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[参考译文] TPS40054:5V 下的环路不稳定

Guru**** 2532730 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC29002, UCC39002, TPS40054

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/1359731/tps40054-unstable-loop-in-the-5v

器件型号:TPS40054
主题中讨论的其他器件:UCC39002、、UCC29002

大家好。

我们正在使用两个 TPS40054芯片来获得5.1V 和3.3V 输出、一个用于负载共享控制的 UCC39002和一个用于反向电流保护的热插拔控制器。 我们的设计运转良好、但是我们必须将降压转换器中的高侧和低侧 FET 从 FDB13AN06A 更换为 IRF1018ES。 我们还将 UCC39002表面贴装替换为 UCC29002通孔。 英飞凌 MOSFET 中的 Qgs/Qgd 比 Onsemi 更好、但新的 MOSFET 存在问题。 将负载共享控制器连接到电路时、热插拔控制器进入故障模式。 但是、当我们用旧 MOSFET 替换新 MOSFET 时、问题似乎得到了解决。

此外、该问题仅在空载或轻负载条件下发生;当我们将特定负载连接到输出时、电源会再次开始工作。

您是否有关于 MOSFET 和负载共享控制器在这种情况下如何相关的任何信息?


英飞凌

OnSemi

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    新的 MOSFET 似乎影响了补偿环路。 这是 TPS40054的 Vcomp (黄色曲线图)。 您可以看到 Vcomp 为1.5V、但随后跳至2.8V、多次尝试后稳定至1.5V

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    我们可以通过减小高侧 MOSFET 缓冲电路中的电容器来解决该问题。 现在、它需要较少的时间来稳定电压。 我要问的问题是、MOSFET 的总电荷和寄生电容如何影响开关? 我们是否需要重新计算 CBP10和 CBBOOST? 因为它显示了如何在数据表中计算这些组件、但是它被选中了默认值

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    尊敬的 Andres:

    我将对其进行调查、并在周一提供答案。

    谢谢。

    安德鲁

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    您能否提供您的设计原理图供我查看?

    谢谢。

    安德鲁

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    遗憾的是、我们无法公开提供整个原理图。 该图显示了 DS 在根本上说要针对 TPS40054执行的操作。 5V 转换器的新 MOSFET 仍然存在问题。 为了让电源正常工作、我们减少了缓冲电容器。 但是、我们还没有找到新的 MOSFET 出现故障、旧的 MOSFET 仍然良好的原因。

    这是高侧 FET 的栅极信号。 由于输出端没有负载、电源以 DCM 运行、但您可能会注意到、在某些情况下、驱动器无法维持栅极电压、电压会下降。

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    尊敬的 Andres:

    我唯一能想到的是、新 MOSFET 会在您不希望的位置引入一个极点。 您是否已弄乱了任何其他参数、例如电感器输出电容? 如果您尚未添加一些低 ESR 10uF 电容器、则可能是有益的、并增加 L 值。

    谢谢。
    安德鲁

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    我注意到、采用新型 MOSFET 时、QGD/QGS 大于1、而旧 MOSFET 采用 QGD/QGS≦1。您认为这可能会影响 SR 转换器的性能吗? 因为该问题仅出现在无负载或轻负载条件下。

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    安德烈斯,你好

    是的、QGD/QGS > 1比率可能是一个问题、会弹出瞬态行为。

    我已经看到这些是一种可能的解决方案、其中1和3可能是最容易实现/测试的:

    1)减慢图腾柱的公共(开关)节点的上升速度。  这样可以有更多的时间去除一些栅漏   电荷、而不对栅源电容充电。  这可以通过在另一个 MOSFET 上添加一个串联栅极电阻器来实现、或者在浮动自举驱动的情况下、添加一个与自举电容器串联的电阻器来实现。

    2) 提高栅极驱动器在开关节点转换期间从栅极移除电荷的能力。  这可能很困难、但通常需要特别注意布局、从而消除不必要的路径长度、环路面积或驱动器到栅极的额外电阻以及 FET 源极到驱动器的返回路径。

    3)通过外部电容器增加额外的栅源电荷。  在 FET 的栅极和源极之间添加1nF 外部电容器通常会在 FET 达到阈值电压之前增加大约4nC 的栅源电荷、并提供一些额外的保护、但这需要非常仔细地注意布局、因为电容器环路中的任何电感都会影响其吸收栅漏电荷的能力。

    谢谢。

    安德鲁

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    3)通过外部电容器添加额外的栅源电荷。  在 FET 的栅极和源极之间添加1nF 外部电容器通常会在 FET 达到阈值电压之前增加约4nC 的栅源电荷、并提供一些额外的保护、但这需要非常仔细地注意布局、因为电容器环路中的任何电感都会阻碍其吸收栅漏电荷的能力[/引述]

    我是否需要在两个 FET 中应用该更改?

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    是的、我认为您需要同时针对两个 FET 采取该行动。

    谢谢。

    安德鲁

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    您好、Andrew。

    您能建议我将网络分析器连接在此电路的哪个位置。 如果我们要绘制降压控制器的频率响应、然后是整个系统(BUCK + LOAD 共享控制器)的频率系统。  
      
    www.ti.com/.../slua311.pdf

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    尊敬的 Andres:

    在此处连接网络分析器、以查看降压控制器的频率响应。

    对于 UC39002D、我将让其团队中的专家告诉您连接网络分析器的最佳位置。

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    您好、Andres:  

    为了绘制 降压转换器的闭环频率响应图、通常会打开电压反馈网络并添加一个电阻器、以便提供 信号注入位置。  在上述示例中、已针对转换器环路的此目的设计了 R12。  

    与降压转换器反馈网络上的电压环路 扰动类似、必须向负载共享控制器的电流检测网络注入扰动信号、以绘制负载共享系统的频率响应曲线。  由于无法获取实际系统原理图、我将使用 SLUA311.pdf 中的同一示例来指示在何处以及如何断开电流检测环路。

    请注意以下重要注意事项:
    a)在这种情况下、要测量的转换 器+负载 共享系统是一组块、其中降压转换器连接到连接到负载的负载共享块。   它不包括其他一组转换器及其 各自的负载共享控制器。    
    LS 引脚应与整个系统 LS 总线断开、其他转换器的输出应与负载断开。  
    在这个情况下、当所有 N 个模块共用时、被测"满负载"为满系统负载的1/N。   

    b) CS-输入电阻器(上面示例标记中的 R16)必须拆分为一个低值注入电阻器、并与另一个电阻器串联、 该电阻器的阻值已调整、因此两个电阻器的总和等于原始 R16值。  我在上面的示例中使用了50R、因为 R16足够高、允许50R 注入器(以匹配50R 同轴电缆阻抗)、并且不是总输入电阻的重要组成部分。  采用低值输入电阻器 的设计将相应地需要较低的注入电阻。   

    C)网络分析器输入信号旨在成为稳态条件的小信号扰动、因此(与电压环路一样)它应约为通常满量程信号的~1%。  这里的问题是、满量程电流检测电压通常可能只有几十 mV、其中1%在数百毫伏内。   
    我建议实践在预期注入电阻器上建立扰动信号电平(例如100uV)、使其与系统完全分离、直到证明您 能够可靠地 生成要注入的电压电平。  然后将喷油器连接到正确位置(如上所示)。  

    d)整体负载共享系统的其他组断开的原因是扰动仅影响一条电流检测路径、但如果连接了其他组、它们将对扰动对整体系统输出的影响做出反应、其响应将影响所测量的转换器/负载共享组。  不清楚目标组的实际增益/相位响应是什么。

    上面讨论了在何处注入信号;负载共享环路响应是在电流检测电阻器之后的输出电压处测量的。  

    此致、
    乌尔里希
      

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    Andrew、您好!

    如果我们与 TI 签订了 NDA、应如何私下发送原理图? 我们仍在处理无负载情况下的不稳定问题。

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    您好、Andres:  

    我会给您发送一封电子邮件、您可以在邮件中回复示意图。  然后我会将文件转发给 Andrew、这样他就可以分析其中的 TPS 部分。  

    此致、
    乌尔里希

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    我收到了电子邮件、然后我会和团队一起查看。

    谢谢。

    安德鲁