Понижающий преобразователь TI TPS57160-Q1 выдает пилообразное напряжение при высоких входных напряжениях

Отказ от ответственности: я уже публиковал этот вопрос в E2E-сообществе Texas Instruments ( здесь ), но пока не нашел решения своей проблемы. Между тем, я также не нашел способа продвинуться в решении этой проблемы самостоятельно. Я надеюсь, что эта перекрестная публикация между StackExchange и сайтами, не относящимися к SE, не создаст проблем.

Привет,

Я работаю с понижающим преобразователем Texas Instruments TPS57160-Q1 . Возможное входное напряжение находится между 20 В и 41 В, а выходное напряжение должно быть (относительно) стабильным 5 В. Я выбрал все компоненты в соответствии с таблицей .

Дело в том, что теперь я испытываю проблемы при нагрузке с высоким входным напряжением. Пока входное напряжение остается ниже 25-30В, все в порядке. Но когда я увеличиваю входное напряжение до значений выше 25-30В, выход становится нестабильным, особенно под нагрузкой. При нагрузке 50 мА и входном напряжении 36 В выходное напряжение иногда даже переключается между 4 В и 6 В, хотя на самом деле должно быть 5 В.

Настройка понижающего преобразователя:

  • Вин: 25В-41В
  • Выход: 5 В
  • Iвых (макс.): 900 мА
  • Частота переключения 950 кГц

Схема:

Схема

Что касается компонентов, все конденсаторы представляют собой (многослойные) керамические конденсаторы, входной конденсатор имеет номинальное напряжение 100 В, выходной конденсатор рассчитан на 10 В.

Разводка печатной платы:

Компоновка печатной платы

Вот графики осциллографа, к сожалению, в тот день у меня не было доступа к обычному осциллографу: (Слева направо: Vin, Vout (нагрузка 10 мА), Vout (нагрузка 250 мА), контакт PH (переключающий контакт))

Графики масштаба

Вещи, которые я пробовал до сих пор:

  • Изменена частота переключения на 400 кГц
  • Использован больший входной конденсатор (электролитический параллельно)
  • Использован больший выходной конденсатор
  • Изменены компоненты частотной компенсации, подключенные к контакту COMP, на более «надежную» комбинацию (согласно разработчику веб-приложений TI: R3 = 130k, C3 = 470p, C2 = 4,3p).

Ни одна из этих вещей не имела большого значения. Выходное напряжение определенно изменилось, но оно все равно было недостаточно стабильным.

Вот графики в измененной конфигурации (как указано выше: большая входная крышка, частота переключения 400 кГц, «надежные» компоненты выводов компа). Слева направо: Vin, Vout (нагрузка 10 мА), Vout (нагрузка 250 мА), вывод PH

Графики в измененной конфигурации

Теперь, когда я попытался изменить почти все компоненты, я думаю, что виновником может быть разводка печатной платы и размещение входных и выходных конденсаторов. Может быть, кто-то из вас, у кого больше опыта в переключении регуляторов напряжения, сможет пролить свет на эту проблему. Если проблема действительно заключается в компоновке печатной платы, можно ли как-то протестировать/смоделировать, будет ли изменение расстояний между компонентами иметь существенное значение без производства другой платы?

Ответы (2)

Это регулятор токового режима , поэтому важен выходной ноль.

Выходной полюс зависит от нагрузки; то есть это 1 2 π р С о ; как R = В о я о , то выходной полюс становится я о 2 π В о С о .

Это важный момент для данного типа контроллера.

Выходной ноль фиксируется на 1 2 π Е С р о С о

Обычно мы используем выходной ноль, чтобы дать нам некоторое усиление фазы на 0 дБ, но керамический 47 мю Конденсатор F имеет типичный ESR в несколько м Ом , а выходной ноль слишком далеко вверх по частотному диапазону, чтобы помочь, поэтому нам нужно добавить ноль, чтобы дать нам некоторое усиление фазы.

В этой ситуации я обычно добавляю небольшой конденсатор Cp к резистору R6. Я бы размер его так, чтобы он достигал 45 градусов на Ф о 10 где Ф о частота кроссовера контура.

Образовавшийся ноль находится в Ф г "=" 1 2 π С п р 6

Для этого случая С п "=" 1 2 π 0,1 Ф о р 6 ; Я считаю, что конденсатор емкостью 100 пФ в целом является хорошей отправной точкой.

То, что вы видите, почти наверняка является нестабильностью петли; обратите внимание, что по мере увеличения В я , рабочий цикл уменьшается, создавая различные артефакты частоты в контуре управления, поэтому вполне возможно, что сочетание различных нагрузок и изменений Vin к Vout вызывает нестабильность.

Углубленный взгляд на конкретную архитектуру (но широко применимую к контроллерам текущего режима) можно найти здесь.

Я отмечаю, что в таблице данных контроллера указано, что использование керамических конденсаторов допустимо, но я всегда добавляю позицию для этого конденсатора (Cp) в качестве элемента «выйти из тюрьмы бесплатно» из-за капризов, вызванных проблемами, вызванными компоновкой.

Обратите внимание, что для контроллера текущего режима частота кроссовера контура может меняться в зависимости от нагрузки, что делает определение этих вещей нетривиальным.

[Обновлять]

Я только что заметил, что конденсатор для установки полярности на компенсационном выводе составляет 4,3 пФ; она легко может быть намного больше просто из-за емкости дорожки (1,1 пФ на дюйм на дорожках 0,004 дюйма с 0,004 дюйма до плоскости) или других эффектов компоновки и может легко иметь гораздо более высокую эффективную емкость, тем самым изменяя частотную характеристику компенсационной цепи.

В общем, если конструкция требует конденсатора < 10 пФ, необходимо уделить большое внимание компоновке.

Большое спасибо за иллюстрацию этого подхода! Приятно снова вернуться к теории управления. Я попробую ваше предложение как можно скорее.

Ваш конденсатор плавного пуска слишком мал. При высоком входном напряжении ваш DCDC быстро зашкаливает, затем перезапускается и снова зашкаливает. Используйте 1 мкФ.

Понижающий преобразователь TI TPS57160-Q1 выдает пилообразное напряжение при высоких входных напряжениях
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v