[参考译文] LM5176：一旦输入电压达到35V 以上、输出过压保护(OVP)将激活

尊敬的 Max：

那么负载的行为如何？
这只是在一个板上、还是您具有相同行为时多个板上？

我们还可以回顾一下布局、特别是 CS 电流传感器连接、这是否通过开尔文连接实现？

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

感谢您的快速回复！

当输入电压低于35V 且负载低于2.5A 时、一切正常。 当输入电压低于35V 且负载大于2.5A 时、控制器将关断(这是意外情况、因为控制器应处理9.2A 的电流)。 当输入电压超过35V 且连接了负载时、控制器仍无法正常工作(显示出与无负载时相同的行为)。

我有五个完全相同的 PCB。 目前、我测试了两个 PCB、它们都表现出完全相同的行为。

我截取了 CS 电流传感器连接布局的屏幕截图、请看下面。 电阻 R11是电流检测电阻、R15、C34和 R18创建 RC 滤波器网络。 如您所见、我没有考虑开尔文连接。

我在 CS/CSG 引脚上执行了一些测量(使用了探头接地弹簧)。

第一个屏幕截图/测量结果显示了输入电压为29V 且无负载的控制器。 一切似乎都很好。

第二个屏幕截图/测量结果显示了输入电压为29V、负载为13 Ω 的控制器。 一切似乎都很好。

第三个屏幕截图显示了输入电压为29V、负载为9 Ω 的控制器。 负载似乎消耗了过多电流、导致控制器关断。

第四个屏幕截图显示了输入电压为41V、负载为500 Ω 的控制器。 由于 OVP、控制器仍然关闭。

第五个屏幕截图显示了输入电压为41V、负载为100 Ω 的控制器。 由于 OVP、控制器仍然关闭。

如果您需要更多信息/测量、请告诉我。

尊敬的 Max：

感谢您提供更多信息。

我假设电流检测信号严重干扰了耦合到的信号、并且可能也会发生接地漂移、因为它还具有到 GND 层的不同连接点。

CS 信号也连接到 MOSFET 而不是 R_CS、这可能会产生额外的偏移和失真。

注意：CS 信号是此控制器最重要的控制信号、需要提供正确的信号。

您可能会尝试使用一些蓝线更新 PCB 以获得更优化的布线。 如果是、请仅使用短双绞线。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

再次感谢您的快速回复！

我已按照您的建议更新了 PCB、请参阅以下照片(蓝色电缆可忽略、因为它只是为了轻松地将探针连接到 PGOOD 信号)。 现在、使用开尔文方法连接电流检测电阻器。

此 PCB 修改解决了系统在输入电压高于35V 时无法正常工作的问题。 因此、PCB 现在可以在21V 至54V 的任何输入电压范围内无负载工作。

在发现 PCB 在没有负载的情况下可以正常工作后、我开始在不同输入电压下使用负载进行测试。

首先、我开始在26V 输入电压下进行测试。 我发现 PCB 在负载高于6欧姆时可以正常工作。 不过、一旦负载降低到5欧姆、输出电压就会降至约7V (并生成锯齿波形)。 负载为5欧姆(或更低)时、PGOOD 信号指示控制器不能正常工作。 请参阅下面的屏幕截图。

其次、我继续使用40V 的更高输入电压进行测试。 供参考：PCB 未因上述行为而(永久)损坏。 我发现 PCB 在负载高于11欧姆时可以正常工作。 不过、一旦负载降低到10欧姆、输出电压就会降至约7V (并生成锯齿波形)。 在负载为10欧姆(或更低)时、PGOOD 信号表示控制器无法正常工作。 您可能已经注意到、这是与上述行为完全相同的行为。 请参阅下面的屏幕截图。

您是否了解负载消耗过多电流时为什么会生成锯齿波形？

第三、我继续在52V 的更高输入电压下进行测试。 供参考：PCB 未因上述行为而(永久)损坏。 我发现 PCB 在负载高于8欧姆时可以正常工作。 但是、一旦负载降低到7 Ω、输出电压就会下降到接近0V、输入电压也会下降。 然后、我注意到我使用的电源发生了短路。 PCB 现在永久损坏、它继续充当短路(也在较低的输入电压下)。 下面的屏幕截图显示 PCB 没有工作。

我发现、在移除 MOSFET U70和 U72 (这些 MOSFET 连接到 HDRV1和 LDRV2)后、短路消失了。 因此、MOSFET U70和 U72似乎无法处理与高电压结合的大电流。 仅供参考：MOSFET U70和 U72是 BSC117N08NS5ATMA1。

您是否认为具有较高电压和电流额定值的 MOSFET 应该可以解决这个问题？

期待收到您的回复！

我刚遇到一个关于新 PCB 的新问题。 我正在测试一个新的 PCB、以查看其行为是否与上一个相同。

新 PCB 在几分钟内就可以正常工作。 我将输入电压从21V 缓慢增加至52V。 我让 PCB 在52V 输入电压下工作几分钟、然后输出电压突然降至约8.5V。 现在、它保持在输入电压也较低的情况下输出8.5V 电压(而不是24V)。 请看一下下面的屏幕截图。

供参考：我还更新了这一具有电流检测电阻开尔文连接的新 PCB、因此这可能不会导致这个新问题。

尊敬的 Max：

您可以首先查看损坏电路板上的 VCC -它仍然是7V 吗？

如果不是这样、您可能会在 SWx 节点上产生较大的下冲(您应该无论如何进行检查)。

在这种情况下、可能会很容易损坏器件、并且需要通过缓冲器和/或栅极电阻器等进行滤波。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

再次感谢您的帮助！ 这很棒、因为我是一个学生、对直流/直流转换器的经验非常少。

这是个检查的好主意。

总之、我是否应该检查 VCC 断开的 PCB (和 SWx 节点)、该 PCB 现在的输出电压为8.5V 而不是24V (或有短路的 PCB、如上述两条消息所述)？

(SWx 节点的)下冲/过冲何时过大？ 我已经注意到一些过冲和下冲、但我不知道什么是正常/典型(我目前不在办公室、明天我将分享上冲/下冲的屏幕截图)。

还有一个问题(抱歉有许多问题、我希望不会太多)：您是否推荐一个特定的电阻器值与栅极串联？

尊敬的 Max：

我所说的 VCC 是指 LM5176的 VCC 引脚

我假设其中一个输出驱动器因电气过载而损坏。 通常、这会导致 LM5176 VCC 具有更高的负载、从而不会达到~ 7V 的目标电平。

输入 ESP。 在输入电压较高的情况下、SWx 上可能会发生欠冲或过冲、从而导致过载。

另请参阅：

https://www.ti.com/lit/ta /ssztbc7/ssztbc7/ssztbc7.pdf

https://www.ti.com/lit/an/slyt465/slyt465.pdf

有关允许的过冲和下冲、请检查绝对最大额定值：

注意：使用栅极电阻器时、该器件的电阻值应小于5 Ω。

此致、

 Stefan

尊敬的 Max：

33欧姆的电阻器听起来对于缓冲器来说太大了。 我更希望使用3.3欧姆的电阻范围。

仅在 SW1和 SW2上需要缓冲器、缓冲器可以连接到 GND

也可以将它们放置在 QL1和 QH2上

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

感谢您的澄清！

我将电阻减小到4.7欧姆、并尝试了几个电容器(范围从1nF 到10nF)。 我还更改了缓冲电路的连接、现在只有两个连接到 SW1/SW2和 GND 的缓冲电路(如下所示)。

看起来当 SW1的电容器等于4.7nF 且 SW2的电容器等于2nF 时得到了最佳结果。 在 Vin = 35V 时、我会得到以下结果：

在 Vin = 50V 时、我会获得以下结果：

缓冲电路肯定会减少过冲/下冲。 但是、似乎过冲/下冲仍然过大。 而更大的缓冲电容 对方波的影响似乎大于(信号被完全修改)。

很难添加一个串联电阻(最大 50欧姆)与此 PCB 上的栅极串联。 因此、我无法测试串联电阻器是否足够减小过冲/下冲。

你有什么建议吗?

PS 我有很多关于不同缓冲电容值的屏幕截图(如上面的屏幕截图)、但我不确定您是否需要这些截图。

此致、

最大值

尊敬的 Max：

只是为了确保 Rgate 应该小于5 欧姆(你写了50欧姆以上)!

在测量 SW 信号时、请确保正确探测。 您需要最大限度地减小接地环路-示波器探头的标准接地夹太长、并且会拾取大量干扰-最好是 Tipp 和桶形设置。

(+)如何测量纹波以获得更好的设计结果-电源管理-技术文章- TI E2E 支持论坛

直流/直流转换器的常见错误及修复方法...

->显示"尖头与桶"-第28页

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

焊接元件也会产生很大的环路、但这并没有帮助。 我想我将订购一个具有4.7 Ω 栅极电阻器、两个缓冲器电路(连接到 SW1/SW2和 GND)以及 CS 电阻器和 ISNS 电阻器开尔文连接的新 PCB。 除此之外、我还重新布置了 PCB 的一些连接、以创建更好的设计。 我希望这种新的 PCB 能够消除焊接元件的缺点(这可能会导致性能恶化)。 在我订购新 PCB 之前、您有什么建议吗？

尊敬的 Max：

我建议阅读这些文档并根据这些信息检查布局。

有关布局的其他信息可在此处找到：

(1)四开关降压/升压布局提示1：确定布局的关键器件

(2)四开关降压/升压布局提示2：优化功率级的热环路

(3)四开关降压/升压布局提示3：将差分检测线路与电源平面分离

(4)四开关降压/升压布局提示4：栅极驱动和返回路径布线

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

感谢提示！ 我将小费考虑在内、并且订购了新版本的 PCB。 我将向您不断更新新的 PCB 的功能(但这不会在接下来的几周内发生、因为 PCB 交付需要超过两周的时间)。

此致、

最大值

您好、Stefan、

PCB 的新版本现已推出。 我在进行测试、当负载不大于5A 时、一切正常。

我之所以拍摄了 SW1和 SW2的屏幕截图、是为了确保缓冲电路按预期工作。 我使用了探头弹簧进行此测量、但我无法同时保持两个探头弹簧(这就是 SW1在第一个屏幕截图中看起来更好、SW2在第二个屏幕截图中看起来更好的原因)。

VCC 看起来也非常稳定(最小值为6.88V、最大值为7.93V)。 因此、我假设缓冲电路按预期工作。

当负载比5A 大得多时、我让系统运行一分钟、MOSFET 会击穿(使输入短路)。 我现在有一个 PCB 在5.5A 下运行多分钟后短路、另一个 PCB 在9.5A 下运行约半分钟后短路。 您有什么建议吗？ 是否应该更换这些 MOSFET、检查是否只有 MOSFET 受损、芯片本身是否仍能正常工作？

此致、

最大值

尊敬的 Max：

如果 MOSFET 因热过载而损坏、通常只有 MOSFET 受损。

如果损坏电路板上的 VCC 仍然正常、则很可能只有 MOSFET 损坏。

接下来、您可以移除损坏的 MOSFET 并检查 VCC 是否 仍然正常、则很可能只有 MOSFET 已损坏。

否则也应更换 LM5176。

 在增加负载的同时、您是否观察到 MOSFET 的温度-温度是否仍在预期范围内？

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

再次感谢您的快速回复！

我删除了两个损坏的 PCB 上的 MOSFET HDRV1和 LDRV2 (这是唯一两个损坏的 MOSFET)。 在移除这两个 MOSFET 后、我测量了 VCC。 两个 PCB 的 VCC 似乎都可以(VCC 约为7V)。 因此、我假设(MOSFET 的)热过载导致了损坏。

此次发现之后、我更换了两个 MOSFET (更换了新的 MOSFET)。 事实证明、更换 PCB 后、两块 PCB 都能正常工作。 因此、仅损坏了两个 MOSFET。

这两个 MOSFET 发热最多是正常/典型情况吗？

我假设我只需并联额外的 MOSFET 来减少发热、对吧？

遗憾的是、在增加负载时、我没有观察到 MOSFET 的温度。 我将从现在开始监控温度。 我已经发现、在未连接负载时、MOSFET 会达到大约45摄氏度。 这是否正常/典型？

此致、

最大值

尊敬的 Max：

是的、这是通常损耗最高的 MOSFET。

要了解这是否符合预期、您需要计算 MOSFET 中的损耗、并使用数据表中的热性能参数进行检查。

快速入门计算器或产品说明书中的应用部分可为此提供帮助。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

我目前正在使用主动冷却(一个风扇)进行测试、PCB 已可提供6.4A 电流(持续2小时以上)！ 所以、这看起来确实是一个过热问题。

我假设您使用"快速入门计算器"来指代 Excel 工作表(www.ti.com/.../SNVC208)。 我已经填写了这份 Excel 表、但我不知道在"所需交叉频率"下填写什么。 我还注意到、在"步骤7：补偿设计"中、一些信息尚未填写、请看一下下面的屏幕截图(看起来像 Excel 错误)。

波特图也未填充。

我认为上述误差对于 MOSFET 的过热计算不重要。 这就是我继续填写有关 MOSFET 的所有信息的原因。 我得到以下图形：

我假设我应使用 MOSFET 的功率耗散、并将其与产品说明书进行比较。 但是、我不确定应该如何操作(我应该比较哪个参数？)。

e2e.ti.com/.../5466.LM5176-Buck_2D00_Boost-Quickstart-Tool.xlsm

尊敬的 Max：

Excel 工作表中的某些内容已损坏、因此我将数据复制到了附加的新数据中。

e2e.ti.com/.../5466.LM5176-Buck_2D00_Boost-Quickstart-Tool-_2800_1_2900_.xlsm

市长问题将是从降压侧 MOSFET 的损失  

图表在此处显示损耗 几乎为3W、如果 Excel 中的 θ JA 值正确(20deg/W)、这听起来非常低。

则温度将增加60度。 通常、该值在50的范围内、会导致150度。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

感谢您修复 Excel 文档！ 这样 MOSFET 就能在高输出电流下击穿。 我将仅添加额外的并联 MOSFET (并添加主动冷却(风扇))。

我已经注意到另一个问题(希望最后一个问题;))。 在高输入电压(31V 至54V)下、系统可以达到所需的输出电流9.2A (符合预期)。 在高输入电压(31V 至54V)下、系统还可以处理大负载瞬变(0A 至9.2A)(符合预期)。 但是、在低于31V 的电压下、系统无法达到9.2A 的最大输出电流(不符合预期)。 在低电压(低于31V)下、系统在缓慢增大负载时可以达到6.4A 的最大输出电流。 在低电压(低于31V)条件下、系统无法处理0A 至6.4A 的负载瞬态(系统在低电压条件下能够处理的最大负载瞬态是0A 至4.7A)。 总之、系统在31V 及更高的输入电压下可以正常工作、但在31V 及更低的输入电压下、系统无法处理高输出电流。

下面的屏幕截图显示了低输入电压(低于31V)和高输出电流下的系统输出电压。 如您所见、系统不断尝试启动、但启动失败。

我已经阅读过、这可能与软启动电容器有关(e2e.ti.com/.../lm5176-q1-lm5176-q1-full-load-start-up-at-lower-vin)。 我已经增加(并减少)了软启动电容器、但这并没有解决问题。

您是否知道导致此问题的原因(以及如何解决)？

尊敬的 Max：

对我来说、电流检测电阻似乎太大了、您触发了过流事件。

建议将检测电阻更改为 5.5-5.0m Ω。

此致、

 Stefan

我将对其进行检查。

是指逐周期电流检测电阻(连接到 MOSFET)还是平均电流检测电阻(与输出串联)？

尊敬的 Max：

我的意思是  连接到 CS/CSG 的逐周期电流检测电阻(连接到 MOSFET)

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

降低感应电阻器可解决22V 至31V 输入电压的问题。 我添加了一个与7mΩ 原始电阻并联的7mΩ 电阻器(产生一个3.5mΩ 电阻器)。 现在对于22V 以上的电压、一切都可以正常工作。

当输入电压介于21V 和22V 之间时、当负载大于6A 时、系统仍然无法工作(请看下面的屏幕截图)。

这是否也与感应电阻有关、或者是否可能因其他原因导致这种情况？

尊敬的 Max：

此处的峰值电感器电流为12.2A -您使用的电感器的饱和电流是多少。

根据 Excel 计算器、斜率补偿也略高于建议值(C 值低于建议值)

我认为这不是问题、但可以加以调整。

感应电阻器应该正常、因为过流检测的限制为100mA、应该有足够的裕量、除非您对感应电阻器的布局有一些问题并拾取很多噪声。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

电感器的饱和电流为41A、这已经足够了。

我已将斜率补偿电容器增加到680pF (因为这是 Excel 文档建议在3mΩ 逐周期电流检测电阻器上使用的值)。 调整后、我实际上没有看到任何差异。 不过、从现在开始、我将使用680pF 电容器。

我在测量逐周期电流感应电阻时遇到了很大的困难、因为我的探针似乎会影响系统(我的探针已设置为10：1)。 因此、很难在该信号上查找噪声。

我还尝试将逐周期电流检测电阻降低至1.75mΩ(以允许更大的电流)、但这会产生完全相同的行为。

以下是我使用的检测信号的布局：

这些层按如下方式堆叠：

感测信号通过开尔文连接方式进行连接。 我已在检测信号周围添加了尽可能多的未连接迹线、以拾取任何噪声(并防止检测信号中出现噪声)。 我还在检测信号正下方放置了一个接地平面(仅连接到另一个接地端)、以再次拾取任何噪声(并防止检测信号中出现噪声)。 遗憾的是、我不得不以某种方式将升压桥臂的高 di/dt 和高 dv/dt 信号布置在检测信号下方(我对这些信号使用了橙色层)。

您对这个布局有什么看法？

此致、Max

尊敬的 Max：

从布线来看布局看起来不错、但您使用了热性能。

这可能对于您想要的这一功耗至关重要。 输入 ESP。 对于功率级中的所有元件、应避免使用此方法、因为它会增加电感并增加电阻。

测量感应电阻器时(这并不简单)、您需要使探头连接尽可能短。

使用尖头和圆筒是最好的:

直流/直流转换器的常见错误及修复方法...

->显示"尖头与桶"-第28页

此致、

 Stefan  

您好、Stefan、

"热性能"一词具体是什么意思？ 我不熟悉这个术语。

此致、Max

尊敬的 Max：

抱歉混淆了短语。

尝试在互联网上搜索"散热"、然后找到正确的信息。

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

感谢您的澄清！

我在大约三个位置使用了散热焊盘、我在下面的屏幕截图中标记了它们(顶部为蓝色、中间为黄色、底部为紫色)。

只是为了确保：我应该在哪个(些)位置移除散热焊盘？

尊敬的 Mason：

在上面的图中不容易看到：

当然是蓝色区域、加上分流器的 GND 侧

我也不会再使用中间层。

通常存在高 di/dt 或 dV/dt 的所有路径：

-整个功率级

-门线

- VCC cap 到 LM5177

此致、

 Stefan

您好、Stefan、

好的、再次感谢您的澄清！

在我创建重新设计之前的最后一个问题：是否可以使用散热焊盘  在铜底部布置感测线路(逐周期电流感应电阻器的感测线路)？ 因为在某种程度上感测线路 (逐周期电流检测电阻的感测线路)需要穿过升压桥臂的栅极线路、迫使我将 其中一条线路放置在铜的底部(并且我需要散热焊盘以将一条线路从铜的顶部布放到底部)。

此致、Max

尊敬的 Max：

从感测电阻到 LM5177的感测线路是可以接受的、但对感测电阻来说不可行。

此致、

 Stefan

好的、谢谢！ 我将更新设计