世纪电源网社区logo
社区
Datasheet
标题
返回顶部
原创 ADI设计赛

多相高速电源

[复制链接]
查看: 320 |回复: 6
1
Ricardo_hacker
  • 积分:188
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:12
积分:188
LV2
本网技师
  • 2019-11-5 15:35:40
闭环霍尔电流探头的带宽与线圈的匝数和分布有很大关系,因此测量高带宽大电流需要吞吐大的二次侧电流。有望使用高速低纹波低输出电容开关电源替代或改造线性功放,以大幅减小高电流测量设备的功耗与体积。
具体是使用多相高频电源实现输出低电容和低纹波及高速响应,借助外部补偿实现快的动态响应,这个功能可以通过LT8650多相来完成。为迎合本次比赛,外加一路低静态功耗,高轻载效率的辅助相LT8645,弥补LT8650的轻载不足。相切换通过LTC2067使能低功耗斩波运放来实现。
可是官方只给了两片LT8650S,之前的方案不太可能了,只能凑合做,重在参与。
芯片图如下:
IMG_20191104_222842.jpg.JPG

QQ截图20191105152654.png


Ricardo_hacker
  • 积分:188
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:12
积分:188
LV2
本网技师
  • 2019-12-29 19:25:56
  • 倒数6
 
因为官方只给了两片LT8650S,而LT8645s价格太贵,也不好买,更改方案为LT8650S与LT8609混合方案。框图如下;

QQ截图20191229192322.png
Ricardo_hacker
  • 积分:188
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:12
积分:188
LV2
本网技师
  • 2019-12-29 19:41:04
  • 倒数5
 
我方案中的,LT8650的工作在Brust模式下,电流只有数UA,对于纹波具有多相叠加的优势,可使纹波电压大幅减小。外部补偿更是如虎添翼,可通过调整补偿回路获得最好的动态性能。
然而通过仿真后发现,LT8650的低功耗只限于内部补偿,于是尝试切换补偿特性。仿真结果显示这个方法并不可行,当回路工作在外部补偿,需要外部连接大电流将补偿脚电压拉高才可恢复到内部补偿结构,届时,输出电压已经是一团糟。为解决轻载问题,从群友那里了解到LT8609和轻载切换技术的存在,于是自费购买了3片LT8609,最终方案如上图所示。
框图中的LTC2067为ADI的低功耗精密运放,通过1m欧电阻测量输出电流。依靠输出电流的幅度,将电路切换到不同的工作状态以及不同的芯片,可实现对各项参数的统合。运行状态主要分为三步:第一步,LT8609工作,且LT8650休眠;第二步,LT8650被唤醒工作在外部补偿的CCM模式;第三步,LT8650通过更换电阻的方法进行降频,大概从2MHZ降到数百KHZ。
实践中却发现问题,在最佳补偿点,降频后环路出现不稳定现象。估计是降频后功率级带宽降低,导致相位裕度为负,引起输出震荡。解决的方法有两种:其一、根据模式切换反馈回路,这种办法有点冒险还且会增大补偿脚的分布电容,影响最佳的动态响应。其二、在FB管脚连接一个较大电容,在LT8650工作在CCM低频时,接通这个电容与地,实现交流反馈系数的降低,这种方法的缺点在其动作过程会引发输出的波动。综合考虑在降频后使用第二种方法去稳定环路。

本设计的应用背景为高速高效功率驱动,霍尔和磁通门闭环电流传感器。由于客观原因,闭环霍尔电流探头的带宽与线圈的匝数和分布有很大关系,因此测量高带宽大电流需要吞吐大的二次侧电流。有望使用高速低纹波低输出电容开关电源替代或改造线性功放,以大幅减小高电流测量设备的功耗与体积。
不过最终的实验结果表明LT8650S的底噪过大,尤其是低频段,需要外部整改才可用于低噪声功率驱动。

Ricardo_hacker
  • 积分:188
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:12
积分:188
LV2
本网技师
  • 2019-12-29 19:49:58
  • 倒数4
 



原理图

原理图

PCB

PCB

实物

实物
Ricardo_hacker
  • 积分:188
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:12
积分:188
LV2
本网技师
  • 2019-12-29 19:55:02
  • 倒数3
 
      电路的测试项目有5个,分别是空载电流、125ua效率、1.25A纹波、动态响应、2A效率,分别如下:
1)      空载电流:
空载电流用uA表测出来是3.6uA
2)      125ua效率:
轻载测试的输入电流32.2ua,输入电压11.870v;输出电压2.438v,负载为20k欧电阻,效率合计为77.8%
3)      1.25A纹波:
在2MHZ开关频率下,还且是双相同步输出,输出电压纹波中的规律开关纹波早已消失不见,理论上降到1mV以下,大于示波器的有效分辨能力,实测出来发现输出有一堆低频噪声,尝试寻找外部干扰源无果,输出噪声加纹波有4mV,基本全是低频分量。通过频谱分析发现了噪声为1/f噪声,可见其频谱高频处相当平整,噪声全在低频段。分析结果:输出噪声来自内部基准源,且未发现与稳定性相关的频谱凸起。
4)      动态测试:

动态测试负载突变沿为1us,通过lm358和一颗mos设计,上升沿通过调栅电阻控制在1us附近,测试结果如下图4.3所示.
图中动态响应,上冲大于下冲,上冲为18mv,下冲为14mv,满足赛题20mv内满分的要求。
5)      重载测试
重载测试的输入电流为0.47A,电压为11.707V;输出电压2.495V,输出电流2.01A,计算得到效率为91.2%。此项效率是在LT8650运行在514khz时测得的,期间尝试将这个频率在500khz-600khz之间变化,发现在560khz附近取得最大值91.9%。


scope_5.bmp
scope_6.bmp
scope_10.bmp
Ricardo_hacker
  • 积分:188
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:12
积分:188
LV2
本网技师
  • 2019-12-29 19:58:58
  • 倒数2
 
在调试过程中也发现了些问题,例如LT8650自带的低频噪声、FB引脚的漏吸入电流问题和多路交替可能出现的内部环流现象。在解决这些意想不到的问题时,也学到了更多这种高度集成芯片的使用要点。
最初的想法认为不需要变频,因为双相即使几百KHZ的开关频率理论上也可以实现低于5mv的纹波输出,实际做出来,却受到大量低频噪声的干扰。此外LT8650的FB脚貌似会向内部漏电,当电压高于基准电压0.8V时,这个特性十分不利,LT8650休眠时,这个引脚会吸入电流,再漏到其它脚,导致静态和轻载性能一塌糊涂,最后无奈增大反馈电阻。增大反馈电阻后有发现问题,当电路受到干扰是,偶尔会出现电流从LT8609流出再流入LT8650,构成内部环流,还且可以稳定存在。最后发现原因是LT8650认为FB为高电平,拉低了输出,这源于FB脚漏电流通过反馈电容构成整流过程,导致反馈直流电压异常,交接过程的电压不稳定为这种现象提供了源动力。这个问题的本质是FB脚的漏电,无根本有效解决方案,最终使用补救方法是在FB脚对地接了个小电容,吸收瞬态冲击,减小整流过程,实测这种方法无法完全消除环流现象,但可以在干扰源移除后自动恢复正常。

halfbridge
  • 积分:215
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:8
积分:215
LV3
助理工程师
最新回复
  • 2019-12-30 20:33:43
  • 倒数1
 
原理图看不清!
热门技术、经典电源设计资源推荐

世纪电源网总部

地 址:天津市南开区黄河道大通大厦5层

电 话:400-022-5587

传 真:(022)27690960

邮 编:300110

E-mail:21dy#21dianyuan.com(#换成@)

世纪电源网分部

广 东:(0755)28285637 /(13823562357)

北 京:(010)69525295 /(15901552591)

上 海:(021)24200688 /(13585599008)

香 港:HK(852)92121212

China(86)15220029145

网站简介 | 网站帮助 | 意见反馈 | 联系我们 | 广告服务 | 法律声明 | 友情链接 | 清除Cookie | 小黑屋 | 不良信息举报

Copyright 2008-2020 21dianyuan.com All Rights Reserved    备案许可证号为:津ICP备10002348