客戶應用架構
客戶應用場合在TYPE C Port 輸出端,供給設備5V,使用FPC2595作為輸出端的電流保護
應用架構如下圖
IC簡介
為何使用FPF2595在此架構,就要先說FPF2595是什麼樣功能的CHIP
FPF2595 是一款應用在Type C Port , 輸出端可承受28V的Intellimax OCP Switches,可應用在符合USB PD2.0輸出的負載切換開關,下面是FPF2595幾個特點
輸入範圍2.5V~5.5V
輸出電流可靠外部電阻調整,範圍在0.1~3.9A
內建防電流逆灌功能(Ture Reverse Current Block)
輸出過電壓保護 5.8V typ
輸入欠壓保護
通過IEC 62368-1:2014 測試
下圖是FPF2595使用在5V輸出的電流保護的基本應用方塊圖,
客戶反應此時若進行抽載作OCP 3A保護測試時,IC會有損壞狀況發生,從先前特點來看,FPF2595有可承受到3.9A的能力(參考下圖),因此3A會損壞IC是不正常的,所以需要DEBUG
量測客戶系統板,使用電子負載機抽1.5A動態抽載時,發現抽載及卸載時,5V輸入會有突波及下降,Peak值在6.18V
確認datasheet , Vin最高只能承受6V,且1.5A尚未滿載,若抽3A Vpeak會更高,更容易對IC造成損害
分析
由應用方塊圖可知5V是由外部提供,在固定電壓無負載時,電壓是穩定的,只有在動態抽載時,才會有突波及下降,可能原因與外部提供5V的電壓線路暫態反應設計有關
暫態反應不佳是因為補償設計的頻寬不夠,頻寬如何決定可參考下圖及公式
調整補償電容的大小可以影響控制迴路的頻寬,增加補償電容會降低控制迴路的頻寬,使其響應速度變慢,反過來說,減少補償電容會提高控制迴路的頻寬,使其響應速度變快。
研究客戶供給FPF2595 5V線路發現,客戶的5V補償設計如上圖,C2電容建議值為22pF~100pF,客戶實際設計為47nF,放大了1000倍,比對公式,C2容值越大,頻寬越低,暫態響應越慢,所以我們在動態抽載時,暫態反應過慢而讓輸出電壓有突波6.18V產生,進而損壞IC
改善
找到原因後,我們將C2修改為47pF,再進行動態抽載3A,可看到輸出電壓已無突波及下降,原先僅抽載1.5A輸出電壓已經FAIL,現在我們將輸出增加一倍,但電壓表現仍是穩定的,符合先前提到的原理以及我們預設使用條件,因為外部供給5V已經穩定,所以也不會因此損壞FPF2595
總結
從此例可得知電源穩定與否對於系統穩定性及元件可靠度影響甚鉅,因此工程師在進行電源設計時,應更為小心。
除了線路補償設計可改善暫態表現,以下幾點也可加強暫態表現
- 增加輸出電容:增加輸出電容可以減緩電壓瞬變。選擇陶瓷電容,因為它的ESR較低,但仍需注意ESR和ESL的問題
- 優化電路佈局:將電源轉換器和負載放置在靠近的位置,以減少路徑上的寄生電阻和電感,提高電源軌的品質
- 使用電解電容:在靠近電源轉換器的輸出端加入電解電容,以快速響應負載變化
參考文檔
FPF2595 Datasheet
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