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[参考译文] LM3150:前馈电容器

Guru**** 2511985 points


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/1395219/lm3150-feed-forward-capacitor

器件型号:LM3150

工具与软件:

我正在使用该器件进行设计。 以下是我们的输入和原理图:

VIN = 12V

VOUT = 5.3V

IOUT = 6A

如果没有安装 C7、它的运行效果相对较好。 填充 C7时、Vout 非常不稳定。 在低负载下、Vout 为6伏、但随着负载的增加、电压很快下降、并且当负载达到大约1.5 A 时、整个稳压器最终关闭。我很容易不填充 C7、但我对原因很好奇。

我还注意到、该稳压器有时会关闭。 这通常是因为我已经超过了用于为此供电的台式电源的电流限制、但当我降低负载或增加电流限制时、输出保持在0V。我需要将使能引脚再次变为低电平或高电平。 我检查了 EN、结果为高电平、VCC 为6V、SS 处有一个很好的斜坡。 为什么会发生这种情况?

  • 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。

    我说它运行良好、但那是在我检查纹波之前。 输入和输出纹波都非常非常高。

    在这里、您可以看到通道1上的输出纹波(黄色)和通道2上的输入纹波(绿色)。 两个探针均采用交流耦合。 该图具有非常小的负载。

    高频尖峰为862 kHz。 低频波形约为135kHz。 低频波的峰峰值电压为656mV、在给定5V 输出的情况下、纹波将为13%。 这张屏幕截图是处于最大负载时的情况。

    这是通道1上的高侧栅极驱动信号(黄色)和通道2上的低侧栅极驱动信号(绿色)的屏幕截图。 "高频"方波的频率约为 862 kHz、较低频率包络的频率约为135 kHz。

    我检查了电压 RON、它是5 V。 如果使用82.5k Ω 电阻器、开关频率应该为600kHz。

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    尊敬的 Alexander:  

    感谢您的提问。

    C7电容器是前馈电容器、用于通过在器件的 控制环路添加零点和极点来将器件置于稳定范围内。 这可用于提高器件的相位裕度和带宽。 这里有一些关于不同器件前馈电容器影响的文献、但概念是相同的:  《前馈电容器》应用手册。

    如果 设计不当、前馈电容器实际上会使系统的控制环路去稳、这会导致器件出现不规则行为。 幸运的是、该器件有一个元件设计人员、可以帮助设计您的电路和计算前馈电容器的有效值。 如果您将运行条件放入此 Excel 工具中、它应该能够帮助您设计电路并确保您的设计正确稳定。

    关于示波器屏幕截图、您是否使用尖端和接地筒方法、在 IC 最近的输出和输入电容器上测量器件信号? 请参阅此 E2E 主题 、详细了解这种测量方法为何很重要。  

    谢谢!

    Joshua Austria.

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    你好、Joshua:

    我正在电容器附近测量、但使用了捕捉器。 我切换到接地弹簧、噪声消失了。 三个问题中的一个已解决!

    根据反馈电阻的值、我们应该需要一个电容值为77 pF 的前馈电容器。 WebBench 建议使用100 pF、这就是我使用该值的原因。 此外、很难使用75个 pF 电容器。 尽管如此、100 pF 电容器不应导致不稳定、尽管如此。 同样、我也可以不填充 C7、但我不喜欢不完全理解我的设计。

    最后一个问题是步进负载问题。 我注意到、有时如果我提供阶跃负载、稳压器会关闭、而 Vout 变为零。 这是尽管 Vin、VCC、EN 和 SS 都是正确的值。 下面是顺序。

    1) 1)将 Vin 拉高

    2) 2)将 EN 置于高电平

    3)在 CC 或 CR 模式下打开电子负载

    如果我使 EN 变为低电平、然后再次变为高电平、这通常会纠正该问题、并且稳压器再次开启。 我想知道是否有人能就这里发生的事情提供任何见解。

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    尊敬的 Alexander:

    很高兴听到其中一个问题已解决!

    现在要解决另外两个问题、通过使能、EN 引脚是否连接有开漏连接。 数据表建议在该引脚上添加一个1nF 旁路电容器、以防止在这种情况下发生错误禁用。 请参阅以下内容:

    在任何情况下、在施加阶跃时看到进入 EN 的电压都会有所帮助。 这可能是系统的罪魁祸首、导致 EN 电压或输入电压下降并关断稳压器。

    这也可能不是 EN 引脚问题。 该器件具有一个过压比较器、用于保护输出免受过压条件的影响、包括由输出负载突然变化引起的过压条件。 有关这方面的更多详细信息、请参阅数据表的第8.3.3节。 输出电容器上的 ESR 将对过压保护的跳闸点产生很大影响。 有关优化此参数的更多详细信息、请参阅数据表的第5节。 另外、请确保您的输入电容具有正确的均方根电流额定值。 输入电容器的最大均方根电流为负载电流的50%。

    对于前馈电容器、过压保护也可能是器件出现不规则行为的原因。 如果您查看数据表第5节的公式、则前馈电容器可以修改器件不受器件过压保护的抑制运行所允许的最大 ESR。 降低输出电容器的 ESR (同时还确保保持最小 ESR 规格)可能有助于解决 EN 和前馈电容器问题。  

    谢谢!
    Joshua Austria.

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    你好、Joshua:

    我在 EN 上有一个1nF 电容器、但我将其替换为100nF 电容器。 这减少了这个问题的发生,但它没有消除它。

    我尝试使用低 ESR 陶瓷电容器替换输出电容器、 它改善了纹波、但在阶跃负载问题或前馈电容器问题上没有区别。

    我来看看 FB 和 EN 以查看它是否会由于 VFB 过压而关断。

    数据表中的第5节是修订历史记录...

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    你好、Joshua:

    我稍微探了一下、我将在这里附上我的屏幕截图。 除非我另有说明、否则流程是:

    1) 1)打开电子负载以连接500 mA 负载

    2)打开台式电源

    在所有情况下、Vout 从未"启动"


    这是使能信号。

    这是使能信号上的模糊点。

    这是高栅极驱动

    这是 FB。

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    尊敬的 Alexander:  

    抱歉、我指的是产品说明书中针对设计过程概述的9.2.2.2部分的第5点。 公式38-46概述了输出电容器的 ESR 要求。 您的 ESR 是否在这些公式的范围内?

    如果是、那么我们可能需要查看布局、以确保遵循良好的布局实践。 如果是这种情况、请发送每个电路板布局层的屏幕截图、我可以帮助您查看这些内容。

    谢谢!

    Joshua Austria.

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    你好、Joshua:

    这是我使用的电容器。 我将其中三个器件并联: GRM32EC81C476KE15K Murata Electronics |电容器| Digikey

    以下是布局:

    II 隐藏了其中的平面、只是为了向您显示尺寸。 从图中可以看出、电路板不是很大。

    顶层是电源(红色)、底层是接地(蓝色)、尽管顶层有一条很小的接地条。

    这里是底层。

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    尊敬的 Alexander:  

    抱歉、我似乎跳过了调试过程中的一步。 是否可以与此设备和 KGU/ EVM 进行 ABA 交换? 我想先查看问题是出在 IC、布局还是设置方面、然后再深入研究。  

    谢谢!

    Joshua Austria.

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    你必须打破这对我来说,有太多的 TLA 为我的血液。 我们没有开发板。

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    尊敬的 Alexander:  

    为令人困惑的经文道歉。 A-B-A 交换基本上采用已知良好的设备(KGU)并将其放置到应用程序中。 然后比较 KRU 和 问题单位之间的波形、查看问题是否与 IC 或原理图/布局有关。 这 是必要的、因为我们可能是在寻找一个并非布局/应用问题的问题。

    使用 开发板也很有帮助、这将为我们提供有关测试设置本身是否存在问题的信息。 不过、  如果您没有 A-B-A、我们只需在交换 IC EVM 后单独查看测试设置。

    另外 回到 输出电容器、如上面的屏幕截图所示、输出电容器有一个最小电阻规格。 为确保器件正常运行、还必须遵循此步骤。 我认为使用的陶瓷电容器的 ESR 可能过低、而原始电容器的 ESR 可能过高。 请确保遵循公式38-46、然后查看问题是否仍然存在。 实际上、我建议在 A-B-A 交换之前先执行此步骤、如果 在根据数据表公式优化这些输出电容器后问题仍然存在、则仅继续执行 A-B-A 交换。

    谢谢!

    Joshua Austria.

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    在苹果公司,我们曾将它们分别称为 KGB 和 KBB -已知良好和已知不良板。 我一定会在拉关 IC 之前尝试这些电容器。 我将看到如何处理手头上的材料。

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    尊敬的 Alexander:  

    明白了、我看到断开的地方。 我期待收到您的回复。  

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    你好、Joshua:

    我想我发现了秘密酱。 我移除了输入端的电解电容器、并将其替换为两个47uF 陶瓷电容器。 我还在输出端放置了两个47uF 陶瓷电容器。 当我将一个15m Ω 电阻器与输出电容器串联时、效果更佳。

    它具有稳定的性能。 我能够可靠地将其直接启动到满负载。 但是、如果我在 C7上放任何东西、它仍然不起作用。 我今天只是粗略地进行了测试。 明天我会做更详细的测试。

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    尊敬的 Alexander:  

    这可能是由于该器件的最大 ESR 在一定程度上取决于是否使用了前馈电容器。 此外、前馈电容器可能不是 您的应用的稳定运行 所必需的、它实际上会通过将过多纹波推入 FB 节点对控制环路产生负面影响。

    尽管如此、我很高兴看到您的设计已成功实现、并且乐意在出现其他问题时进一步帮助您。

    谢谢!

    Joshua Austria.

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    你好、Joshua:

    感谢您对此事的帮助。 如果这是一个布局问题、我会感到惊讶、我通常对此非常精通。 不管怎样、这就是我为所有电源制作原型的原因。

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    尊敬的 Alexander:

    当然。 我只是想介绍一下我们所有的基地。 我希望您的应用开发可以继续顺利进行!

    谢谢!

    Joshua Austria.