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[参考译文] LM5146-Q1：LM5146Q1输出电压在负载时降低

admin
Guru**** 2484615 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5146, LM5146-Q1

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/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/1412581/lm5146-q1-lm5146q1-output-voltage-is-dipping-when-loaded

器件型号：LM5146-Q1
Thread 中讨论的其他器件：LM5146、

工具与软件：

团队成员、您好！

我正在我的一个应用中使用 LM5146Q1。 输入范围为35V 至54V、输出为12V、10A。 设计了转换器、并在空载期间将输出电压设为12。 当我开始加载最小负载(在50mA 附近)时、输出电压也会低至5~6V。  出于电流检测目的、我将 MOSFET RDS (11m Ω)用于 ON、Rlimit=634 Ω。 您能在这方面帮助我吗？

此致、

Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kumar：

    请发送原理图和一个完整的快速入门文件、以便我查看设计。 请注意、规格与 LM5146 EVM 的规格非常相似、而 LM5146 EVM 设置为12V/8A/400kHz。

    此致、

    TIM

  • 0
    TI__Guru**** 2484615 points
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    Timothy、您好！

    即原理图的 PFA。 找不到附加 Excel 的选项。 我已经分享了快速入门计算器的快照。 未组装二极管(D1)

    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kumar：

    2个22uF 输出电容器在12VDC 时可能仅为8uF。 请验证并相应地更新 Cout 值、因为这会影响补偿组件的计算(50uF 似乎过高)。

    您可以将快速启动文件拖到聊天窗口中以附加它。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    Timothy、您好！

    您可以详细说明下面一行。

    2个22uF 输出电容器在12VDC 时可能仅为8uF。

    在 TI 的评估板中、使用的输出电容要高得多(5*22uF)

    e2e.ti.com/.../LM5146_2D00_Q1-Quickstart-Tool-r2-_2D00_-48Vin-12Vout-10A-400kHz.xlsm

    此致、

    Kranthi.

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kranthi：

    陶瓷电容器的有效电容随施加的电压而降低。 12V 时22uF/25V 电容器约为8uF。 使用 Murata 的 simsurfer 工具进行检查。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    你好、Timothy、

    我已经通过减小电容进行了检查。 仍然面临相同的问题。 是否必须对原理图进行任何其他修改？  

    此外、我还观察到、每次加载时、Vcc 电压都从7.49降至7.08V、PGOOD 从7.47V 降至0.007V？  

    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kumar：

    VCC 电压应该为7.5V、最高达到 VCC 电流限制。 尝试测量流入 IC VIN 引脚的电流(测量串联电阻器上的电压)。

    此外、当您将输出电容减小到正确的值时、环路交叉可能超过 fsw 的15-20%、从而使环路不稳定。

    我建议在 LM5146 EVM 上尝试使用您的电路、因为它的设置非常类似。 您的布局是否与 EVM 非常匹配？ 请将其发送出去以供审核。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    Timothy、您好！

    我知道系统可能会由于输出电容而变得不稳定。 但即使对于10mA 负载、输出电压也会下降。  

    在空载条件下、R2 (Vin)上的电压为0.006V、而在负载条件下为0.013V。   

    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kumar：

    第2层上应该有一个靠近顶层的实心 GND 平面。 SW 应具有最小面积、没有过孔、也没有内部层覆铜。 请参阅数据表中的布局指南并参阅 EVM 布局。

    另外、这里的 L3是什么？ 第二个电感器也可能导致不稳定。 FB 电压是否调节为0.8V？

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    此外、对于布局、务必要在 FET 上设置陶瓷输入电容器。 有关更多详细信息、请参阅应用手册 SNVA803。

  • 0
    TI__Guru**** 2484615 points
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    Timothy、您好！

    我在第2层提供了 GND 平面。 由于我只要可能就只有2层、因此我提供了 GNF 平面。 C4、C20 (约10uF)更靠近 Q1。 SW 区域也尝试尽可能小。

    额外的电感器是放置在转换器输出端的 π 型滤波器。 FB 电压也随输出电压下降。

    Reards、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    一个输出后置滤波器使得稳定性非常困难、并且不在快速启动中进行建模。 您应该不需要它、因此可以考虑删除 L3。

    另请注意、第2层上的 GND 平面应在 FET、输入电容器和控制器下方断开。 输入电容器应非常靠近 FET、并且栅极环路应很紧密(HO 布设在 SW 旁边)。

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    您好！

    这个 L3我已经被移除、但负载电压较高时、这个问题仍然存在(之前降到5.5V、现在处于7V 至8V 范围)。  我删除了缓冲电路。  由于我有两层、位于 FET VIN 平面下方的第2层、通过过孔添加了 SW 平面、以实现更好的散热、并在实现 GND 平面的其他位置添加了 SW 平面。  SYNCIN 短接至 GND、SYNCOUT 保持悬空。 将 VCC 电容器增大到了4.4uF。

    VCC 正在降至 UVLO、并且并行我的栅极电压会降至零。 每当发生切换时、Vcc 都会振荡、并缓慢下降到零、然后恢复到高电平...同样的情况也在重复。  使用10、5、2.2欧姆的栅极电阻器检查... 仍然没有改善。 你有什么建议来 使 Vcc 恒定吗？ 进行上述更改后、这是空载情况。

    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    您好！

    我们发现二极管仿真模式无法正常工作。 底部开关在 负载(轻负载条件)下导通更多时间、这会使电感器电流为负值并影响控制。 我们移除了 LO 栅极电阻器、开始使用 MOSFET 的体二极管工作。 现在、我们在加载后也得到稳定的12伏输出。 但我们观察到 Vcc 在7.5V 时不稳定。 当我们加载负载时、它从7.5V 降低。  直至1A。 对于不同的负载、VCC 是不同的。 0.1A Vcc 为7.5、0.2A Vcc 为7V、0.3A Vcc 为6.8、O.4 Vcc 为6.4V、0.5 Vcc 为5.8V、0.6A Vcc 为5.4V、0.9A Vcc 为6.2V、1A Vcc 为6.6V……可以通过任何方法从 VCC 获得稳定的7.5V 吗？

    二极管仿真模式失败的原因可能是什么？ 我们已按照建议将 SYNCIN 引脚短接至 AGND。  


    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kumar：

    SW 布线如何路由回控制器？ 二极管仿真模式通过测量 SW 节点电压来检测电流变化的极性。

    此致、

    TIM  

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    您好！

    SW 将在下面的第二层中进行根化。

    此外、还想知道为什么 Vcc 会随负载变化？

    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kumar：

    VCC 不应随负载而变化、除非它过载。 VCC 电容是否靠近 IC 的 VCC 和 PGND 引脚？ 我们通常至少使用4层电路板和控制器–这样就可以在第2层上形成完整的 GND 平面、这非常有用。

    此致、

    TIM

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    看看顶层、有一个很大的 GND 返回环路。 尝试在引脚上添加 VCC 电容器。 另请注意、PGND 和 AGND 引脚应连接到 IC 下的 DAP 区域(有关详细信息、请参阅 EVM 布局)。

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    Tim、您好！

    将 Vcc 电容器增大到4.4uF 后没有改善。 我们尝试了以下两种方法、两种 Vcc 的电压都保持在7.2V 以上。

    1) 1)自举电阻增加到10欧姆。 VCC 保持不变

    2) 2)通过外部二极管将自举引脚连接到 VCC。 VCC 保持恒定

    内部自举二极管压降非常高。

    我们还需要检查以下几点。

    当我们将 SYNCIN 引脚连接到 GND (启用二极管仿真模式)时。 在本例中、底部开关栅极以固定频率运行、并且当我们增加负载时不会增加。 VSW 将随负载变化、并按预期从 DCM 移至 CCM。 一段时间内底部开关处于工作状态、之后体二极管导通。  我假设在 VSW 处检测到 ZCD 故障、并停止向底部开关发送 PWM 脉冲。 底部开关上出现恒定 PWM 的原因可能是什么？ 是否有任何方法可以延迟 ZCD 触发(如果触发了错误的 ZCD)？

    此致、

    Kranthi.

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    你好 Kranthi,我会研究这个,并尽快回到你。

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    Tim、您好！

    上述查询是否有任何更新？

    此致、

    Kumar

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    尊敬的 Kranthi：

    SW 节点电压波形看起来正常、但低侧 FET 栅极电压波形看起来非常嘈杂。

    再次看看布局、我没有看到低侧 FET Q2栅极引脚的焊盘。 整个过程看起来 GND 正在运行。

    PS：低侧 FET 上无需反向并联二极管 D1。

    此致、

    TIM

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    顺便说一下、当 SYNCIN 拉高(至 VCC)以强制 FPWM 时、低侧栅极驱动看起来是否正常？ 该波形。

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    Tim、您好！

    目前未组装 D1。 Q2的栅极在顶层连接。

    此致、

    Kumar

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    Tim、您好！

    当顶部开关处于关闭状态时、低侧栅极持续导通、从空载到满载、低侧栅极恒定不变。   

    此致、

    Kumar

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    FPWM 一切都好吗？

    请注意、栅极布线的正下方应有一个 GND 平面(因为这是返回电流的流向)。 我看到 GND 被切断、使返回变得复杂、并增加栅极环路弹性电感、这就是低侧栅极波形振铃如此之多的原因。

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    TI__Guru**** 2484615 points
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    Tim、您好！

    1)是的、它与 FPWM 一起工作。 但如果我们加载更多、输出电压会下降？ 补偿电路未按预期工作。 我们已根据快速入门计算器放置了补偿值。 但输出突然下降、负载很少、并且电压出现波动。 . 您对此有什么建议、可实现稳定的输出电压？ 当我们增加负载时、输出电压也在下降。 FB 电路和共感不能正常工作？  快速入门计算器补偿值不有助于稳定电路。

    2)我的顶部开关也加热轻负载。 大约4A 可达到115C、这是完全不可接受的。 我的开关是 IAUC60N10S5L110 。 我假设开关损耗更大。

    3)当我的板连接在系统中 ,由于其他模块的高浪涌电流要求,我的板的输出电压下降到零,我的板的转动。 在初始瞬态之后、电路板无法恢复正常运行。 除了软启动、是否有其他方法可以防止浪涌电流？ 另外、在瞬变之后、电路板必须按预期工作、但实际情况并非如此。

    此致、

    Kumar

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    尊敬的 Kumar：

    它可能不是补偿。 开关节点电压是否稳定？ 您是否能够为电子负载供电而不会出现任何问题？

    此外、来自下游模块的浪涌电流是否足够高、能够触发 LM5146-Q1设计的电流限制？ 我建议根据需要修改 EVM、并使用它为您的系统供电。

    此致、

    TIM

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    Tim、您好！

    我可以打开电子负载而不会出现任何问题、下图我一直加载了4安培。 我的 SYNCIN 引脚悬空。

    黄色是顶部开关的 Vds、蓝色是底部开关的 Vds、红色是顶部的 Vgs、绿色是底部的 Vgs。 有时会进入 CCM 模式至 DCM 模式。 另外、是否有任何方法可以使用现有电路板为多个负载提供稳定电压？

    下图下方红色为电感器电流、底部开关的蓝色 Vgs、底部开关的绿色 Vds

    只要电感器电流接近零、模式就会从 CCM 变为 DCM。 电感器波形也不是预期的波形。 出现此问题的原因可能是什么？

    此致、

    Kumar

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    尊敬的 Kumar：

    您可以将 SYNCIN 连接到 VCC 以获得 FPWM (强制 PWM 模式)。 SYNCIN 具有20kΩ 内部下拉电阻、因此当电感器电流尝试变为负值时、控制器会在二极管仿真模式下运行。

    您能否确定导致上述图表中扰动的原因(~40us 周期= 25kHz、这可能对应于环路交叉频率)？ 此外、检查在 FPWM 下运行时这是否消失。

    _

    TIM

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    再次查看这些波形、可以发现当 SW 电压转换时、LO 上会出现较大的振铃、这可能导致跨导。 我认为这是因为栅极环路具有高寄生电感、因为从 FET 到 IC 的 GND 返回路径欠佳。 您能否更改为低侧的标准逻辑 FET、因为 L110是具有3.3V 低栅极米勒平坦区域电压的逻辑电平器件。 标准逻辑 FET 的平台范围为4.5V 至5V、更不受振铃的影响。

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    Tim、您好！

    在 LO 下、仅当 HO 导通时才会发生振铃。 即使使用 FPWM 也是如此。

    如果您有 LMQ1的 LTSpice 型号,您可以分享一下吗?

    在1.35A (DCM 模式)之前、我的电感器电流是合适的、一旦我进入 CCM 模式、电流就像仅在正 Y 轴中的正弦波一样低。(不会低于零)

    此致、

    Kumar。

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    尊敬的 Kumar：  

    在二极管仿真模式下、低侧 FET 关断以防止出现负电流。 它是如何查看更高负载的？

    正是 SW 电压上升导致电流流经低侧 FET 的 CDG 流回其栅极–然后栅极环路的串联寄生电感会引起振铃。

    您能否获取负载瞬态图以了解 Vout 的情况？ 另外、使用最新的快速启动文件发送。

    此致、

    TIM

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    我们只有 PSPICE 模型-可在产品文件夹中找到。 我们不支持 LTspice。 如果可以、我还可以发送一个简化的 SIMPLIS 模型。

    此致、

    TIM

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    Tim、您好！

    在 CCM 模式下、有时当电感器电流达到零且很小的负值时、FET 关断。   流经 CGD 的电流是否会导致电感器电流的行为脉动、如下图所示？  

    e2e.ti.com/.../4643.LM5146_2D00_Q1-Quickstart-Tool-r2-_2D00_-48Vin-12Vout-10A-400kHz.xlsm

    请共享 SIMPLIS 文件。

    此致、

    Kumar

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    大家好、Kumar、这款器件可能是轻负载时的不稳定状态或者具有噪声的 SW 电压波形、该波形导致过零在二极管仿真模式下跳闸。  

    我先前提到的低侧栅极驱动一般适用。 这可能不是影响因素、因为在您的第一个图中表现良好(虽然这是在空载条件下、SW 电压 dv/dt 是良性的、因此进入低侧栅极的电流尖峰较低)。

    -tim

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    为了快速入门、您是否使用了正确的 Cout 值(使用陶瓷降额作为电压)并已从原理图中输入了补偿元件值？ 这对于获得有效的波特图至关重要。 此外、我假设不安装 LC 后置滤波器、因为这会使电压模式控制环路变得非常复杂。

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    Tim、您好！

    是的、我移除了保留后置 LC 滤波器的电感器。 是的、我正在使用的电容在电路板上是相同的(通过原理图进行修改)。  原理图中的补偿组件经过修改、我将使用  电路板中基于快速入门计算器的值。

    此致、

    Kumar

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    尊敬的 Kumar：

    只需确保准确表征 Cout 即可、因为这会对控制到输出的传递函数(进而对所需的补偿网络产生很大影响。

    请确认 FPWM 中一切正常。 如果是、则肯定是与过零检测相关的问题。 我建议通过修改 LM5146 EVM 来尝试您的电路(这样也可以排除布局问题)。 此 EVM 设置为12V/8A/400kHz、与您的规格接近。

    此致、

    TIM