如何快速調試TLD6098-X的設計

TLD6098-2ES是寬電壓輸入雙通道多拓撲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)不同的拓撲實(shí)現閉環(huán)控制，作為一級恒壓源或者恒流源。目前TLD6098可以支持的拓撲有：對地升壓，SEPIC, 反激，對電池升壓，降壓。

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

1.介紹

汽車(chē)的ECU設計從概念到驗證是需要很多的步驟。通過(guò)測試原型機的PCB來(lái)驗證設計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的上并且需要仔細檢查與之相關(guān)的輸出。

在調試當中有可能會(huì )觸發(fā)錯誤狀態(tài)，測試工程師需要通過(guò)測量波形來(lái)診斷PCB。

使用TLD6098-X可以通過(guò)測量FPWM/FAULT波形來(lái)定位報錯的原因。根據不同影響LED 驅動(dòng)的原因，FPWM/FAULT管腳產(chǎn)生不同的波形。每種出錯信息輸出不同的PWM占空比，使得出錯信息容易辨認?？梢杂檬静ㄆ鞯奶桨暨M(jìn)行測量。如果需要使用這個(gè)功能的話(huà)，FPWM/FAULT管腳對地的下來(lái)電阻的值需要處在1.8 k? - 9 k?區間。同時(shí)MCU可以容易的識別這些數字模式，提高ECU上診斷的效率。

2.短路到地

當ECU爭端輸出短路到地，LED驅動(dòng)就不能給LED負載提供電流。這個(gè)會(huì )導致燈不亮。

TLD6098-X檢測到VFB的電壓小于100mV（V_{VFB_S2G} 閾值）。在8ms（t_S2G）之后控制器執行常規的軟啟動(dòng)，給輸出電容重新充電來(lái)檢測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。

在短路到地的檢測過(guò)程當中，FPWM/FAULT 管腳是個(gè)占空比為80%的PWM，并且芯片的SWO管腳門(mén)級驅動(dòng)只有在軟起動(dòng)重試過(guò)程中使能。

但是芯片處于PWM調光狀態(tài)時(shí)，PWM的duty會(huì )有變化，主要是因為芯片只在PWM on時(shí)候才會(huì )做短路到地檢測。

圖1 PWM調光是100%時(shí)短路到地時(shí)序圖

圖2 PWM調光是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)入短路到地保護狀況，當短路條件移除，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是輸出對地的分壓電阻網(wǎng)絡(luò )）：

在一些拓撲中，因為有直接從電池到地的路徑，比如boost，在這種情況下，調光的PMOS可以關(guān)斷輸出切斷來(lái)自輸入的過(guò)流來(lái)保護器件。防止過(guò)流損壞電感L₁, 二極管D₁, 電阻R_FB, 已經(jīng)線(xiàn)纜和連接器。.

圖3 TLD6098-1短路到地保護應用框圖

PMOS的選型需要保證重復重啟時(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。負載開(kāi)路會(huì )在線(xiàn)束或者LED開(kāi)路是發(fā)生。

在負載開(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VFB管腳的電壓來(lái)識別出開(kāi)路的狀態(tài)。當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，當電壓小于1.4V (V_{VFB_OV}–V_{VFB_OV_HYS}).時(shí)，則認為芯片從故障中恢復。

圖4 PWM調光是100%時(shí)輸出過(guò)壓時(shí)序圖

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

在輸出檢測過(guò)壓時(shí)，芯片在PWM 調光100%時(shí)候，FPWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。SWO的輸出在檢測到過(guò)壓時(shí)關(guān)閉，在tfault結束以及故障移除時(shí)，SWO恢復輸出。

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

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)壓保護應用框圖

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

在這種情況下，為了提高系統的可靠性，當FBH的電壓高于75V(V_FBH(H))時(shí)，芯片會(huì )關(guān)閉SWO門(mén)級驅動(dòng)。當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調光是100%時(shí)FBH過(guò)壓時(shí)序圖

在FBH檢測到過(guò)壓時(shí)，芯片在PWM 調光100%時(shí)候，FPWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。在整個(gè)報錯的PWM周期，SWO門(mén)級驅動(dòng)一直處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖8 TLD6098-1 FBH過(guò)壓保護應用框圖

在一些應用中，設計者可以講VFB的電阻分壓網(wǎng)絡(luò )挪到離負載更近（PMOS后面）來(lái)保護負載。在這種配置下，R_FB 護著(zhù)PMOS故障時(shí)會(huì )對D1的陰極產(chǎn)生不可控的電壓。FBH在電壓超過(guò)75V過(guò)壓保護通過(guò)關(guān)斷SWO門(mén)級驅動(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)間窗口內輸出電流不可控持續超過(guò)4ms(t_OC)的保護。過(guò)流從FBH與FBL的壓差超過(guò)300mV (V_{OC_200%})開(kāi)始計時(shí)，當壓差低于265mV(V_OC__200%-V_{OC_HYS})時(shí)停止計時(shí)。在這段時(shí)間內，PMOS關(guān)斷來(lái)減小負載的平均電流。

一旦過(guò)流的計時(shí)器累計時(shí)間超過(guò)4ms, PMOS會(huì )關(guān)斷80ms（為了保護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。并且模擬調光設定值也不能改變過(guò)流的閾值。

6.過(guò)溫

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

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

芯片以FPWM/FAULT管腳持續的高電平作為報警。

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

7.結論

設計時(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)報警標志的LED驅動(dòng)板有時(shí)會(huì )花費非常長(cháng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行PCB的調試。而TLD6098-X給設計者提供了一個(gè)在不需要MCU讀寄存器的情況可區分故障類(lèi)型的報警信號，大大提高了故障識別能力并且提高調試效率。

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(xiàn)DCDC和成本較低只有傳統靜態(tài)報警標志芯片之間的性能和成本均衡的選擇。