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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

Junda Jin
Prodigy 170 points
Other Parts Discussed in Thread: LM3102

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

  • 0
    TI__Guru**** 308311 points

    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？

  • 0 回复 Johnsin Tao
    TI__Guru**** 308311 points

    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）

  • 0 回复 Johnsin Tao
    TI__Guru**** 308311 points

    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。

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    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

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    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


  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    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？

  • 0 回复 Junda Jin
    TI__Guru**** 308311 points

    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？

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    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

  • 0 回复 Junda Jin
    TI__Guru**** 308311 points

    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？

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    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

  • 0 回复 Junda Jin
    TI__Guru**** 308311 points

    Hi 

          RFB1 and RFB2: These resistors should be chosen from standard values in the range of 1.0 kΩ to 10 kΩ,   satisfying the following ratio:

    RFB1/RFB2 = (VOUT/0.8 V) – 1

          将2个电阻都选小一点，看看。

          这个电阻选择时很影响FB电压的， 可以试验看看。

         LM3102 Webench 仿真是最大输出7V， 如果上述修改仍无法改善，有可能您需要选择别的芯片了。

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    RFB1/RFB2 = (VOUT/0.8 V) – 1

    Vout max =13.75V

    还是有点用超电压了，先这样烤机吧。看长期结果

  • 0 回复 Junda Jin
    TI__Guru**** 308311 points

    Hi 

       电阻改小后，FB可以不偏低了吗？

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    电阻改小以后，FB还是偏低。

    取RFB1=10K RFB2=560ohm  ,RFB1/RFB2=17.85 对应VOUT=15V

    测试结果：

    空载 Vout=15.75V, VFB=0.83V

    0.15A:  Vout=15.26V, VFB=0.75V

    0.5A:  Vout=14.3V, VFB=0.75V

    1.5A:Vout=14.3V, VFB=0.75V

    高输出电压时，建议厂商修改VFB值 应该是0.75V

  • 0 回复 Junda Jin
    TI__Guru**** 308311 points

    HI

       看起来最好选别的芯片，至少会比这个芯片容易做。

  • 0 回复 Johnsin Tao
    TI__Guru**** 308311 points

    Hi

       FB电压偏低并非内部基准偏低。

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 170 points

    没懂。。

    您的意思是layout 造成偏低的？