

    遗憾的是、我无法从您的布局中看到反馈是如何连接到输出电压的。

    我还注意到、您调整了直流分压器路径(16.2kΩ:14.3kΩ-> 11.5kΩ:10kΩ)中的反馈组件的比例、但您没有调整补偿路径33pF 和3.57kΩ 的比例、这会使补偿环路发生变化。

    首先要尝试的是通过将 R85和 C180分别更改为2.5kΩ 和42pF、将补偿网络恢复到相同的比例。

    检查反馈检测点、查看它是否可能包含一个额外的寄生 L-C 滤波器、该滤波器由从 C128到检测点的迹线电感和检测点产生的额外输出电容组成。  如果确实如此、您可能必须通过 C128将 R85和 C180连接到本地输出电压、而不是遥感点。

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    你(Peter)好。

    感谢您的帮助!

    这是负载处的反馈路径原理图。 这是制造商元件在负载时推荐的自适应电压调节拓扑。 我几天前进行了测试、移除了 R427 0r 电阻器、但没有任何变化。 纹波出现了、但只有 AVS 不再起作用。

    反馈路径的布线如下所示:

    稳压器放置在电路板顶部、具有一小部分反馈路径、该路径会向下灌入底部通过孔。 屏幕截图中突出显示的信号表示电路板底部的路径。

    为了测量纹波部分、您是否有详细说明整个过程的应用手册? 我是否只需将一个50R 电阻器与同轴电缆进行直列焊接即可进行测量(将示波器终端设置为50R)?

    拿到板后、我就要用您给我的无源值测试新的补偿环路设置。

    谢谢你。

    Mickaël

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    您好! Mickaël

    您能否检查一下您的总输出电容是多少?
    我指的不是原理图上所示的47 uF 电容器、而是负载和此电压轨道上的旁路电容。

    高输出电容会减小相位裕度并导致纹波。

    是的、您需要在中间的导线和 Vout/源极之间与同轴电缆串联焊接一个50R 电阻器。

    彼得提到的比例很有道理。

    此致、
    伊扎克

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    您好、Yitzhak、

    感谢你的帮助。

    负载电容器不多、如您所见:

    相反、我试图在稳压器输出端再增加3个47µF 电容器、而不会改变纹波。

    首先、在分配补偿环路修改时、我必须修改测量设置并添加50R、这样可能会看到纹波振幅下降。

    此外、您是否有专门针对 TPS54A20的补偿环路计算应用手册? 由于它具有内部反馈环路补偿、因此我不知道在计算无源器件时必须考虑哪种类型的补偿电路。

    谢谢你。

    Mickaël

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    尊敬的 Peter:

    我在补偿网络上使用2K7 (而不是2K5)和39pF (而不是42 pF)进行快速测量。 我订购了一个2K49电阻器和一个42pF 电容器、但我认为它不会改变太多的结果。

    我还在同轴电缆上直列添加了一个51R 系列电阻。 是否应该更改示波器上的衰减设置?

    我可以看到我的纹波近似地除以2、这是非常正常的、因为添加了51R 电阻器。

    不过、我认为这两个相位没有改进。

    Mickaël μ A。

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    您好  Mickaël  

    很抱歉我们的响应出现延迟。  

    我注意到 C143仅470nF、您能将其增加到1.5uF 吗? 我看到您的电感器也可能很高、请使用正确的饱和电流将容降低至大约150nF。 看起来您已经修复了补偿 、以便根据您选择的反馈电阻器进行调整。 16K 和14.3K 需要30pF 和3.57K。   

    除此之外、检查是否有任何耦合到反馈网络中。 我看到在上面的屏幕截图中、FB 到 VOUT 有一条很长的线迹。 很难知道该引线下方是什么以及是否拾取了噪声。  

    在输出端、最好检查输出、看看您是否按照下面的输出示例来了解电感器的位置、就像我们将要使用的 C_SCAP 电容器一样。  

    谢谢

    Tahar

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    尊敬的 Tahar:

    不用担心! 感谢你的帮助。

    反馈迹线的总长度约为12659um (1.2cm)。

    在我有的反馈路径附近、周围是红色、一个25MHz LVCMOS33和一个差分100MHz LVDS 时钟。

    蓝色环绕的是一个差分 Rx PCIe 通道。

    也许 LVCMOS 时钟会在反馈布线上引起一些耦合? 它大约是1200um 接近。

    我尝试删除了位于负载处的 R426和 R427、并在 R86和 C128之间添加了 STRAP 配置。 它不会改变任何内容。 然而、反馈路径上始终有残桩会引起耦合、因此...

    顶部下方的第二层仅是接地平面。 底部层也是如此。

    底部迹线如下所示、我无法想象下面反馈迹线附近会产生任何耦合的另一个信号。

    我的计算电子表格为我提供了以下电感参数。

    我注意到、对于3.4A 最大电流、I 低于656nH 的电感建议值。

    可以快速使用220nH 来测试我的设计、具体如下特性:

    你认为这样会更好吗?

    一旦我收到用于反馈和补偿环路的正确无源器件、我就会立即试用1.5uF SCAP。

    此致、

    Mickaël

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    您好! Mickaël

    测量中两相之间的相移是多少、以 ns 为单位?
    如果我没记错、相移应该大约为230ns。

    事实上、纹波是在两个相位的频率并遵循完全相同的模式、这让我相信这不是 由 LVCMOS 时钟引起的。

    您是否能够测量环路的波特图以检查稳定性?

    此致、

    伊扎克

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    您好、Yitzhak、

    以下是相移测量的一些示波器捕获:

    相移并不一致。

    目前很难在我的电路板上进行波特图测量。

    您是否有描述相关过程的应用手册?

    Mickaël

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    您好! Mickaël

    这是我在实验中使用的网络分析器供应商提供的应用手册。

    直流/直流转换器稳定性测量(omicron-lab.com)

    此致、
    伊扎克

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    尊敬的 Tahar:

    很抱歉耽误你的时间。

    我使用两个220nH 电感器(IHLP1212AEER22M1)和一个2.2uF 电容器对 SCAP 进行了测试。

    经过这些修改、电源不再工作。

    我使用 UCD90xxx 监控电源稳压器输出和电源启用、因此很难分析此行为、但 TPS54A20似乎会在一段时间后在输出端达到良好电压电平后断电。

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    您好! Mickaël

    220nH 的电感器适合完整的10A、但 实际上会使纹波更高、而不是更低。
    如果环路不稳定(我猜)、减小 LC 会使情况变得更糟。
    实际上、我建议 住 470nH 或更大(800nH)的电感器。

    此外、SS/FSEL 电阻器的值为47k Ω、不是建议的值。
    请进行相应更改。

    最根本的一点是、我们需要弄清楚如何测量电路板上的波特率/频率响应。
    如果没有该图、我们将在黑暗中拍摄。 能否检查一下您是否可以进行该测量?

    此致、

    伊扎克