[参考译文] LM5156：满载时的功率输出问题

尊敬的 Marsh：

感谢您使用 e2e 论坛。

导致器件无法在输出端支持满载的原因可能有多种。
由于我们目前所掌握的行为信息相当有限、请您仔细阅读以下核对表以找出根本原因：

- 电源是否足够强大、VIN 是否没有下降？ (已选中)
-  功率级元件的额定功率是否满足所需的功率要求？ (电感器饱和电流、二极管直流电流、MOSFET)
在最坏的情况下(最小输入电压、最大负载)、我预计电感器峰值电流会高达17A、因此请确保电感器可以支持这一点
- VOUT 和 SW 信号在运行期间的样子如何？
检查这两个信号将显示调节系统是否不稳定或在较高负载下振荡、这表示补偿不理想
- 器件是否达到过流保护(OCP)？
将显示在触发逐周期电流限制时器件是否以占空比限制运行、CS 引脚电压测量结果

如果您有其他问题、敬请告知。
谢谢、此致、
Niklas

感谢您的快速回复！ 为了快速/轻松地检查...

1.我认为电源对于我们的预期负载是好的、但作为健全性检查、它的额定电压为0-35V 和0-10A。 到目前为止、我的测试需要75Ω/ 225W 和10Ω/ 225 功率电阻器负载。 75Ω 负载是"安全"系统检查、10Ω 是我们预期负载的近似值。

2.抱歉,我应该提到我检查了大部分的部件,他们似乎匹配或超过建议。

电感器–28A、21A 饱和–Vishay IHLP67GZER5R6M11

MOSFET–150V/130A–IXYS IXTA130N15X4

二极管–20A–ST Micro STPS20M100SG

至于3/4、板本身没有方便的测试点、因此需要花点焊接工作。 我会尝试检查这些,并尽快给你一些信息/示波器信号。  

尊敬的 Marsh：

感谢您的更新。
我同意电感器、FET 和二极管的组件应该能够支持此应用。

我期待示波器测量。
谢谢、此致、
Niklas

只是为了澄清一点、通过"SW 信号"、您是否指 RT 引脚的输出？ 我还假设 VOUT 是数据表中称为 VLOAD、而不是 BIAS 或 VCC 的值。  

尊敬的 Marsh：

开关节点(SW)是指电感器、输出二极管和 FET 之间的点。
我在原理图上标注了它：

VOUT 与 Vload 相同、这是正确的。

此致、
Niklas

一些测量值。 75Ω 的一切都非常稳定。 Vsense 和 VSW 信号在示波器上看起来都非常平坦、有点小的噪声、但没有特别突出的周期性行为。  

75Ω 负载-
Vsense = 2.8mV
VSW = 27.928V
VOUT = 43.10V

10Ω 负载-
Vsense = 5.8mV
VSW = 27.488V
VOUT =~30V -请参阅图像以了解示波器读数


I 捕获了平均电压、周期和占空比。 请告诉我,我是否应该专注于其他东西!

尊敬的 Marsh：

由于银行节假日、请预计周五前回复。

此致、

Feng

尊敬的 Marsh：

感谢您执行测量。
器件在运行时似乎具有占空比限制。 这也将解释输出电压降至30V 的原因

要计算升压设计的预期占空比、您可以使用 Power Stage Designer 工具、如下所示：

https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER

占空比限制的典型原因是触发过流保护(OCP)。
OCP 电平通过电流检测电阻进行设置。 现在您使用的是4m Ω 的电阻器、对吗？

您能否使用我们的快速入门计算器工具复查设计、了解是否建议使用较低的检测电阻？
该工具可在此处找到：
https://www.ti.com/tool/download/SNVC224

此致、
Niklas

感谢链接。 看起来预期的占空比应该在60%的球场内。  

至于快速入门工具、我可能没有正确使用它、但我看不到我们使用的4mΩ 感应电阻器有任何实际变化。 作为完整性检查、我将我们的设计与 WEBENCH 工具提供的设计进行了比较、其中输入电压范围为18-32V、标称电压为28V、输出电压为44V、电流为6A。 一切看起来都很好,唯一的区别我看到的指示灯 LED 如下所示。

我很乐意尝试换用不同的感应电阻器、但不知道电阻值是多少、也不知道哪些因素会表明出现了变化。

尊敬的 Marsh：

感谢您的更新。
我自己进行了计算、4m Ω 确实应该是一个很好的感应电阻值。
这会将 OCP 限制设置为25A、从而为预期峰值电感器电流~ 18.5A 留出正常裕度。
来自基准的指示灯 LED 也不应具有任何影响。
也可能是 OCP 会错误地通过 CS 引脚上的噪声触发、但基于这个确切的原因、webench 原理图实现了 RC 滤波器、因此我不会认为这是个问题。

我在 webench 原理图和快速启动工具之间看到的一个显著区别是输出电容。
Webench 似乎使用40 μ F、但我建议至少为更高稳定性和更低输出电压纹波使用100 μ F。
陶瓷电容器的直流偏置降额也较高、因此44V 输出电压下的实际电感可能较低。

您的设计中使用的输出电容是多少？
此外、您能否指出您的设计和 webench 原理图之间的任何其他差异？

谢谢、此致、
Niklas

感谢您的快速响应和对它的深入研究！

我没记得 CS 引脚特别嘈杂、但我可以通过另一种方式来防止出现问题。  

至于输出级、看起来我们已经添加了一点额外的电容、但肯定不符合您所说的顺序。 我们当然可以考虑改善输出电容。

我看到的唯一其他区别(除了前面提到的 LED 指示灯)是输入端的 TVS 二极管。 虽然现在我要再次检查事项、但我看到输入电容略低于建议的4.7 μ F。

输出电容损耗：

输入：

供您参考：

C1 / C2 / C3 / C4 = 1uF / 100V/陶瓷- C3216X7R2A105M160AA

C11/C12/C13 = 15uF/100V/陶瓷-  CKG57KX7S2A156M335JH

C14 = 0.1uF / 100V /陶瓷- GMC21X7R104K100NT

尊敬的 Marsh：

感谢您的更新。
对于升压拓扑、输入电容的重要性低于输出电容。  只要输入电压信号没有下降、就应该没有问题。
关于输出电容、请考虑前面提到的降额。
放置在 webench 原理图中的补偿网络对于 Cout 为100uF 时应保持稳定、但对于40uF 或更低有效电容可能不是理想选择。
请使用快速入门工具来直观显示此过程的波特图稳定性。 ( https://www.ti.com/tool/download/SNVC224 )
我们建议使用60度或更大的相位裕度来实现稳定的系统。

此致、
Niklas

感谢您的意见。 我所能看到的、我们的输入信号一直都很正常。 我一定会留意它的发展、只是为了确保安全。  

我在任何地方找不到足够大的库存电容器、这些电容器可以直接替代我们当前的占用空间。 我最初倾向于使用电解电容器(除非您有一些担心)、但我可能只是尝试使用不同尺寸的陶瓷电容器。

我怀疑我们手头有适当等级的器件、但我会在有能力时查看相关情况、然后报告。  

尊敬的 Marsh：

感谢您的检查。
由于我们目前正在进行调试、可能不需要找到完全相同占用空间的电容。
如果它仅用于具有不同输出电容的一项启动测试、您可以使用一个电解电容器、将其连接到靠近输出级的某个位置、甚至可以将电容器叠加在彼此的顶部、或使用短导线。 如果结果看起来很有希望、我们可以查找合适的器件型号或之后所需的布局调整。

此致、
Niklas

很抱歉耽误您的时间！ 需要花费一段时间才能拿到零件、然后有时间进行更多测试。

我将3个15uF 陶瓷电容器与3个33uF 铝电容器并联、然后按预期执行电路操作！ 输出电压和电流看起来都符合我们预期的值。

感谢您的帮助！ 我们现在将重新旋转电路板。 我们将保持尽可能接近我们的布局、同时调整电容器并增加几个测试点。  

欢迎在我们重新旋转之前在建议的电容器上进行任何进一步的输入或任何其他调整。 感谢您的帮助、完成所有这些步骤！

尊敬的 Marsh：

尼克拉斯不在办公室,但可以评论到一周结束。

此致、

 Stefan

尊敬的 Marsh：

我很高兴听到随着电容的增大行为有所改善。

我现在没有看到其他所需的机会。 对于下一个版本、一般建议在转发二极管处为输出电容器、栅极电阻器和 RC 缓冲器电路放置一些额外的空间。
因此、如果需要、可以更轻松地执行额外的微调。

此致、
Niklas