[参考译文] LM5145-Q1：探究禁用 LM5145-Q1降压转换器时的输出电压行为

尊敬的 Makek：

如果它没有负载、那么从 BOOT 到 SW 的小漏电流将流向输出并导致 Vout 上升。

此致、

TIM

Tim、您好！

5V 负载已连接但处于关闭状态。 检测电路用于监控5V 电压轨。

关于泄漏电流、尽可能减少泄漏电流的最佳方法是什么？ 是否应该考虑更改自举电容器？ 目前、我将使用与0欧姆电阻器串联的0.1µF 电容器。

我附上了在测试期间捕获的波形、它们与设计计算结果相匹配。

此致、
Malek

在开关节点处：

高侧 MOSFET 的栅极：

低侧 MOSFET 的栅极：

启用5V PS 时

当禁用5V PS 时

输出端的小预载将使产生的电压降至最低。 不过、更改引导电容器可能对漏电流产生零影响。

——

TIM

尊敬的 Malek：

如前所述、该控制器会有一些引导漏电流进入 SW。 我需要检查预期的振幅。 您 kΩ 的电阻非常低-您可能需要从 VOUT 到 GND 有几 M Ω 的电阻、以限制电压的增加(取决于您需要的实际电压是多低)。 是否是电压升高的问题？

此致、

TIM

Tim、您好！

我测试了各种电阻值(从0.5kΩ 到10kΩ)、但每次都遇到相同的问题。

例如、当我连接一个0.8kΩ 电阻器时、输出电压只下降了0.1V。 我还测量了 BST 电容器上的电压、它与输出电压相同。

只要5V 负载处于关闭状态且不运行、这对于我们的应用来说就不是问题。 如果我们确定负载将永远不会被打开、那么我们可以接受这种情况。

目前、连接了两个5V 30W LED 显示屏、当我物理断开连接器时、输出电压会增加到2V。 此外、当我对输出端子短路时、电压会下降至零、但一旦短路消失、电压会立即上升至1.5V。

对于此行为、您是否有任何其他建议或见解？

此致、

Malek

尊敬的 Malek：

可以测量流经输出的电流吗？ 它应该在 uA 范围内。 发送原理图和完整的 LM5145快速入门计算器。

此致、

TIM

Tim、您好！

我遇到一种奇怪的行为、我想请您注意。

我在板上提供了两个5V 电源(PWR)连接器和一个控制连接器。 来自由5V 电源供电的八路总线收发器(SN74AHCT245PWR)的控制信号可耐受5V 电压。

以下是我在不同场景中观察到的情况：

1、当电源和控制电缆均未连接时:输出电压约为2.6V ,没有电流通过 PWR 电缆。
2.仅连接控制电缆时:输出电压降至2V 左右,再次没有电流通过 PWR 电缆。
3.连接 PWR 电缆时(带或不带控制电缆):输出电压约为1.5V ,约19.35mA 流经 PWR 电缆。

另外、我要说明的是、我正在使用板上的两个电源(5V 和3.3V)、这两个电源都采用相同的输入电压供电。 使用 LMR38010SQDDARQ1设计3.3V PS。

5V PS 通过3.3V MCU 信号启用。

当我尝试使用螺丝刀手动启用5V 电源(不启用3.3V 电源)时、5V 电源在打开时产生5V 电压、而在关闭时产生0V 电压。

因此、我现在想知道反向电流是否会从3.3V 轨流向5V 轨、这是否可能导致这些问题。 您对此有何看法？

这是我第一次使用 SN74AHCT245PWR。 在数据表中、I 始终将 OE 稳定连接至 GND。 这是否会导致问题？

我已经附上了5V 电源原理图和完整的 LM5145快速入门计算器、供您参考。

此外、我怀疑 Excel 计算器可能交换了 Actual P/Z Frequencies 字段中的极点值。 根据数据表、第一个极点应放置在 Fsw/2处、第二个极点应放置在 Fesr 处。

由于我在输出端使用两种具有不同特性的电容器、因此我使用 TI 的 Power Stage Designer 仔细检查了我的计算、并使用 TI PSpice 模拟转换器。 请查看下图中的环路计算。

如前所述、电源在整个输入范围内的启动和稳态运行期间具有出色的性能。  尽管在短路情况下在靠近电路板时存在一些可闻噪声、但测试并通过了长达15分钟的过载和长达1分钟的短路保护功能。

仅当禁用5V 电源时、才会出现该问题。

提前感谢您的反馈。

此致、
Malek

e2e.ti.com/.../5V-12A-DC-DC.xlsm

e2e.ti.com/.../5V-PS.pdf

Tim、您好！

您能否根据上面提供的信息检查并确认环路稳定性和输出电容计算？

目前、我们正在通过 LED 调光实现 LED 显示屏的亮度控制。 输出电压为5V、且显示器工作正常、但我们观察到5V 电压轨处的振荡和可闻噪声、这听起来像是嗡嗡声。 与本视频1分钟的声音相似(www.ti.com/.../6100466795001)

我怀疑这可能来自电感器。 开关节点处的开关波形似乎具有相同的开关频率。

当我断开控制电缆时、转换器运行正常。 但是、重新连接控制电缆后、噪声将恢复。

此外、在短路情况下出现此行为是否正常？ 与上述情况相比、这种情况下的声级非常低。

非常感谢
Malek

尊敬的 Malek：

电缆是否在输出电容器后面增加了电感？ 如果是、第二个 LC 级可能会导致不稳定。

——

TIM

Tim、您好！

感谢您的反馈。

我不确定是电感引起了问题、但设置与使用相同电缆进行的初始测试相同。 唯一的变化是固件更新、现在该更新控制 LED 显示屏上的内容。 我们添加了亮度控制和文本移动功能。

此外、噪声并不是以所有颜色出现。 有时、带有特定文本的红色可以正常工作、没有噪声。 但是、当同一文本以白色显示时(打开所有 RGB LED)、声音会变得更大。

由于 LED 的开关迅速开启和关闭、似乎有很多阶跃负载。 不会发生过热或损坏、但唯一的问题是可闻噪声。

您是否认为我需要修改补偿器以使其更快、或者我应该增大输出电容？ 顺便说一下、我是在 FPWM 模式下运行、而不是在二极管仿真模式下运行。

我将使用带接地弹簧的10倍示波器探头进行测量。

作为参考、这里是5V 电源(交流耦合)无负载条件下的输出、没有可闻噪声。 我可以清楚地捕获开关频率。

 5V 电源的输入(交流耦合)、无负载、无可闻声音。

5V 电源(交流耦合)的输出随 负载变化、并有声音。

 5V 电源的输入(交流耦合)与负载一起工作、并有可闻声音。

期待您的意见。

此致、

Malek

您好、Tim、

我将共享更多波形、以便进一步阐明。

这里显示了满负载和满亮度条件下的输出电压、其中不存在可闻噪声。

满负载和满亮度时的输入电压。 无可闻噪声。

满载和低亮度时的输出电压。 可闻噪声。

满载和 低 亮度时的输入电压。 可闻噪声。

 满载和 低 亮度时的输入电压。 可闻噪声。 但会绕过输入 EMI 滤波器。

Malek,

至少有些波形看起来像是负载瞬态波形-请检查负载电流波形是否稳定直流或其是否在变化。

——

TIM

Tim、您好！

感谢您的帮助！ 非常感谢您的支持。

是的、您回答正确–负载电流定期变化、正如我从钳位表和主电源输入电流中观察到的那样。 遗憾的是、我无法捕获输出电流波形。

可闻噪声是否被视为正常行为？ 是否有任何硬件更改可以帮助将其降至最低？ 转换器对我来说似乎是稳定的、因此我假设这不是不稳定问题、对吧？

接下来、我有哪些选择？

Tim、您好！

非常感谢您的持续支持。 我真的很感激。

我记得我不确定应该在 Excel 计算器中输入哪个总输出电容值、因为我在输出端有两种类型的电容：4 x 47uF/10V 和220uF/20m。 但是、在查看了有关如何计算等效电容的几个应用手册后、我转到了仿真、但结果没有比计算器建议的结果更好。 我进行了多次尝试、包括导入降额的模型和研究响应、以便确定将正确的补偿器值输入到计算器中。

遗憾的是、我目前无法使用网络分析器来测量所设计降压转换器的闭环响应。 但是、我曾尝试焊接计算器建议的补偿器(输出电容器为75uF/2m)以生成25mV 的纹波电流、如上图所示。 转换器的响应如下所示。 基于此、我怀疑相位裕度低于您同意吗？

电流响应如下所示、已在各种条件下测试了带有此补偿器的降压转换器。 它符合应用要求、但我希望收到您的反馈。

关于可闻噪声、我同意您的观察。 负载瞬态的重复率似乎导致了400Hz 左右的低频噪声。 我使用的电感器是 KOHERelec 的 MDA1365-3R3M、它是一种屏蔽结构。 我没有选择铁氧体电感器、因为我希望节省成本和空间。

转换器本身没有问题、只有在亮度降低时才会出现可闻噪声。 我们让设备运行了几天、没有出现任何不利影响或过热问题。

但是、我们乐于提供有关如何通过更改硬件来最大程度地减少此问题的建议。

此致、
Malek

Tim、您好！

感谢您分享您的想法和文件。

我同意您的意见。

我使用了网上找到的类似公式、但我不确定是否应该在该字段中使用开关频率的有效电容、因为我正在研究响应与频率之间的关系。 最后、在对 SPICE 仿真器进行几次尝试后、我决定使用低频时的总电容(陶瓷电容器采用直流偏置)和开关频率时的等效 ESR。

这些是在开关频率下使用有效值时的结果。

好消息是、我获得的结果与您的结果非常接近。 当我在计算器中将建议值与电流补偿器一起使用时、结果很好：

C = 300 µF
ESR = 5 mΩ

此外、以下是我从 SPICE 模型中提取的值的结果：

C = 330 µF
ESR = 2 mΩ

如果有资源或详细的解释可以帮助澄清这一点、我会很感激、并渴望了解更多！

过去我用 MATLAB 设计补偿器、如下所示。

www.ti.com/.../slva301.pdf

此致、

Malek

大家好、Malek、我会研究这个问题并回复 tmrw。