[参考译文] BQ25756：瞬态、在控制环路中产生更高的纹波电流

你好、Michael、

感谢您耐心等待。 我们现在很忙、本周稍后再与您联系。

此致、
埃森·加洛韦

请注意上面纹波电流图中的4kHz 可闻频率。 使用10A 库存板、我的测量值为~14kHz。

在10A 电流下以及在 Ipkpk=~2App (正常开启时为1.4App)的情况下、库存板上也会发生同样的"振荡开启"行为、尽管间距更高(频率)、但也会出现振铃。 库存板同时发生正常和振荡导通事件。 下面显示了库存板的波形。 红色：Ichg、黄色=输出电压、绿色：HIDRV1。 蓝色：无。

Michael、您好！

感谢您提供新信息。 在我进行研究时、这将非常有用。

此致、
埃森·加洛韦

您好、Ethan、我有更多测试信息。
我使用的电源设置为30V、电流限制为25安。 似乎这种电流中断是在我的 Vin 接近编程的 Vcharge=29.4V 时发生的。 在使用 Eload 进行测试时、我们看到当充电器接近其降压/升压转换点时、输入电压范围为28V 至30.2V 时的电流中断。  这会导致~0.6Apkpk 的纹波、这对我们来说是可以接受的、但在使用电池负载进行测试时、我们看到接近2-3Apkpk、这对于我们的应用来说是不可接受的。 是否可通过任何方法降低此纹波的振幅和频率、从而降低转换点附近的可闻振铃？

您好、Ethan、我再次获得了有关测试的更多信息。
由于我们的测试方案的 Vin=30V 且 Vchg=29.4V、因此我们已将问题从降压转换到升压转换区域内。
我们已经将这个问题(高输出电流纹波)确定为仅在进入和退出降压/升压模式的转换区域发生。 它会在任何 Ichg 和 Vchg 中发生。 波形形状各不相同、但始终存在于该区域中。 换句话说、当降压 SW1导通且升压 SW2开始导通时、会发生、但抖动。 (从降压转换到降压/升压)、反之亦然。 我们是否可以采取任何措施来解决此问题？

Michael、您好！

感谢您耐心等待。 我曾在实验中尝试过您的测试、但发现没有相同的问题。

在降压/升压区域、Fsw=编程速率的1/2是预期行为。 该电路的降压和升压侧每隔一个时钟周期激活一次。

您能回答一些有关您的测试的问题以帮助我进行调试吗？

使用的电池是哪种类型？

向电池添加大容量电容是否会改变结果？ 2000uF 或更大的电容应该适合大容量电容？

如果您获取任何其他波形图像、可以重点关注 SW1、SW2、VBAT 和 IBAT 吗？

是在恒压区域还是恒流区域？

此致、
埃森·加洛韦

好的。

1.8S-2P 锂离子电池、带内部数据记录电子器件、因此无法在电池内部对等。  
2.我将测试此内容并再次进行回复、尽管在评估板数据表中、我没有为使用非电池负载进行测试保留2000uF？ 添加该大电容背后的思想是什么？ 请注意、我运行的评估板的额定电流高于10A、因为我发现库存电感器、MOSFET 能够处理电流、但不确定电容器。
3.所包含的图像是我在不同的 Vchg (29.4V、31V)和 Ichg (5A、10A、17A)设置下拍摄的不同振荡。 不过、这似乎与 Vchg 和 Ichg 无关、只是与进入和退出降压/升压区域相关、我将通过在充电时改变 Vin 来实现这一目标。 (是否可以关联 Vin 和 FSW 的方差速度？ 由于我运行的输入电压范围是20-36V、因此我认为设计计算器显示电感器电流非常接近库存电感器的饱和电流)  
4.我处于恒流区。  

大家好、我明天会测试电容回来。 我最近完成了测试、发现在较高的开关频率下、电流纹波频率和振幅要小得多。 我还位于纹波发生的位置、当我将 Vin 从35-20V 改变时、纹波发生在降压和降压/升压模式之间的滞环中及其周围。 我还注意到、滞环(其中 SW1接通、SW2溅射、打开)在 Fsw=600kHz 时接近0V、而在 fsw=250kHz 时、~0.1-0.5V。 我的理论是 Vout 不稳定、因此当它由于开关频率从 SW1开启转换为 SW1+SW2开启而波动时、我们会看到 更高的电流纹波。 例如、(Vout-Vbatt)/Rbatt=~0.1Vpp/50mohms=~2App。  

VBATT：27.36V、向下 Vin (35-20V)、Ichg=17A、31Vchg、600Hz：32.2-31.1Vosc (3.3App)-31.3Vbuckout-27.6Vboostin。 未纹波时的典型电压差：~0.4App。  

在上图中、蓝色是 SW1、绿色是 SW2、黄色是 Vout、红色是 Iout。  

您好、Ethan、我已经完成了电容器测试。 我在输出端感应电阻器的每一侧添加了1000、并在我的整个工作 Vin 范围内看到了高电流纹波~2App。 该板还会变得非常热、因此这不适合我的应用。 我在测试过程中未看到任何纹波、但电路板变得非常热、稳态纹波太高。

Michael、您好！

感谢您完成这些测试。

预计电路板会变热。 该 EVM 设计为在10A 电流下充电。 我建议使用7V 或11V 的外部栅极驱动。 这将提高效率并应改善热性能。

我将在本周晚些时候向您介绍这些测试。

此致、
埃森·加洛韦

嗨 Ethan,我在上一篇文章中有一个错误,我的纹波是~1App 在稳态。 不过、我没有看到任何纹波。 相反、当我从降压转换到降压/升压区域时、我很少看到临时噪声升高到1.6应用程序的情况。 我还看到了这种行为、当我打开充电器时、Vin 和 Vout 会将其置于降压/升压区域阈值。 我将在下面附上一幅相关图片、红色：Iout、蓝色：SW1、绿色：SW2。

1、为什么增加的7V 或11V 闸极驱动会提高充电器的效率?
2.另外、加入大容量电容背后的想法是什么、是不是要减少输出电压波纹？ 输出电压纹波是否更高、从而导致电池上的电压下降时电流纹波更大、从而中断控制环路？
3.在降压时、我看到热点集中在 C5周围、在升压时、热点集中在 C28周围。 为什么这些特定电容器变热？

我想知道这一点、以便更好地了解系统并在将来对其进行诊断。  

尊敬的 Ethan：

对于效率、不断提高的 Vgatedrive 是否存在不利影响？ 我认为、由于 Vgs 升高、开关脉冲的较慢上升时间(栅极驱动电压为5V 和11V 时测得的上升时间为~76ns 与100ns)会降低效率、因为开关损耗会增加。 较大的上拉/下拉电流如何降低开关损耗？

为什么在降压/升压模式下开关频率会减半？ 是为了稳定性/控制环路原因吗？

Ethan、您好！

我有关于故障信号的内部方框图的问题。 我看到某些比较器有某种二极管 ORing 配置(见下图)。 我假设在触发故障时它们会将 REGN 电流拉至接地、因此会禁用栅极驱动器。 会发生什么情况吗？ 如果是、为什么 REGN 默认接地？ 此外、Vo、ref 信号的用途是什么？ 感谢您的任何帮助、谢谢

尊敬的 Ethan：  

但为什么 REGN 作为一个源接地在底部呢？ 这将使 REGN 在充电之前和充电期间将所有电流灌入接地端。  

感谢到目前为止 Ethan 的澄清、这对 proejct 非常有帮助、我们正朝着 BQ25756发展以用于我们的用例。 为了检查我的理解程度、因此当每个 OTA 的条件触发时、都会将不同的电流从 REGN 拉至接地。 然后这将改变 IO、ref、它流经电阻器以产生 Vo、ref VO、ref 的值是控制器可以识别的特定值、控制器将决定触发该值的 OTA 对应的操作？

Ethan、您好！

我返回了更多的测试结果。 我已经将该误差定位到降压/升压模式的进入点和退出点。 我在 IChg：17A 和 Fsw：600kHz、没有2000uF 电容器、我发现不会对纹波产生显著影响。 当我几乎不处于降压升压模式(两个桥臂都是交替开关周期)时、我看到了电流纹波、当降压桥臂打开时(也称为 Vin 馈送 Vout)、它突然关闭。 然后、升压桥臂转为启动、并将自举电容器充电至更高的水平。



在我附上的下图中、我把两组波形彼此重叠。 红色、天空蓝色、和绿色是 Iout、LODRV1和 LODRV2、这时通过 Vgatedrv1：11Vext 进入降压升压。 其他颜色与 Vgatedrv:5Vregn 等效。 看起来自举电容器没有在5V 时完全充电、因为信号的顶部电压在桥臂下降之前从37.3下降至31.3V、然后在下一个周期(32.5V)重新导通、并在31.5V 再次下降。 有人知道为什么会发生这种情况吗？

我的理论是、充电器在启动时捕获"对于一组给定的无源器件"的补偿值。 我还知道、随着时间的推移、Vgs 的降低意味着 Qg 随着时间的推移而降低、因此 MOSFET 的充电时间会随着时间的推移而变化。 它还意味着 Rdson 随时间的变化而变化、充电器无法接受其中的任何一个变化。 所以、当数据表提到计算给定一组无源器件的补偿值时、需要考虑哪些无源器件、充电特性是否会影响充电器生成的补偿值？

感谢您的帮助、
Michael
 

Michael、您好！

感谢您耐心等待。 我会在本周晚些时候给您回复。

此致、
埃森·加洛韦

尊敬的 Ethan：

谢谢你。 我发现、即使是降压/升压模式转换电压附近的全部库存电路板也会出现这种纹波。 我应该补充一点、2000uF 输出电容器可能有助于减少电流纹波、但无法解决根本纹波问题。 我很好奇该纹波是否由控制器或电路板布局布线或其他原因造成。  同样地、到目前为止、我所解决的问题是将开关频率增加到600kHz、以避免电感器饱和、并增加 Vgatedrv：11V、我还没有看到纹波。


我还捕获了降压和升压顶部和底部桥臂的这两个波形(黄色是顶部桥臂、绿色是底部桥臂、左侧图像是降压、右侧是升压)。 对我来说、这些问题似乎非常糟糕、是不是可以引起问题？ 我在股票板上也看到它们、在所有模式下都是如此。



这是这次捕获的不同纹波波形的图像。



值得注意的是、我注意到当控制器处于降压升压模式并且将高侧降压 FET 调为高电平以启动新的降压周期时会出现纹波、但会在中途中断、并且高侧升压 FET 突然被拉高以对电感器充电。 请参阅下图。
在左图中)黄色：Lodrv1、蓝色：hidrv1、绿色：hidrv2、红色：Iout
在右侧的图像中)黄色：Hidrv1、蓝色：无、绿色：Lodrv1、红色：Iout



该压降期间的升压侧 hidrv (黄色)和低 drv (绿色)信号。

在下图中、您可以看到两种类型的压降、一种是降压高侧 FET 变为低电平、而升压侧 FET 处于平台化状态、然后变为低电平。 在一个降压高侧 FET 导通且升压高侧 FET 处于平台状态的地方、降压转换器变为低电平、升压转换器变为高电平。 几乎在转换到降压/升压模式时会破坏控制器的稳定、并使控制器开始关闭降压、然后以25kHz 的间隔(纹波频率)升压侧高侧 FET

这种行为仅在 Fsw 为600kHz 时从降压模式转换到降压模式时发生。 在接近该模式时、当我们进入降压/升压模式时、控制器开始在其600kHz 降压周期之间增加300kHz 周期。 两个 Vgatedrv：11V 和5V 都发生这种情况、但使用11V 时、它相进和出300KHz 周期所花费的电压范围要低得多。 同样在 Vgatedrv：5V、升压周期开始在降压周期打开时相位进入和输出、强制降压周期突然在300kHz 和600kHz 之间变化。 控制器可能对此没有很好的响应、因为它需要在升压开始时、将升压侧的占空比从0%跳至97%、降压侧~10%至20%。  

尊敬的 Ethan：

谢谢你。 我发现、即使是降压/升压模式转换电压附近的全部库存电路板也会出现这种纹波。 我应该补充一点、2000uF 输出电容器可能有助于减少电流纹波、但无法解决根本纹波问题。 我很好奇该纹波是否由控制器或电路板布局布线或其他原因造成。  同样地、到目前为止、我所解决的问题是将开关频率增加到600kHz、以避免电感器饱和、并增加 Vgatedrv：11V、我还没有看到纹波。  


我还捕获了降压和升压顶部和底部桥臂的这两个波形(黄色是顶部桥臂、绿色是底部桥臂、左侧图像是降压、右侧是升压)。 对我来说、这些问题似乎非常糟糕、是不是可以引起问题？ 我在股票板上也看到它们、在所有模式下都是如此。



这是这次捕获的不同纹波波形的图像。



值得注意的是、我注意到当控制器处于降压升压模式并且将高侧降压 FET 调为高电平以启动新的降压周期时会出现纹波、但会在中途中断、并且高侧升压 FET 突然被拉高以对电感器充电。 请参阅下图。  
在左图中)黄色：Lodrv1、蓝色：hidrv1、绿色：hidrv2、红色：Iout
在右侧的图像中)黄色：Hidrv1、蓝色：无、绿色：Lodrv1、红色：Iout



该压降期间的升压侧 hidrv (黄色)和低 drv (绿色)信号。

在下图中、您可以看到两种类型的压降、一种是降压高侧 FET 变为低电平、而升压侧 FET 处于平台化状态、然后变为低电平。 在一个降压高侧 FET 导通且升压高侧 FET 处于平台状态的地方、降压转换器变为低电平、升压转换器变为高电平。 几乎在转换到降压/升压模式时会破坏控制器的稳定、并使控制器开始关闭降压、然后以25kHz 的间隔(纹波频率)升压侧高侧 FET。 该压降行为在高达5.3V 的外部栅极驱动器上发生并在5.4-5.5V 时停止。

这种行为仅在 Fsw 为600kHz 时从降压模式转换到降压模式时发生。 在接近该模式时、当我们进入降压/升压模式时、控制器开始在其600kHz 降压周期之间增加300kHz 周期。 两个 Vgatedrv：11V 和5V 都发生这种情况、但使用11V 时、它相进和出300KHz 周期所花费的电压范围要低得多。 同样在 Vgatedrv：5V、升压周期开始在降压周期打开时相位进入和输出、强制降压周期突然在300kHz 和600kHz 之间变化。 控制器可能对此没有很好的响应、因为它需要在升压开始时、将升压侧的占空比从0%跳至97%、降压侧~10%至20%。  

重现问题的步骤：  
1. 将电源连接到库存评估板。 将库存评估板连接到电池、而不是电子负载。
2.在输出+导线上安装夹具电流探头。 在 HIDRV1和2上安装2个电压探头。
3.开始充电电池的库存配置和输入电压: 33V。  
4.降低 Vin、直到出现降压/升压模式。 电流纹波。 有时多次尝试后才会发生这种情况(这表明向我转换降压/升压时不稳定)。

Michael、您好！

感谢您提供重新创建此问题的确切步骤。 我将对此进行探讨、下周再见。 感谢你的耐心,我已经在过去的两个星期被淹没了。

顺便说一下、若要在600kHz 下工作、您可能需要改用输入和输出电容更小的开关 FET。 我认为 SiR188LDP 或 AON6380等 FET 有助于降低这里的开关损耗。

此致、
埃森·加洛韦

没问题、Ethan 我想看看您找到的内容。 顺便说一下、我正在为8S-2P 锂离子电池充电。

好的,再考虑一下,这里是我的想法,让我知道你的想法。  

建议：

输入和输出电容处的极端温度(17A 时为0-80C、3秒)会降低启动后的电容、并影响转换器的频率响应、这是在启动时使用捕获的补偿值来运行。 这些值在启动时从"一组给定的无源器件"生成。 可通过调整布局来解决问题、从而防止组件突然发热。  

这项建议的证据：

• 证据：对于 Vgatedrv：5V、高于15A 的充电电流产生电流纹波
• 推理：较高的充电电流意味着 MOSFET 和电容器上突然出现热应力、从而改变其额定值。  
• 证据：对于 Vgatedrv：11V、无充电电流产生纹波。 自举电容器不再进行放电和充电。
• 推理：VGS (以及 Qg 和 Rdson)在捕获补偿值后发生变化。  

所示的影响纹波的两个因素：充电电流和 Vgatedrv 电源电压。 (以及 FSW、它已达到最大值、因此在此处无关紧要)

相关因素

• 纹波为什么在降压到降压/升压模式转换时出现、而不是在升压到降压-升压时出现？
• 在降压升压转换模式下、降压和升压正占空比上升和下降~80-90%。 占空比的较大变化可能影响稳定性。 因此、更改 Vgatedrv 或 Ichg 会以某种方式影响稳定性。
  
  关键问题：在启动时切换 SW 节点时、补偿考虑了什么类型的无源器件？ FET 参数对它有何影响？
  
  
  更新了测试计划：
  1. 将电源连接到库存评估板。 将库存评估板连接到锂电池、而不是电子负载。
  2.在输出+导线上安装夹具电流探头。 在 HIDRV1和2上安装2个电压探头。
  3.开始充电电池的库存配置和输入电压: 33V。  
  4.降低 Vin、直到发生降压至降压/升压模式转换。 电流纹波。 有时尝试几次就不会发生这种情况。
  5.将转换器改成充电电流17A 和600kHz。 重复步骤4并观察是否存在纹波。  电流纹波。  
  6.使用11V 外部栅极驱动电源。  重复步骤4并观察是否存在纹波。   应该看不到纹波。  
  
  

Michael、您好！

感谢您对此耐心解答、并感谢您执行测试程序。

11V 栅极驱动可消除纹波、这一点很有意义。 FET 被推到17A 的绝对限值。

启动时切换 SW 节点时、补偿考虑了哪种无源器件？ FET 参数是否无论如何都会影响它？

我需要查阅这些信息。

此致、
埃森·加洛韦

1.您能否详细说明一下您所说的绝对限制是什么意思? 可能会违反 FET、自举电容器或栅极驱动器的哪些参数？

2.这是良好的升压桥臂(蓝色)与不良升压桥臂(绿色)栅极电压@降压-降压-升压转换的比较。
自举电容器导通时间电压(通过顶部电压)旨在通过编程的控制器占空比逐渐下降并稳定、如蓝色波形所示。 但在绿色部分、顶部电压不会下降到低于 MOSFET Vgsth 的值、也会继续下降到低于该值的水平。 然后、控制器会使升压和降压桥臂(此处未显示降压)都关断、从而为自举电容器提供足够的时间再次充电至高于 Vgsth。  

这是我认为会发生的事情、我知道 MOSFET Vgsth 正在被违反、但我不确定：
1.   在违反 Vgsth 后、控制器如何关闭两个 HS FET
2.为什么在不良升压波形中最高电压持续下降而不稳定





已捕获的数据

捕捉的波形：VBATT：26.7V、Vout：~27.1V、Vgsth：2.5V、Vgson=Vout+Vgsth=29.6V。

在底部电压上升(85us)前测得

• 不良升压：T=3.551us、Ton=3.38us、D=0.952us

在发生压降前3个周期时测得(底部电压几乎处于最大值、128us)：

• 良好的升压：T = 3.554us、T = 3.391us、D = 0.954us
• 不良升压：T=3.544us、TON=3.36us、D=0.948us //D 已降至0.95以下！
  
  左侧：增压不良//右侧：增压良好
  
  

所以、在错误版本中、升压桥臂恰好在关闭前达到升压占空比的内部控制器限值(也许 D=0.95)。
我们知道,对于某些 Vgs < Vgsth 在不良的 boost 波形(比较图像中的 Vgson 和 Vdiff )在关闭前。 因此、可能 Vgs 违例 是导致关断的原因。

Michael、您好！

1.我应该在这里澄清一下"绝对限制"。 我在这里的意思是、FET 的应力比通常要大得多。 17A 充电器电流和5V 栅极驱动时、这些 FET 和 IC 非常热。 与11V 栅极驱动相比、您是否使用过热像仪通过5V 栅极驱动来测量 FET 的温度？

另请记住、温度越高、大多数器件的漏电流就越大。

2.充电器会自动关闭高侧 FET 以刷新自举电容。 这通常发生在3.1V 电压下、该信息可在数据表中找到。

由于电压持续降低的原因、我认为高温会增加 FET 或 IC 的栅极漏电流。 电容器电压下降速度快于正常情况、从而导致 BTST 刷新。

此致、
埃森·加洛韦

Ethan、您好！

我已发现问题的根本原因。 感谢您的帮助、您的见解帮助我解决了问题。