有负载时,FB引脚电压无法达到REF电压,这是啥原因会引起。。。LM3102-Q
datasheet REF=0.8V ,测试结果: 有负载时 VFB=0.75V 空载时 VFB=0.8V
问题详述:
用的LM3102芯片,原理是一个COT控制电路。
固定导通时间控制是基于比较器和单次启动定时器,具体而言是输
出电压反馈(馈到FB引脚)与内部0.8V的参考电压进行比较。如果FB
脚电压低于参考电压,上管MOSFET就会导通一段固定的时间,这
段时间是由编程电阻RON和与导通时间成反向变化关系的输入电压
VIN共同决定的。导通后,主MOSFET保持一定的关闭时间,最短为
260ns。然后,如果FB脚电压低于参考电压,上管MOSFET就会在
另一个导通周期内再次导通。开关会继续实现调节。
稳压器在低负载时会工作在不连续传导模式(DCM),在高负载时则
工作在连续传导模式(CCM)。在不连续传导模式中,经过电感器的
电流从零开始,在导通时间内升至峰值,然后在关断时间结束之前
下降到零。此后它保持为零,负载电流全部由输出电容器提供。当
FB引脚电压低于内部参考值时下一次导通开始。与不连续传导模式
相比,不连续传导模式中的工作频率更低,随负载电流的变化也更
大。不过转换效率保持不变,因为传导损耗和开关损耗会分别随着
负载和开关频率的降低而减小。
电路原理图如下:
空载时FB=VREF=0.8V,电压输出正常,设置为15V。下图为BST上电压。表现为间歇性的。
SW上的图形(这个1KHz频率由谁决定的?)
空载 VFB电压波形
加负载以后(此时Vout=14V/1.4A,设计Vout 15V),VFB=0.75V。
测的SS引脚电压3.9V 说明芯片没有进入热保护状态。VCC电压5.77V(标称6V)。
LM3102 这个芯片内部是COT控制电路,好像不存在环路滤波的说法。目前设置RON,使开关频率约200KHz左右
调节 C19(补偿FB电容,在DCM模式降低输出纹波,推荐值10nF),RON的值似乎对于结果有一些很小影响。但不知道具体原因。
改变CSS 10nF->30nF VFB并未改变。
满载 SW 波形
满载时候,BST上电压(也是矩形脉冲,不像空载那样是间歇性质的。我觉得空载的时候应该是DCM模式,而现在接负载后为CCM模式)
满载时候,VFB上电压 (有毛刺) 0.75V
再附“
BST-SW的电压(即片外电容C8上的压降),空载时
满载时 BST-SW的电压(即片外电容C8上的压降)
我是按照webench 设计的
电路版图
Johnsin Tao:
Hi
FB电压是输出电压分出来的,输出电压偏低,FB电压自然也偏低。
请问你带多大载就开始电压偏低?
Johnsin Tao:
回复 Johnsin Tao:
Hi
如果你设计时2.5A输出,1.4A输出就出现上述问题,有可能是你的layout造成的,建议你确认一下您的功率回路,建议是尽量的做小,否则是影响待在能力的。
(如果是这样,或者你通过铜线焊接一下,看看回路较小后是否有改善)
Johnsin Tao:
回复 Johnsin Tao:
Hi
可以将C8稍微放大一点,如果你怀疑是chargepump电容的问题。
另外电感的饱和电流建议测试确认一下(或者你确认没有问题也行)
倾向layout不是特别好导致的noise,如果是这样的输出应该是不稳定的,fb也会对应不稳定,万用表测试值就有可能偏低。
Junda Jin:
回复 Johnsin Tao:
用功率电阻做试验,发现0.1A时,输出电压已经被拉低,为14V,此时VFB=0.75V
附 PCB(四层板,中间两层为GND) 和原理图
Junda Jin:
回复 Johnsin Tao:
将CBST(C8)电容增大一点
C8=33nF
C8=82nF,只是峰峰值有所下降,但有所时间都是方波输出。
对比空载时,空载是间歇性的,
VFB实测0.75V,0.75*(17.8K+1K)/1K=14.1V 与测试输出电压结果相同。 原先测过 此时Vout 纹波在100~200mV,输出稳定,
RON 改变对于Vout输出电压结果影响较大,待我进一步验证。
Ron=2M,(原先Ron<1M欧姆)CBST=150nF
空载 Vout=15V VFB=0.8V
0.1A负载 Vout=16V VFB=0.85V
1.4A负载 Vout=14.54V VFB=0.77V
Junda Jin:
回复 Johnsin Tao:
新的调试结果。RON=1.5M.
空载15V VFB=0.8V
接0.1A负载,14.9V
接0.5A负载,14.4V
接1.4A负载,14.33V VFB=0.76V
从SW端电压和最外接负载输出端,没有电压压降。
理应应该这样,webench
http://webench.ti.com/WebenchReports/WebenchReportsServlet?pid=46&ptype=design&uid=1478504&locale=zh_CN&companyName=TI&wb5_panel_design=1466593118394
更改CFB没有效果。功率电感 降额10% 是1.13A; 降额20% 是1.8A
这怎么办,不知道什么原因引起FB变化?会不会是温度原因?
Johnsin Tao:
回复 Junda Jin:
Hi
如之前所谈,建议功率电感的饱和电流必须大于最大输出电流的1.3倍
帮忙做一个试验,将Ron设置到100kHz, 然后输出设置到5V, 加载看看输出是否偏低?
Junda Jin:
回复 Johnsin Tao:
电感已经更换,额定电流>1.67A
改变ROn 使开关频率为100KHz,Vout设为5V
空载 5..04V VFB=0.801V
50mA 5.15V VFB=0.801V
160mA 5.16V VFB=0.82V
500mA 5.01V VFB=0.795V
710mA 5V VFB=0.8V
==============
还回FB阻值做试验,现在设定VOut=16V(空载)VFB=0.8V
Ron=390K SW f=290KHz
0.5A Vout=14.94V VFB=0.74V
2.5A Vout=14.9V VFB=0.73V
Ron=1.27M SW 90KHz
0.17A Vout=17V VFB=0.84V
0.5A Vout=15.4V VFB=0.76V
2.5A Vout=15.37V VFB=0.76V
0.1~0.2A左右 Vout明显不对,从datasheet来看,有可能片子就是这样的。
上述两组实验只是改变了 RON的值,为啥VFB会发生变化。。。。不理解,
我的设计中Vout=15V 从0.5A~2A 要求电压恒定15V ,若不管空载以及0.1A左右的电压值来看,似乎改变RFB和RON都可以使Vout=15V,而此时VFB为某一个恒定值 如0.76 0.75V左右,反正达不到0.8V
RON对于纹波噪声影响很大,频率<100KHz 噪声200mV,原因是滤波不充分;
当频率在300KHz 噪声为40mV(20MHz带宽滤波器)
更新:
已经设置SW=300KHz (RON=390K) 此时 空载Vout=16.4V,VFB=0.82V; 从0.2A~2A Vout=14.9~15V,VFB=0.74V
Johnsin Tao:
回复 Junda Jin:
Hi
看起来这个芯片确实适合低电压输出。
将Ron设置成为160kohm, 频率700kHz左右,输出15V 看看。
按照你上面的试验,输出5V,100kHz频率时 Ron大约在400kom左右。
我想确认的是Ron尽量用小一些阻值,看看能否将电压做大一些?
Junda Jin:
回复 Johnsin Tao:
输出5V,100kHz频率时 Ron在390kom;
现在,按照要求Ron=160Kohm
空载 Vout=16.16V VFB=0.8V
0.16A Vout=14.76V VFB=0.73V
0.5A Vout=14.72V VFB=0.73V
1.6A Vout=14.68V VFB=0.72V
2.2A Vout=14.72V VFB=0.72V
1.6A 输出端噪声如下,黄色为时域噪声,紫色线为频谱(靠近中间的一根线为700多KHz 开关噪声),跟SW 在300KHz 的噪声性能差不多。
取Ron=1MOhm,这是webench给出的。不懂什么是duty限制。。FSW有个最高频率值,可以往低频走吧
http://webench.ti.com/WebenchReports/WebenchReportsServlet?pid=46&ptype=design&uid=1478504&locale=zh_CN&companyName=TI&wb5_panel_design=1466593118394