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[参考译文] LM5149：LM5149的输出在非常低的负载电流下降至稳压范围之外

admin
Guru**** 2386530 points
Other Parts Discussed in Thread: LM70660, CSD19532KTT, LM5148, CSD19532Q5B, LM5149, LM70860
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/1455009/lm5149-output-of-lm5149-drops-out-of-regulation-at-very-low-load-currents

器件型号：LM5149
主题中讨论的其他器件： LM70860、LM70660 、LM5148、CSD19532KTT 、CSD19532Q5B

工具与软件：

我目前正在调试用于高功率工业应用的 LM5149设计。 我正在尝试解决输出电压在低于预期输出电流时下降到稳压范围的问题。 我们期望达到4A、此时输出在大约1A 的输出电流下下降几伏特。 在调试问题时、我想强制稳压器在连续开关模式下运行、以便比较性能。 但是、当 I 接地引脚18 (如数据表中所述)时、稳压器会输出零伏、而探测 SW 节点会发现稳压器根本没有进行开关。 我已经验证使能引脚仍被上拉至输入电压。 这可能是什么原因造成的？

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    您好、Taylor：

    在原理图上发送并为此提供一个完整的快速入门文件。 可能是在电流检测上收到噪声、导致电流限制过早。 电流检测引脚上是否有 RC 滤波器？

    我们可能还需要检查布局。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    感谢 Timothy 的回应,希望你享受一个好的假期季节。
    这个问题是一个棘手的问题。 我将提供更多背景信息。 我将附上使用的 WEBENCH 参考原理图。 如果需要布局和原理图文件、请告诉我、我将努力与客户签订 NDA。  
    我们正在使用 LM5149从50V±几伏创建一个15V 电压轨。 我们有一个按预期工作的修订版1电路板设计、但是铁氧体磁芯电感器升温超过我们的舒适水平、因此选择了具有较低 DCR 的复合磁芯电感器作为替代产品。 在第二个版本中、一些被视为不重要的器件被移至底层、以节省拾取和放置空间、即开关频率选择电阻器和配置设置电阻器等 除了这些变化外、电路板第二个旋转方向的布局变化极小、电压或电流反馈布线没有变化、大电流环路部分也没有变化。 但是、电路板的第二个版本存在上述问题、即输出电压在大约1A 的直流负载电流下降至稳压范围之外。 我不会继续解决我在帖子中提到的将控制器设置为连续开关模式的问题、但我很好奇这些问题是否相关、因为对于版本1设计、我能够将其设置为连续开关而不会出现任何问题。
    由于我已经着手调试这个问题、因此我已朝两个方向努力：从修订版2设计开始、使模块恢复到修订版1设计、直到有希望解决问题为止；相反、从修订版1设计开始、使模块继续到修订版2设计、直到出现故障为止。 我无法成功执行这些策略中的任何一项。  
    我已经收集了许多示波器屏幕截图、其中显示了外部 FET 栅极信号、电感器电流和 SW 节点。 节点标签位于屏幕右侧。 我还使用差分探头收集了一些电流检测电压线路的测量数据。 这时我注意到两个版本之间的根本差异。 随着负载电流增大、第一个设计版本首先增加开关频率以跟上负载、并使电感器峰值电流保持上限、但在某个点之后、电感器电流能够上升到超过该值、以适应更高的负载电流。 第二个设计版本在第二步中失败。 即使输出电压降至稳压范围之外、也不会允许峰值电感器电流上升到大约2.5A 阈值(电流检测电压~23mV)以上。 根据数据表、该电平是有源 EMI 滤波激活时的水平。 这会起作用吗？
    我同意、唯一似乎有意义的是该转换器的每周期电流限制、但根据我的测量结果、这种限制太快了。 查看随附的屏幕截图、可以看出 rev1设计允许电流感应电压比 rev2设计增加得多。 似乎 IC 会很早地关闭周期。 由于这两种设计的布局几乎相同、我不明白为什么一种设计在这些线路上的噪声比另一种多。 正如您所说的、我实施了一个低通滤波器来测试这一理论、而这一理论以前并不存在。 我在 IC 引脚处使用了两个10欧姆电阻器和一个0.01uF 的差分电容器。 这对修订版本2设计的性能没有影响。
    我要尝试的东西已经用完了、这让我来到这里。 您对进一步调试有什么建议吗？ 我认为此时关于布局的反馈是有价值的。 这些器件是否对 ESD 或热量特别敏感？
    此处提供了一些调试文件的链接、包括 Webench 输出和大量示波器图(将我的原始设计与新设计进行比较)： www.dropbox.com/.../AMAc6DOz3f8UKi6Cr06kOtg
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    TI__Guru**** 2386530 points
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    您好、Taylor：

    很抱歉,因为圣诞节假期晚了才回复。 很遗憾、我无法访问 dropbox。 请在此处附上文件、特别是完整的快速入门计算器文件。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    Tim、谢谢您的回复、我已经将 Webench 输出附加到这篇文章中。 我还附上了我的波形的 PDF。  

    e2e.ti.com/.../LM5149_5F00_3.pdfe2e.ti.com/.../15V-buck-debugging.pdf

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    谢谢、Taylor。 发送完整的快速启动文件-这是确定损耗、稳定性等的关键 同时发送布局(截屏没问题)。

    https://www.ti.com/tool/LM5148-LM25148DESIGN-CALC

    ——

    TIM

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    e2e.ti.com/.../7457.LM5149_2D00_LM25149-Quickstart-Calculator_5F00_rev3.xlsm

    Timothy、我在这里附上了请求的文件。  

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    您好、Taylor：

    只需查看快速入门指南、您可以使用转换器(集成 FET)实现6A、例如 LM70860 80V/6A 和 LM70660 65V/6A、即可实现更小的解决方案尺寸和更轻松的实施。

    9mΩ 分流器(电流检测电阻)只提供5.8A 的电流限制、而典型值为满负载的120-150%(例如8-9A)。

    更重要的是、我看到高侧 FET 是旧款100V Infineon 器件 BSC265N10LSFGATMA1。 WEBENCH 此处应推荐80V FET、与控制器的额定值相同。 不需要100V 电压并影响效率。

    但这是真正的问题-低侧 FET CSD19532KTT 不是由额定 Vgs = 4.5V 的 Rdson 定义的逻辑电平栅极驱动器件。 该 FET 不适用于5V 栅极驱动器、因此它在 FPWM 下无法工作。 从下面的曲线可以看出、米勒平坦区域电压大约为5V、因此在栅极驱动振幅为5V 时不存在栅极过驱。 此外、D2PAK 封装很大、具有高电感寄生效应、不适用于此低电流应用(请注意其 Qrr 为326nC、使得损耗超高)。 请看一下 LM5149 EVM 中使用的 FET 以及 LM5148/9数据表中引用的内容。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    尊敬的 Timothy：
    我尝试使用3个新的低侧 MOSFET 进行测试。 不幸的是、它们都没有发挥作用。 我尝试使用进行测试
    IAUC50N08S5L096ATMA1 (产品说明书推荐部件)、
    2. BSC034N10LS5ATMA1、
    3. FDMS007N08LC。
    我附上了测试结果的 PDF。 这是我在进行测试时更改的唯一器件。 您认为我们应该研究的还有什么其他值得您关注的东西吗？ 或者在选择替代 MOSFET 时遗漏了任何其他标准？ 我们将 XGL1010-153用作我们的开关电感器。 我们在修订版1电路板上使用了 MSS1210-153MEB。 这两个电感器之间的变化很小、但我只是想告诉您、以防我们缺少一些东西。
    我确实有关于有源 EMI 滤波器的问题。 要禁用 AEF、我们是否需要在启动后将 CNFG 引脚(3)直接接地？ 或者具有一个40.2K 欧姆的接地电阻器来禁用此特性吗？
    如果 AEF 处于活动状态但我们未向 AEFVDDA 引脚(22)提供任何电压、这是否会导致 IC 出现任何问题？ 我们目前只有一个接地的陶瓷电容器(.1uF)。 这可能与我们的问题完全无关、但我只是想验证一下。
    • IAUC50N08S5L096ATMA1
      • 这是 LM5149数据表中推荐的器件。
      • 这是所有 MOSFET 中最差的响应。
    • BSC034N10LS5ATMA1
      • 这种情况下的响应比原始 CSD19532Q5B 器件更差。
    • FDMS007N08LC
      • 其行为与原理图中的当前部分(CSD19532Q5B)类似。

    e2e.ti.com/.../Low_2D00_Side-Mosfet-Testing.pdf

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    您好、Taylor、\

    这些 FET 看起来没有问题、因为它们是逻辑电平器件、适用于5V 栅极驱动。

    电流检测线路上可能有噪声。 您是否与 TI FAE 联系？ 最好安排一次会议来审查您的设计。

    我的理解是、您可以让所有 AEF 引脚保持开路。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    Tim、感谢大家的持续支持。 我们目前还没有和 FAE 联系。 您能 帮助我们与他人联系吗？  

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    您所在的位置和公司是什么？

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    你好、Timothy、我是泰勒的同事、我们正在共同努力解决这个问题。 我们在 Indesign 工作,位于印第安纳州的印第安纳波利斯。  

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    我来检查一下、并在周一与您联系。

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    Timothy、您是否有任何关于您是否可以将我们与某人联系的更新？  

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    尊敬的 Arya：

    因为昨天是一个假期、所以对迟来的答复表示歉意。 现在让我来看看我是否可以为您取得联系。

    此致、

    TIM

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    您好、Tim、请返回此处查看您是否对联系人有任何更新。 谢谢！

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    TI__Guru**** 2386530 points
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    现在还没有运气了。 但我只是再次查看你的文件。 修订版2设计看起来更加稳定、但您提到占空比已被钳制。 这可能是峰值电流限制参与。 快速启动文件显示了电流检测电阻的9mΩ、这意味着60mV/ADC 9mΩ= 6.6A 峰值电流限制。 您的波形显示的是2.5A 峰值电流。 电阻实际上是9mΩ 吗？ 即使对于6A 负载来说这个值很低–它应该更像6mΩ。 此外、检查 IC 上 ISNS+和 VOUT 引脚上的电压。 如果高频噪声接近峰值、请添加 RC 滤波器。 电流检测线如何路由回 IC -布线和功率级元件之间是否有 GND 平面、或者是否从电感器或栅极驱动布线中拾取了噪声？

    此致、

    TIM