LTC3703 (buck, 48В в 24В) Пролемы, Преобразователь не держит положенную ему нагрузку Опции

[tdmi]

Здравствуйте,

Имеется следущая схема(см аттач). Этот дизайн уже воплощен в жизнь, было произведено первых 20 плат. Из них 4 показывают неразумное поведение, а именно - не выдают положенные ~24В на нагрузке порядка 5-6А, вместо этого там может быть около 20В или того меньше, зависит от конкретной платы. Это следствие, поэтому я начал искать причину, перепробовал все, что позволяет готовая плата - резал земли, добавлял фильтрацию и т.д. Что меня смутило - так это форма сигналов на затворах нижнего и верхнего фета. Согласно теории buck контроллера, при заданном входном и выходном напряжениях, коэффициент заполнения (Duty cycle) должен оставаться постоянным, небольшой джиттер на фронтах допустим. В моем же случае этот коэффициент меняется, а именно сначала принимает реалистичное значение, а в следующем периоде тактовой частоты время "1" равно MIN_ON_TIME, причем необязательно такая комбинация повторяется, может быть и так. что следуют два длинных импульса, или два коротких подряд...
ИНтересный факт - если либо совсем убрать нагрузку, либо оставить порядка 1/4, то форма сигнала на затворах будет как в букварях, т.е. то, что и ожидается.
Сначала я думал, что это вероятно срабатывает токовая защита, но после проверки это предположение не подтвердилось.
Пытался нарыть подобный случай в литературе - бесполезно...
4 "плохих" и 16 "хороших" плат наводят на мысль о проблемах с компонентами... хотя всегда вероятней "плохой" дизайн
Может быть кто-то припомнит нечто подобное из своего опыта?

На картинках
TBG-3 : желтый - верхний мосфет, зеленый - нижний мосфет
SW-node : - точка соединения мосфетов

заранее спасибо

Дмитрий

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Microwatt]

Здравствуйте,

Имеется следущая схема(см аттач). Этот дизайн уже воплощен в жизнь, было произведено первых 20 плат. Сначала я думал, что это вероятно срабатывает токовая защита, но после проверки это предположение не подтвердилось.
Пытался нарыть подобный случай в литературе - бесполезно...
4 "плохих" и 16 "хороших" плат наводят на мысль о проблемах с компонентами... хотя всегда вероятней "плохой" дизайн
Дмитрий

Ройте земли. Большой ток переключения или большие поля дросселя вызывают наводки в схеме управления.
У нее генератор тактов сбивается, скорее всего.

[GetSmart]

Может ОС глючит? Почему С328 такой большой?

Возможно я знаю в чём косяк. Ненужная RC цепочка стоит на пине Vin. Это пин используется не для питания микросхемы, а для детектора перегрузки по току. Короче идёт на компаратор, определяющий разность между ним и SW. То бишь падение напряжения на включенном верхнем фете. Там ещё резистор на Imax задаёт максимальное падение/ток, который непонятно зачем нарисован прецизионный. Там 10% резистор будет в самый раз, да ещё с двухкратным запасом я бы поставил. Короче, выкидывайте RC цепочку на Vin.

Сообщение отредактировал GetSmart - Mar 24 2009, 19:07

[Alex11]

Был у нас аналогичный эффект, правда в абсолютно другой схеме и с другим контроллером. Общая идея следующая. При больших нагрузках схема пытается выдать импульс большой длительности на ключи. За счет отставания обратной связи по напряжению, или просто из-за того, что напряжение не достигнуто, импульс обрывается по максимальной длительности. Ток через дроссель еще не максимальный, но уже туда приближается. В следующем такте, по смыслу, импульс тока в дросселе должен был бы дорасти до максимума, но в момент включения ключа в цепь измерения тока проходит короткая помеха и, несмотря на уверения изготовителей контроллера о том, что она блокируется, она срывает триггер и закрывает силовой ключ. Дело в том, что в том контроллере, который мы использовали, блокировка была сделана по аналоговым цепям, а не в цифре на уровне триггера, и работала только до определенного уровня помехи и сигнала. Судя по картинкам, здесь очень похожий эффект. Кроме того, эта помеха была в двух местах. Одна ее часть приходила с внешних цепей на вход измерения тока, а вторая генерировалась внутри контроллера. Боролись мы с этим (кроме фильтрации) навеской разнообразных цепей, которые заводили дифференцированный импульс включения ключа в цепь измерения тока.

[tdmi]

Прикладываю блок диаграмму м/с и фотку печатной платы, где можно увидеть расстановку.

М/с - типичный buck, работающий в voltage-control mode, ток измеряется на Rdson нижнего мосфета но только для защиты.

пин Vin - действительно не для питания м/с, а для улучшения Line Regulation, т.е. Duty Cycle напрямую управляется им, чтобы не ждать пока ОС отработает изменение в нагрузке, обусловленное возмущением входного напряжения. Т.к. DC ~ Vin, то я не думаю, что фильтр может помешать чем-то..

Огромный эффект дает трухольный 0,1мкф конденсатор припаянный непосредственно на ноги м/с, между сигнальным питанем и сигнальной землей, на плате к сожелению есть кондерс этой функцией, но он не "работает", ибо разодка не получилась по нормальному для него, а он важен.. Так вот когда я напаиваю, то напруга выставляется нормально на выходе, но вот картинки в гейтах не меняются, по-прежнему болтанка.
К тому же еще появляется побочный эффект - при смене нагрузки на лету внешний БП уходит в защиту теперь, настроенный на 10А/48В.. и контроллер обресечивается, потом с софт стартом запускается на полную нагрузку.. Откуда берется этот ток не понятно, и почему его не было раньше, до установки на ноги конденсатора. По идее такой ток может породить только сквозной ток через феты..Но откуда он взялся..или это цепь ОС стала по-другому работать.

Так же я пробовал резать земли - сигнальную и землю для обратного тока драйверов для внешних мосфетов, подсоединял ее потом в разных местах платы проводками..Эффект небольшой, в гейтах по -прежнему тоже самое Естественно это уже костыли и "нормально" проложенная земля при дизайне ПЦБ дало бы больший эффект.

Есть еще подозрение - цепь фидбека размазана на плате прилично и разведена по TOPу, возможно это както влияет, но короче я не мог ее сделать, да и сейчас на готовой плате как то укоротить тоже не представляется возможным.

Alex11, вы похоже правы, есть помеха, которая пролазит на управление ПВМ, вот только как ее убрать В вашем случае, я так понимаю был Current Mode control м/с?

Спасибо всем за ответы!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

.. картинки в гейтах не меняются, по-прежнему болтанка...

Есть еще такой эффект - при напряжении питания больше 30 В нижний ключ может открываться через емкость Миллера. На зеленой осциллограмме есть какой-то подозрительный пичок при закрывании верхнего ключа - мож это защита по току срабатывает.
Для прежних версий синхронных контроллеров лайнеровцы предлагали подпирать затвор отрицательным напряжением с RC-цепочки, как в DN-156. А у LTC3703 для этого специальный вывод есть.
Можно попрбовать в порядке эксперимента убрать нижний ключ (поставить там диод шоттки). Или посмотреть ток в цепи сток-исток.

Прикрепленные файлы

 dn156f.pdf ( 122.28 килобайт ) Кол-во скачиваний: 112

 

[tdmi]

Есть еще такой эффект - при напряжении питания больше 30 В нижний ключ может открываться через емкость Миллера.

Попробовал сейчас в землю драйверов вставить батарейку - ААА, 1.2В. Принципиально сигналы в затворах не поменялись. Хотя батарейка - не самый лучший вариант, К тому же была на достаточно длинных проводках припаяна. Может стоит еще большее отрицательное напряжение подать...

[GetSmart]

ток измеряется на Rdson нижнего мосфета но только для защиты.

И вправду, по нижнему меряется. Хотя это нелогично. Нижний вообще-то необязательный фет. Без него получается ограничение по току не сделать.
У меня была очень похожая ситуация с доработкой БП на этой микрухе. По результатам тестирования на чужом предприятии было составлено заключение о нестабильной работе БП на высоких входных напряжениях. Мощность БП была поменьше, около 10 вт. Так вот, я первым же делом увеличил в 2 раза резистор ограничения тока и всё стало стабильно на высоких напряжениях. И ещё на том БП был исправлен косяк, ещё до меня, в котором ОС шла прямо под индуктором и пришлось сигнальную линию отводить подальше от него.

[tdmi]

GetSmart, это первое, что я проверил. Я сначала увеличил резистор, задающий ограничение тока, а затем выпаял его совсем, тем самым, деактивиров защиту по току, эффекта это не дало никакого...
Сейчас отрезал сигнальное питание и сигнальную землю. бросил их отдельными проводами на 10В источник, чтобы не было нигде завязки на большие токи, которые могут давать сдвиг, нарушая работу м/с. Напряжение на выходе теперь встало как положенно, но картинки в гейтах все теже.
В аттаче можно их увидеть, батарейка на 2.2В для BGRTN тоже там учавствует.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[GetSmart]

Батарейка (отрицательное смещение) ИМХО бессмысленны в этой схеме. А картинки на гейтах вполне нормальны. Добиться их идеальности - это уже целое исскусство. Если нет возможности переделывать ПП, то можно и так оставить. Я бы покопал номиналы ёмкостей и резисторов в ОС. Ну и земля/питание микрухи.

[wim]

[attachment=31092:buck_LTC3703.GIF]

... картинки в гейтах все теже...

Картиники выглядят как-то уж очень регулярно. Мож у него возбуждение ОС идет из-за помехи. Вот на скорую руку сваял малосигнальную модель по их даташиту. 100 кГц единичного усиления многовато. Запас по фазе маловат. Почти все усиление валится на низких частотах - тоже нехорошо. Попробуйте покопать в этом направлении. А то уж и мыслей больше нет.

Сообщение отредактировал wim - Mar 25 2009, 12:57

Эскизы прикрепленных изображений

 

[MikeSchir]

Хотелось бы посмотреть как выглядит пульсация напряжения на выходе устройства. По форме пульсации можно, порой, определить из-за чего идёт возбуждение. Например: если огибающая представляет собой синус, то с большой вероятностью можно сказать, что возбуждение по петле ОС. Остальное только после анализа формы пульсации. Радует что из 20 штук капризничают только 4, скорее всего виноваты разбросы каких-то параметров элементов схемы.
PS Не увидел резистор датчика тока для работы защиты, может экран запылился ?

Сообщение отредактировал MikeSchir - Mar 25 2009, 15:08

[tdmi]

Хотелось бы посмотреть как выглядит пульсация напряжения на выходе устройства.

закинул картинки

PS Не увидел резистор датчика тока для работы защиты, может экран запылился ?

этот резистор - Rdson нижнего транзистора, именно там и измеряется ток.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[MikeSchir]

Судя по осциллограммам, согласен с мнениями, что во всём виновата помеха или "цепляет" защита, но на всякий случай убрал бы R313, C330. Тем более что по даташиту эта цепочка не является обязательной, и судя по чх, представленной vim, не оказывает никакого влияния на чх (f~700кГц), но может повлиять не абсолютную величину усиленной пульсации на входе ШИМ.

[tdmi]

Судя по осциллограммам, согласен с мнениями, что во всём виновата помеха или "цепляет" защита, но на всякий случай убрал бы R313, C330. Тем более что по даташиту эта цепочка не является обязательной, и судя по чх, представленной vim, не оказывает никакого влияния на чх (f~700кГц), но может повлиять не абсолютную величину усиленной пульсации на входе ШИМ.

Цепь убирал, вносит нестабильность, катушка начинает "петь", ибо появляются пички вместо прямоугольника. Эта цепочка нужна, что создать полюс, который задавит ноль от влияния ЕСР, а ЕСР у меня сильно влияет, ибо керамика на выходе.
Пробую сейчас такой вариант, как в оттаче. Подопытные - две платы, одна с перерзанно-оптимизированными землями, вторая как на свет произвели. У обеих напаян 0,1мкф между сигналными питанием и землей.
Плата с ранениями показывает лучшее поведение с изменненой коррекцией, на половинной нагрузке форма затвор сигналов идеальная, на полной нагрузке иногда пролазеют все же эти которткие импульсы, хотя нет уже той строгой переодичности что раньше.
На оригинальной плате картина похуже.. видать земли сыграли роль Но все же обе платы выдают нагрузку, которая от них и требуется.
Дальше копать к идеальной коррекции сложнее, ибо реальная плата явно далека от симуляции.
Кстати я попроовал также расчет текущей конфигурации с помощью BodeCad, который можно скачать на сайте линера. Он считает при помощи SPICE и включает "заводскую" закрытую модель для LTC3703, при этом на выходе выдается какаято "пила", вместо того, что обычно бывает для АЧХ/ФЧХ Анализ сигналов во временной области(LTCAD) и при старой и при новой коррекции дает нормальные результаты, без осцилляций на выходе при смене нагрузки.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

... Эта цепочка нужна, что создать полюс, который задавит ноль от влияния ЕСР, а ЕСР у меня сильно влияет, ибо керамика на выходе...

Вот это смотрели (насчет керамических конденсаторов)?
http://focus.ti.com/lit/ml/slup233/slup233.pdf
Из общих соображений - R312 последовательно с C328 создает нуль, он же и параллельно C328//C329 - полюс. При этих номиналах их частоты очень близки друг к другу. Обычно их разносят на порядок или больше.
Можно еще учесть полюс самого ОУ - на высоких частотах он уже может влиять.

... Анализ сигналов во временной области(LTCAD) и при старой и при новой коррекции дает нормальные результаты, без осцилляций на выходе при смене нагрузки ...

Он и должен показать нормальные результаты, покольку некоторый запас устойчивости тут есть, а помех нет. Рекомендуемый дизайнерами LTC3703 запас по фазе 60 гр., видимо, учитывает и возможность воздействия помех.

[LVV]

А всё ли нормально с дросселем? Не насыщается?

[tdmi]

А всё ли нормально с дросселем? Не насыщается?

А как это можно увидеть на живой плате? По расчетам не должна насыщаться.

Вот это смотрели (насчет керамических конденсаторов)?
http://focus.ti.com/lit/ml/slup233/slup233.pdf

Нет, не читал раньше, спасибо за линк.
Но в моем случае немного сложнее, т.к. стоят и алю и керамика. Как быть в этом случае? Сказать, что ЕСР делает два нуля - один в районе 10 кГц, а второй сильно выше Fcross? Если сложить емкость и пересчитать ЕСР для общей комбинации, то "общий" нуль будет уже не так далеко...

Можно еще учесть полюс самого ОУ - на высоких частотах он уже может влиять.

Это уже сложней...

[wim]

... в моем случае немного сложнее, т.к. стоят и алю и керамика. Как быть в этом случае? Сказать, что ЕСР делает два нуля - один в районе 10 кГц, а второй сильно выше Fcross? Если сложить емкость и пересчитать ЕСР для общей комбинации, то "общий" нуль будет уже не так далеко...

Дак в модельке они включены параллельно - уже все учтено. Если нули разнесены далеко по частоте, "общего" не будет.

Это уже сложней...

... проще, поскольку чисто линейная схема. Выглядит примерно так ... (это для UC384ЧX). Fu - частота единичного усиления из даташита, Av - усиление на постоянном токе в дБ.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[VictorK]

tdmi
А как это можно увидеть на живой плате? По расчетам не должна насыщаться.

Последовательно с дросселем включите резистор маленького номинала (0.1...0.2)Ом. и смотрите на нём
сигнал осциллографом, как на датчике тока. Форма сигнала должна напоминать пилу, если есть
большие выбросы или пила сильно не линейна - дроссель насыщается.

[VictorK]

tdmi
А как это можно увидеть на живой плате? По расчетам не должна насыщаться.

Последовательно с дросселем включите резистор маленького номинала (0.1...0.2)Ом. и смотрите на нём
сигнал осциллографом, как на датчике тока. Форма сигнала должна напоминать пилу, если есть
большие выбросы или пила сильно не линейна - дроссель насыщается.

[tdmi]

Напишу коротко итоги.
Проблему удалось почти полностью вылечить.
1) подбор правильного снаббера - помог подавить чрезмерную болтанку, которая пролазила в ОС контроллера и сбивала скважность. К сожалению есть экземпляры плат, где небольшой эффект сбивания остался.
2)небольшой редизайн печатной платы, все компоненты остались на своих местах, потому что нельзя было двигать. немного перенес точку снятия ОС, переделал разводку блокирующего керамического конденсатора, который должен соединять сигнальную землю и сигнальное питание - это оказалочь очень, очень важно.
В итоге все платы держат нагрузку, что и требовалось.

Побочные эффекты, которые остались:
1) на некоторых платах скважность все же редко, но сбивается
2) на некоторых платах при резком смене/подключении нагрузки преобразователь отправляет в защиту стоящий перед ним хот-своп контроллер со встроенным ограничением по току. Уровень тока выставляется на последовательном прецизионном резисторе. Я полагаю, что дцдц из-за не 100% оптимальной настройки ОС, может слишком бурно реагировать на изменение в нагрузке. Проявление эффекта только на некоторых экземплярах обусловлено либо разбросов номиналов цепи ОС(1% резисторы, NP0 керамика...), либо ФЕТами...

PS пишу о результатах, не забывая о тех, кому это может помочь в будущем ))

разговор с поддержкой Линеара свелся к тому, чтобы во первых нужно както использовать более миниатюрные корпуса фетов и использовать более плотный PCB дизайн(как??при таких условиях), покупке девайса, который измеряет АЧХ/ФЧХ ОС в применении к дцдц и совету при плавающем входном напряжении и подстраиваемом выходном напряжении использовать контроллер, построенный по принципу управления током, а не напряжением, для моих условий подходит только LTC3810 (100V Current Mode Synchronous Switching Regulator Controller), который на момент разработки устройства не был даже анонсирован ))

[Microwatt]

При увеличении входного до 50-52 вольта все вроде становится лучше? А на 48 или 46 работать не хочет?
Если так, то поройте в даташите о работе с заполнением более 50%.

[tdmi]

При увеличении входного до 50-52 вольта все вроде становится лучше? А на 48 или 46 работать не хочет?
Если так, то поройте в даташите о работе с заполнением более 50%.

хм, не совсем понял к чему это.
Мой входной диапазон - 36-72В. Сейчас все ОК.