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LM5148: 关于LM5148调压输出PWM模式电感发烫啸叫

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Prodigy 40 points

Part Number: LM5148
Other Parts Discussed in Thread: INA236

设计采用LM5148，上电默认设计输出43V，通过外部DAC调压FB引脚反馈输出24~36V，功率≥250W，出现以下情况：

1、初版原理图采用二极管仿真模式PFM接VDDA情况下，恒定负载功率增大的情况下电压跳动，例如：恒定功率15W，期望输出26V，实际输出27.56V左右，调压30V后负载仪过流保护（设置过来保护4A），未挂载负载电压输出与期望值一样。

2、切换PFM接AGND至FPWM模式时，上电电感异常发烫，且能听到啸叫声。

麻烦相关老师指出设计问题，以下是quickstart和原理图设计，指导改版设计，非常感谢！AUTOTEST_SYSPWR_VA_20260702A_VOUT.pdf

 LM5148_vout.pdf 

  • 0
    TI__Mastermind 47125 points

    您好，已经收到了您的案例，调查需要些时间，感谢您的耐心等待。

  • 0
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    In PFM mode, the controller enters pulse skipping to reduce the IQ current and improve the light-load efficiency. When this occurs, the primary controller disables its synchronization clock output, so phase shedding is not supported. In PFM mode connect the two enable pins together. Phase shedding is supported in FPWM only. In FPWM, enable or disable the secondary controller as needed to support higher load current or better light-load efficiency, respectively. When the secondary controller is disabled and then re-enabled, its internal soft start is pulled low and the LM5148 goes through a normal soft-start turn-on.

    ? ? 说：
    初版原理图采用二极管仿真模式PFM接VDDA情况下

    如datasheet中的说明PFM主要是轻载模式，不适合250W以上情况，这就是为什么轻载时候可以满足。

    ? ? 说：
    切换PFM接AGND至FPWM模式时，上电电感异常发烫，且能听到啸叫声。

    在切换模式后，IC可与带载更大但是电路匹配和外部补偿均跟不上变化。

    In FPWM, enable or disable the secondary controller as needed to support higher load current or better light-load efficiency, respectively. When the secondary controller is disabled and then re-enabled, its internal soft start is pulled low and the LM5148 goes through a normal soft-start turn-on.

    https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1299304/lm5148-q1-voltage-regulation-and-full-load-working-issue---lm5148-q1/4941752?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=LM5148%25252525252520%25252525252520FPWM#

    https://www.ti.com.cn/tool/cn/PMP31252

    参考以上两个链接进行修正。

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    老师，您好

    1.在FPWM情况下，单板未接负载，单板一上电就会听到啸叫声且电感发烫，我设计按照webench和quickstart选择相关电感和MOSFET，为何会出现这个情况呢？

    2.在二极管模式PFM是仅带载15W就会出现电压跳动，调压30V是负载15W直接负载仪显示过流保护，过流保护设置为4A,什么情况会造成如此大的电流

  • 0 回复 ? ?
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    根据您的描述，

    检查一下相关电路的信号

    电流检测引脚叫 ISNS+（Current Sense Positive）；补偿引脚叫 EXTCOMP（External Compensation）；另外还有 FB（Feedback）、RT（频率设定）、PFM/SYNC 等引脚

    ? ? 说：
    单板一上电就会听到啸叫声且电感发烫，
    ? ? 说：
    调压30V是负载15W直接负载仪显示过流保护，过流保护设置为4A,什么情况会造成如此大的电流

    补偿和反馈部分导致的可能性比较大，利用RC来处理高频震荡等情况以及反馈采集上来的电流信号不准或反馈有问题

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    1.在FPWM模式时，还未进行调压，单板仅上电就会出现电感发烫和啸叫

    2.还有一个问题就是，是否是因为未接负载或者负载过小的原因导致在FPWM模式时会存在电感发烫和啸叫，当前电感6.8uH和规格型号是否选型正确

    3.若进行调压设计，有相关设计参考么？附件原理图有需要优化设计的么？

  • 0 回复 ? ?
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    ? ? 说：

    1.在FPWM模式时，还未进行调压，单板仅上电就会出现电感发烫和啸叫

    FPWM mode offers better stability and dynamic response than PFM mode especially when the application does not require high efficiency at light load conditions.

    FPWM mode maintains a fixed switching frequency and continuous conduction, which results in consistent loop compensation and predictable control loop behavior across all load conditions. 

    The fixed behavior avoids the possible complications in control loop transfer function when switching between CCM and DCM. As a result, FPWM minimizes transient voltage deviations and supports a faster, more robust response to rapid load changes.

    有可能发生的

    ? ? 说：
    2.还有一个问题就是，是否是因为未接负载或者负载过小的原因导致在FPWM模式时会存在电感发烫和啸叫，当前电感6.8uH和规格型号是否选型正确

    9.2.1.2.3 Buck Inductor

    根据这个基础上做相关的缓冲防止瞬时电流和反向电流。

    ? ? 说：
    3.若进行调压设计，有相关设计参考么？附件原理图有需要优化设计的么？

    基于实际情况做相关的软起动和缓冲以及防反向电流等部分保护优化电路

    https://www.ti.com.cn/tool/cn/PMP31252

    细节参考这个参考设计。

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    1.如附件原理图，除了EXTCOMP需要优化，是否有其他问题，且在要求功率≥520W的情况下，使用1颗LM5148和单MOSFET是否可行，可以不采用高侧双MOS,低侧双MOS的方式吗？

    2.后续我更新最近改版原理图麻烦老师检查一下，谢谢Pray

  • 0 回复 ? ?
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    ? ? 说：
    如附件原理图，除了EXTCOMP需要优化，是否有其他问题，且在要求功率≥520W的情况下，使用1颗LM5148和单MOSFET是否可行，可以不采用高侧双MOS,低侧双MOS的方式吗？

    不建议。

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    打错了，功率≥250W,调压范围24-36V,使用1颗LM5148和单MOSFET是否可行，可以不采用高侧双MOS,低侧双MOS方式吗？

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    AUTOTEST_SYSPWR_VB_20260703C.pdf

    Daniel，你好

    如附件所示，我优化了新的原理图，需确认如下问题：

    1、当前电路是都存在问题，在调压过程中，调压24~36V时，当前电感15uH和规格型号、EXTCOMP补偿网络、MOSFET以及INA236采集电路是否满足要求

    2、开关频率当前设置253KHz，输出24V~36V可调，需求功率≥250W，当前设计功率≤360W

  • 0 回复 ? ?
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    感谢您的信任。

    调整好的电路目前看没有什么逻辑问题，参数建议通过仿真测试一下。

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    Daniel，你好

    有如下问题

    在负载功率恒定的情况下，我设置为36V输出电压所原型的电感值，EXTCOMP，MOSFET是否能满足调压至24V输出？

  • 0 回复 ? ?
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    ? ? 说：
    我设置为36V输出电压所原型的电感值，EXTCOMP，MOSFET是否能满足调压至24V输出？

    您是在确定相同配置下是否满足您的不同输出电压吗?

    9.2.1.2 Detailed Design Procedure

    会存在差异，不建议直接通用，建议用仿真模拟一下采集一下输出波形来确认您是否能接受。

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points
    Daniel 说：
    您是在确定相同配置下是否满足您的不同输出电压吗?

    是的，但是当前无法仿真模拟一下呢，或者有相关模拟软件可以使用，设计调压输出是通过MCU控制DAC输出电压至FB管脚进行反馈，在这种情况下，电感值，EXTCOMP，MOSFET是固定值，调压过程中会出现问题吗？比如出现电流声，啸叫，异常发烫等等问题，还请帮忙评估一下，非常感谢！

  • 0 回复 ? ?
    TI__Mastermind 49275 points

    您好

    根据官方的计算工具显示不多的输出带来的补偿和损耗均有不同，至于可能出现的问题不能直观的推测，因为存在参数出入，同时也受布局和环境影响，所以仿真模拟是一个相关可靠的推荐测试。

    ? ? 说：
    比如出现电流声，啸叫，异常发烫等等问题

    您说的这些情况不仅仅是参数影响，而参数不足有可能带来的问题，修改参数并配上部分补偿会优化这个问题。为了防止直接硬件测试带来的损失，建议用仿真读取相关信号来进行评估比较直观。

    ? ? 说：
    还请帮忙评估一下，

    会存在差异，不建议直接通用，建议用仿真模拟一下采集一下输出波形来确认您是否能接受。

  • 0 回复 Daniel
    Prodigy 40 points

    有相关仿真模拟平台软件？