[参考译文] LM3481：升压转换器突然开始发出哔哔声、输出电压会在电流较高时下降

尊敬的 Tobias：

感谢您使用 e2e 论坛。
您随附的前两张图片不是在我这边加载的(我认为这些应该是原理图)、您能否重新附加这些图片？
波形显示正确、因此我能看到这些。

我们有一个 LM3481快速入门计算工具。 是否也可以填写并附上该计算器？
https://www.ti.com/tool/download/LM3481-BOOST-CALC 
基于此、我将更容易审查设计。

谢谢、此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

感谢您的评分！

我尝试重新连接原理图：

WEBENCH

我的实现

当然、我填写了 Excel 工作表(我可以做的一切)、下面是其中的屏幕截图：

我希望现在所有图像都能正确加载

此致

托比亚斯

尊敬的 Tobias：

感谢您的附件。 它们现在正确加载。

我建议的第一项检查是稳定性。
如果系统在更高的负载下变得不稳定、则会解释 Vout 下降和异常开关行为。
计算器的波特图显示出相当激进的补偿。
建议最大 交叉频率为2kHz、以避免 RHPZ 不稳定。 此计算展示了4kHz 的交叉频率。
我们还建议使用60度或更高的相位裕度、以实现非常稳定的系统。

您能否检查 C8和 C9的 ESR 值是否真的为5m Ω？ 该值对补偿有很强的影响。
如果正确、我建议尝试使用1k Ω 的电阻器替换 R4、并检查较慢的补偿是否可以改善行为？

另请检查此电感器饱和电流是否能够承受20A 的预期峰值电流。

3m Ω 的感应电阻相当小(电流限值>50A)。 我建议对 R9使用5m Ω 或6m Ω 来减小裕度。

FET 上没有栅极电阻器。 通常建议测量 SW 信号、并在出现强过冲或振荡时添加栅极电阻或缓冲器。 我不确定这是否也是本设计的情况。 无论哪种方法、您都可以考虑在下一个版本中为这些器件添加封装。

在异步设计中、70W 通常较大、正向二极管上的损耗会降低整体效率。 如果设计能够实现适当的冷却、则此应用很好。 对于类似的设计、 值得考虑使用 同步升压设计来降低二极管损耗。 适合使用 LM5122或 LM5123。

此致、
Niklas

您好,感谢您的参与和建议尼克拉斯!

我不知道稳定性。 现在、我看到其复杂性要高得多。

C8和 C9具有 ESR 12m Ω、my bad。 但我想,这不是太遥远。 我现在尝试并联几个电容器、但没有明显变化。

我将 R4替换为1K、但也没有明显差异。

根据数据表、电感器可以接受20A (上升20C)的电流。

感谢您推荐 Rsense 和栅极电阻器、我一定会在下一版中将其包含在内。

好知道其他的选择,我想避免复杂性,这就是为什么异步作为一个选择,效率不是关键.

似乎会产生影响的是 C7。 使用 YAEGO 0805 (56pF)时、我只能达到5、4A、而使用 WE 0603 (尝试1pF 至68pF)时可达到5、8A 至6A。 这可以成为有用的线索吗？

此致

托比亚斯

尊敬的 Tobias：

感谢您的反馈和其他信息。

20A 电感器电流限制可能非常接近边缘。 由于效率较低、峰值电感器电流将增加。 一旦电感下降、它会导致滚雪球效应、从而进一步降低电感并更大程度地增加电流。

我最强烈的怀疑是电感器可能不适合这些规格。
通常、我们建议使用饱和电流高于通过检测电阻设置的电流限值的电感器。
另请确保电源可以支持这些电流额定值。 否则 Vin 会下降、从而使行为更糟。

通过修改检测滤波器(C7和 R8)、您可以影响过流保护的触发。 不过、这根本无法解决触发过流保护的根本原因。 目标是在所有负载条件下都能实现正常运行、而不会出现过流、因此更换电感器应该更有效。

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

Im 使用 WEBENCH 仿真器建议的线圈、所以我认为这应该是合适的(https://www.digikey.de/en/products/detail/coilcraft/SER2915L-472KL/21386994?s=N4IgTCBcDaIDoBcAEBlAogJTATgIwFYAZAWgBYB2MAaUJAF0BfIA)。 它指定了多个电流限制。 也许我在这里发布了不太相关的一个。

电源足够大(高达35A)、输入端几乎没有出现明显的压降。 但是、如果这很重要、我不会寻找尖峰。

好的、那么我将不再继续查看这些比较、也许检查更多的补偿。 Im 也在思考如何检查 MOSFET。 我选择的电容器比推荐的电容器大一点。

此致

托比亚斯

尊敬的 Tobias：

那么我必须回退我之前的评论。 查看电感器规格、额定值高于我最初的预期、我同意它应该适合该应用。

关于补偿、由于设计预计占空比大于50%、因此存在次谐波振荡的风险、这可能导致系统不稳定。
计算器建议 RSL 为0欧姆、因此它不会计算出会出现振荡问题、但这也是可以在下一版本中添加的占用空间。 添加100欧姆的电阻可以提高系统稳定性。

关于 MOSFET 和二极管、您是否看到这些元件升温？

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

他们确实很热,但我很难说,如果太多。 我使用笨重的散热器(V8818N- https://www.digikey.de/en/products/detail/assmann-wsw-components/V8818N/3511433) 、输出为4、5A 时、温度升至60°C (肖特基)和55°C (MOSFET)

此致

托比亚斯

尊敬的 Tobias：

55°C 或60°C 应该仍然可以用于电路板设计。 但是、如果峰值负载高于4.5A (初始负载提到6A 峰值)、恐怕温度会进一步升高。

定义过高值取决于您的应用目标以及每个组件的温度等级。 LM3481的结温为150°C、因此控制器侧没有风险。 瓶颈将是二极管、因为大多数损耗出现在这里。

更改 MOSFET 器件是否有助于改善较高负载条件下的稳定性行为？

此致、
Niklas

尊敬的 Niklas：

我刚刚尝试了我订购的不同 MOSFET。 这是有趣的看到他们有多大的差异。 所有这些都比我目前使用的情况差、其中一些在电压显著下降之前只能达到1.5A。 我试过 IRLZ34NPBF (最大值4.3A)、IPA60R1K0CEXKSA1 (最大值0.1A)、STP16NF06 (最大值1.8A)、IRLZ14PBF (最大值1.5A)、IPP011N04NF2SAKMA1 (最大值1.7A)、 GSFH0970 (最大2A)。

观察趋势结果、在我看来、栅极电荷和 RDS on 应尽可能小、而输入电容可能不那么重要。 我会再试几次、但很难找到与工作平台建议类似的内容。

尊敬的 Tobias：

感谢您的更新。
遗憾的是、我不是 MOSFET 专家、因此我无法给出任何具体的元件建议。
但是、要检查的最关键参数是 VDS 最大电压和 RDS_ON 电阻、正如您已经根据测试发现的那样。
MOSFET 会因过压(因此请检查 Vds 和 Vgs 额定值)或过热而中断。 这意味着 RDS_ON 可能比它们所陈述的最大电流值更重要。

您可以搜索使用 LM3481或类似升压控制器(LM5155或 TPS40210)的一些参考设计、并了解这些设计中使用了哪些 MOSFET。  
https://www.ti.com/reference-designs/index.html?keyword=MSP430FR6989#search?keyword=lm5155

此致、

Niklas

感谢您的参考设计 Niklas！

它们都具有 SMD MOSFET、因此我可能会在下一个版本中尝试。

现在、我刚尝试添加一个 MOSFET 栅极电阻器(10R)、它变得更糟了(仅最大值为 4、3A)。 "我看到了、如果不能轻松地解决问题、就要更加仔细地观察整个回路。

感谢您的支持、如果我有任何新东西、我将在本主题中提供更新。

此致

托比亚斯

尊敬的 Tobias：

感谢您随时向我们通报最新情况。
如果有任何新问题、请告诉我。

此致、
Niklas