如何快速調(diào)試TLD6098-X的設(shè)計(jì)

TLD6098-2ES是寬電壓輸入雙通道多拓?fù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/DC/DC控制器">DC/DC控制器，兩個(gè)通道上的電流或者電壓通過(guò)可以通過(guò)不同的拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，作為一級(jí)恒壓源或者恒流源。目前TLD6098可以支持的拓?fù)溆校簩?duì)地升壓，SEPIC, 反激，對(duì)電池升壓，降壓。

本文針對(duì)TLD6098-X在保護(hù)診斷設(shè)計(jì)上的特殊處理，以及實(shí)際使用當(dāng)中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析和解答，使設(shè)計(jì)者可以盡快定位問(wèn)題，從而快速問(wèn)題，縮短設(shè)計(jì)周期。

1.介紹

汽車的ECU設(shè)計(jì)從概念到驗(yàn)證是需要很多的步驟。通過(guò)測(cè)試原型機(jī)的PCB來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是最重要并且最花時(shí)間的步驟之一。所有可能的輸入變化量需要加在ECU的上并且需要仔細(xì)檢查與之相關(guān)的輸出。

在調(diào)試當(dāng)中有可能會(huì)觸發(fā)錯(cuò)誤狀態(tài)，測(cè)試工程師需要通過(guò)測(cè)量波形來(lái)診斷PCB。

使用TLD6098-X可以通過(guò)測(cè)量FPWM/FAULT波形來(lái)定位報(bào)錯(cuò)的原因。根據(jù)不同影響LED 驅(qū)動(dòng)的原因，F(xiàn)PWM/FAULT管腳產(chǎn)生不同的波形。每種出錯(cuò)信息輸出不同的PWM占空比，使得出錯(cuò)信息容易辨認(rèn)?？梢杂檬静ㄆ鞯奶桨暨M(jìn)行測(cè)量。如果需要使用這個(gè)功能的話，F(xiàn)PWM/FAULT管腳對(duì)地的下來(lái)電阻的值需要處在1.8 k? - 9 k?區(qū)間。同時(shí)MCU可以容易的識(shí)別這些數(shù)字模式，提高ECU上診斷的效率。

2.短路到地

當(dāng)ECU爭(zhēng)端輸出短路到地，LED驅(qū)動(dòng)就不能給LED負(fù)載提供電流。這個(gè)會(huì)導(dǎo)致燈不亮。

TLD6098-X檢測(cè)到VFB的電壓小于100mV（V_{VFB_S2G} 閾值）。在8ms（t_S2G）之后控制器執(zhí)行常規(guī)的軟啟動(dòng)，給輸出電容重新充電來(lái)檢測(cè)看看短路道地是否依然存在。如果VFB管腳的電壓沒(méi)有上升到高于150mV（V_{VFB_S2G}+V_{VFB_S2G_HYS}），芯片判斷短路依然存在。

在短路到地的檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中，F(xiàn)PWM/FAULT 管腳是個(gè)占空比為80%的PWM，并且芯片的SWO管腳門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)只有在軟起動(dòng)重試過(guò)程中使能。

但是芯片處于PWM調(diào)光狀態(tài)時(shí)，PWM的duty會(huì)有變化，主要是因?yàn)樾酒辉赑WM on時(shí)候才會(huì)做短路到地檢測(cè)。

圖1 PWM調(diào)光是100%時(shí)短路到地時(shí)序圖

圖2 PWM調(diào)光是50%時(shí)短路到地時(shí)序圖

通過(guò)分壓電阻輸出電壓的可以反應(yīng)到VFB的電壓上。在電壓掉到觸發(fā)短路到地閾值以下ai，芯片進(jìn)入短路到地保護(hù)狀況，當(dāng)短路條件移除，VFB管腳的上升到閾值加滯回值時(shí)，芯片恢復(fù)正常工作狀態(tài)，可以參考以下的兩個(gè)公式（R_VFBH and R_VFBL是輸出對(duì)地的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)）：

在一些拓?fù)渲校驗(yàn)橛兄苯訌碾姵氐降氐穆窂?，比如boost，在這種情況下，調(diào)光的PMOS可以關(guān)斷輸出切斷來(lái)自輸入的過(guò)流來(lái)保護(hù)器件。防止過(guò)流損壞電感L₁, 二極管D₁, 電阻R_FB, 已經(jīng)線纜和連接器。.

圖3 TLD6098-1短路到地保護(hù)應(yīng)用框圖

PMOS的選型需要保證重復(fù)重啟時(shí)沒(méi)有輸入電流限制。

3.輸出過(guò)壓

另外一個(gè)燈不亮的原因是LED開(kāi)路。負(fù)載開(kāi)路會(huì)在線束或者LED開(kāi)路是發(fā)生。

在負(fù)載開(kāi)路的時(shí)候，由于輸出電容的電流沒(méi)有泄放的路徑，輸出電壓會(huì)升高。芯片通過(guò)檢測(cè)VFB管腳的電壓來(lái)識(shí)別出開(kāi)路的狀態(tài)。當(dāng)VFB管腳的電壓高于1.6V (V_{VFB_OV})， 將觸發(fā)輸出過(guò)壓的故障，當(dāng)電壓小于1.4V (V_{VFB_OV}–V_{VFB_OV_HYS}).時(shí)，則認(rèn)為芯片從故障中恢復(fù)。

圖4 PWM調(diào)光是100%時(shí)輸出過(guò)壓時(shí)序圖

圖5 PWM調(diào)光從50%到100%時(shí)輸出過(guò)壓時(shí)序圖

在輸出檢測(cè)過(guò)壓時(shí)，芯片在PWM 調(diào)光100%時(shí)候，F(xiàn)PWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。SWO的輸出在檢測(cè)到過(guò)壓時(shí)關(guān)閉，在tfault結(jié)束以及故障移除時(shí)，SWO恢復(fù)輸出。

需要注意的時(shí)候在PWMI off的時(shí)候芯片不做過(guò)壓檢測(cè)。

實(shí)際輸出過(guò)壓閾值用VFB的過(guò)壓閾值以及電阻分壓網(wǎng)絡(luò)一起決定（原理圖上R_VFBH和R_VFBL）。

在輸出電壓高于以下值會(huì)觸發(fā)輸出過(guò)壓故障：

當(dāng)輸出電壓低于以下值時(shí)從輸出過(guò)壓故障退出：

圖6 TLD6098-1輸出過(guò)壓保護(hù)應(yīng)用框圖

通常分壓電阻網(wǎng)絡(luò)和輸出電容并聯(lián)，這樣可以根據(jù)輸出電容的耐壓值來(lái)選擇合適的分壓電阻。

4.FBH管腳過(guò)壓

DC-DC不僅僅能夠檢測(cè)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)后面的開(kāi)路，還可以檢測(cè)V_FB檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路。

在這種情況下，為了提高系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)FBH的電壓高于75V(V_FBH(H))時(shí)，芯片會(huì)關(guān)閉SWO門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)FBH電壓低于65V(V_FBH(L)).時(shí)，芯片從故障狀態(tài)出來(lái)。

圖7 PWM調(diào)光是100%時(shí)FBH過(guò)壓時(shí)序圖

在FBH檢測(cè)到過(guò)壓時(shí)，芯片在PWM 調(diào)光100%時(shí)候，F(xiàn)PWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。在整個(gè)報(bào)錯(cuò)的PWM周期，SWO門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)一直處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖8 TLD6098-1 FBH過(guò)壓保護(hù)應(yīng)用框圖

在一些應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者可以講VFB的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)挪到離負(fù)載更近（PMOS后面）來(lái)保護(hù)負(fù)載。在這種配置下，R_FB 護(hù)著PMOS故障時(shí)會(huì)對(duì)D1的陰極產(chǎn)生不可控的電壓。FBH在電壓超過(guò)75V過(guò)壓保護(hù)通過(guò)關(guān)斷SWO門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)來(lái)防止芯片進(jìn)一步被損壞。

5.過(guò)流

超過(guò)LED顆粒的最大電流會(huì)使得每個(gè)LED暴露在高節(jié)電流下?lián)p壞LED燈串。TLD6098-X 系列提供了防止在80ms (8*t_FAULT)的時(shí)間窗口內(nèi)輸出電流不可控持續(xù)超過(guò)4ms(t_OC)的保護(hù)。過(guò)流從FBH與FBL的壓差超過(guò)300mV (V_{OC_200%})開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)壓差低于265mV(V_OC__200%-V_{OC_HYS})時(shí)停止計(jì)時(shí)。在這段時(shí)間內(nèi)，PMOS關(guān)斷來(lái)減小負(fù)載的平均電流。

一旦過(guò)流的計(jì)時(shí)器累計(jì)時(shí)間超過(guò)4ms, PMOS會(huì)關(guān)斷80ms（為了保護(hù)PMOS不會(huì)超過(guò)耗散功率）并且FPWM/FAULT管腳輸出20%占空比。

這個(gè)濾波時(shí)間在輸出電流是PWM波的情況下也是被使能的。并且模擬調(diào)光設(shè)定值也不能改變過(guò)流的閾值。

6.過(guò)溫

在高結(jié)溫會(huì)降低芯片的性能并且有可靠性的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)關(guān)閉芯片內(nèi)部的過(guò)溫保護(hù)可以防止上述問(wèn)題。

這個(gè)功能在結(jié)溫到達(dá)175°C ( T_J(SD))觸發(fā)直到結(jié)溫低于165°C ( T_J(SD)-T_{J(SD_HYS)})。

芯片以FPWM/FAULT管腳持續(xù)的高電平作為報(bào)警。

我們不建議芯片在正常工作時(shí)連續(xù)使用觸發(fā)這個(gè)功能。正常芯片結(jié)溫應(yīng)保持不超過(guò)150°C。

7.結(jié)論

設(shè)計(jì)時(shí)間是提高研發(fā)中心生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。只有靜態(tài)報(bào)警標(biāo)志的LED驅(qū)動(dòng)板有時(shí)會(huì)花費(fèi)非常長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行PCB的調(diào)試。而TLD6098-X給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)在不需要MCU讀寄存器的情況可區(qū)分故障類型的報(bào)警信號(hào)，大大提高了故障識(shí)別能力并且提高調(diào)試效率。

這個(gè)解決方案可以可以和MCU一起配合，作為成本較高SPI通訊口線DCDC和成本較低只有傳統(tǒng)靜態(tài)報(bào)警標(biāo)志芯片之間的性能和成本均衡的選擇。