在实验室中测试多相调节器

大家好，我是 Carmen，很高兴再次见到大家 在本视频中，我将向你们展示 在实验室中测试多相降压稳压器时 可以用到的几条实用技巧 首先，我们将介绍如何在稳态条件下 测量输入电压、输出电压和相位 然后快速了解一下瞬态响应 最后，我们将讨论如何使用 TI 的 Fusion GUI 测量热性能 今天要测试的电路板基于 我们在上个视频的设计示例中 介绍的标准设计而成 您可以通过在 TI 网站上 查看 TI DA01367 来了解有关该电路板 及其整体性能的更多信息 开始测试之前，我们先来回顾一下 这一电路板的基本布局以及各部件的位置 TPS53679 控制器位于 电路板左上方 六个相位及其电感器和 CSD95490 功率级 位于中央，它们以 L 形分布 以节省空间，不过若布置为一条直线 也是可以接受的 我们的 12V 输入来自左下方 电路板上还有一个瞬态负载电路 它旨在提供我们在上个视频中 设计的 150A 阶跃 COUT 大容量电容器和其余陶瓷电容器 位于电路板底部 第二条辅助轨位于 电路板右上方，但本视频只介绍 如何测试多相控制器的 六相导轨 电路板加电后，我们可以快速查看万用表 确保电路板已经顺利运行 输入电压读数为 12V，输出电压读数非常接近 0.9V 一切就绪 现在，我已将部件设为在 DCM 模式下运行 所以，输出电压略低于 0.9 但在施加负载且纹波降低时 输出电压就会加强 我们要进行的第一项测量是 稳态输出纹波 如果是真实的处理器 我们会从 CPU 或制造商指定位置处 发出的反馈引脚来测量纹波 但由于此电路板上没有 CPU 所以我在陶瓷电容器上安置了一个测试点 经过控制器的反馈线便源自该测试点 注意探头接地端和电路板接地端之间的 短连接 在示波器上可以看到，输出电压上的纹波和 相位节点基本保持一致 并且信号中也几乎没有噪声 如果无法使用低噪声差动探头 可以像我一样改为使用无源探头 其反馈线或输出电容器两端的接地连接类似 如果差动探头的本底噪声过低 有可能出现不稳定信号误报 没人希望生活中徒增烦恼 因此，务必进行智能探测 在测量输入电压上的纹波时，探头 接地端的位置非常重要 观察第 1 相的输入电容器两端 您就可以看到探头位置 带来的影响 在通道 1 上，我将探头接地端 放在相位本身位置处然后进行测量 而在通道 2 上，则使用这条接地长导线 这比实际上增加了更多纹波 若将接地点从一个接地片移动到 PCB 上的另一个点，甚至还能获取到 不同的测量值 相位与相位之间的输入纹波可能存在差异 为确保设计符合规范 可让陶瓷输入电容器两端紧密接地 以便检查每个相位上的 纹波 在我的示波器上可以看到 相位 1 和 2 的纹波很相似，但仍然有一些差异 与输入电压一样，测量相位也需要 在接受测试的相位节点临近处 紧密接地 看到通道 2 由于接地长导线而比 通道 1 出现更多振铃了吗？ 如果需要使用阻尼器或启动电阻器 对使用长接地导线获取到的这些值 进行微调会不必要地影响到效率 因为这些组件都将变得超标准设计 想要查看相位节点上的真实情况 必须具有稳固的接地导线 并且示波器上不能有宽带限制 另外，请务必准备好施加高负载 这样才能看到最坏的振铃情况 现在我向 TDC 接通 100A 的电流 可以看到振铃在产品说明书中的 功率级限制范围内 但是如果实际应用中存在电磁干扰问题 我会使用阻尼器或启动电阻器 现在，我将打开低瞬态电路的 函数发生器，并再次查看输出节点 观察输出节点在 150A 瞬态 下的情况 此次测量中，我仍然使用无源探头 但也可以使用差动探头，相较于测量纹波时 具体使用哪种探头影响不大 此时在示波器上可以看到 输出电压位于最上方，下面是负载电路的 函数发生器输出 我还施加了 90A 的直流负载 因此这一阶跃中的总电流实际上 会从 90A 变为 240A 在瞬态期间和瞬态之后 通过将光标置于纹波底部 能够快速检查直流负载线 可以看到，我们非常接近 设计好的 75mV 压降 也就是电流为 150A 时负载线为 0.5mΩ 我们还可以看到过冲和下冲的 响应都很稳定 恢复时间不会过长，并且输出电压的 上下摆动不超过目标窗口的 ±5%。 全面的稳定性检查需要涵盖 负载的占空比和频率扫描 超过 150 或 200KHz 时我的负载电路 无法正常运作，所以我需要修改设置 以扫描高于稳压器开关频率的 负载频率 但目前，在我们可测试的范围内 电路板上不存在稳定性问题 最后，我们来看一看电路板的 热性能 使用 TI 的 Fusion GUI 和 TPS53679 控制器的 PM 总线遥测功能可以轻松监控 功率级最高温度 控制器报告的热读数是 测得的最高温度 而非平均温度 我将部件上的负载设置为 80A 然后让它浸五分钟 让部件达到热稳定状态 此时便可以查看 FET 温度 五分钟之后，从 GUI 中可以看到 最热功率级的最高温度上升为 52 - 53 摄氏度，高于 30 摄氏度的环境温度 GUI 还提供一项附加功能 即报告单个相位的电流，这样便可以看到 所有六个相位之间是协调平衡的 将电路板放在工作台上并且不进行散热或 没有空气流动是最坏的情形 在大多数高功率应用中，都会配有风扇 有时还会在 FET 和电感器上配备散热器 让我们在电路板空气流速为每分钟 500 英尺的条件下 再次测量，来看一看 会有怎样的性能提升 在这一空气流速条件下，以 80A 电流运行五分钟后 我们读取到的值为 44 至 45 摄氏度 比之前降低了大约 8 度 在实际系统中，如果还配有散热器 则有可能实现更好的效果 以上就是 多相稳压器实验室实施 简介的全部内容