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，兩個通道上的電流或者電壓通過可以通過不同的拓撲實現(xiàn)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，以及實際使用當中常見問題進行分析和解答，使設計者可以盡快定位問題，從而快速問題，縮短設計周期。

1.介紹

汽車的ECU設計從概念到驗證是需要很多的步驟。通過測試原型機的PCB來驗證設計是最重要并且最花時間的步驟之一。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的輸出。

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

使用TLD6098-X可以通過測量FPWM/FAULT波形來定位報錯的原因。根據不同影響LED 驅動的原因，F(xiàn)PWM/FAULT管腳產生不同的波形。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。可以用示波器的探棒進行測量。如果需要使用這個功能的話，F(xiàn)PWM/FAULT管腳對地的下來電阻的值需要處在1.8 k? - 9 k?區(qū)間。同時MCU可以容易的識別這些數(shù)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驅動就不能給LED負載提供電流。這個會導致燈不亮。

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(zhí)行常規(guī)的軟啟動，給輸出電容重新充電來檢測看看短路道地是否依然存在。如果VFB管腳的電壓沒有上升到高于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程當中，F(xiàn)PWM/FAULT 管腳是個占空比為80%的PWM，并且芯片的SWO管腳門級驅動只有在軟起動重試過程中使能。

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

圖1 PWM調光是100%時短路到地時序圖

圖2 PWM調光是50%時短路到地時序圖

通過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，芯片恢復正常工作狀態(tài)，可以參考以下的兩個公式（R_VFBH and R_VFBL是輸出對地的分壓電阻網絡）：

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可以關斷輸出切斷來自輸入的過流來保護器件。防止過流損壞電感L₁, 二極管D₁, 電阻R_FB, 已經線纜和連接器。.

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沒有輸入電流限制。

3.輸出過壓

另外一個燈不亮的原因是LED開路。負載開路會在線束或者LED開路是發(fā)生。

在負載開路的時候，由于輸出電容的電流沒有泄放的路徑，輸出電壓會升高。芯片通過檢測VFB管腳的電壓來識別出開路的狀態(tài)。當VFB管腳的電壓高于1.6V (V_{VFB_OV})， 將觸發(fā)輸出過壓的故障，當電壓小于1.4V (V_{VFB_OV}–V_{VFB_OV_HYS}).時，則認為芯片從故障中恢復。

圖4 PWM調光是100%時輸出過壓時序圖

圖5 PWM調光從50%到100%時輸出過壓時序圖

在輸出檢測過壓時，芯片在PWM 調光100%時候，F(xiàn)PWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。SWO的輸出在檢測到過壓時關閉，在tfault結束以及故障移除時，SWO恢復輸出。

需要注意的時候在PWMI off的時候芯片不做過壓檢測。

實際輸出過壓閾值用VFB的過壓閾值以及電阻分壓網絡一起決定（原理圖上R_VFBH和R_VFBL）。

在輸出電壓高于以下值會觸發(fā)輸出過壓故障：

當輸出電壓低于以下值時從輸出過壓故障退出：

圖6 TLD6098-1輸出過壓保護應用框圖

通常分壓電阻網絡和輸出電容并聯(lián)，這樣可以根據輸出電容的耐壓值來選擇合適的分壓電阻。

4.FBH管腳過壓

DC-DC不僅僅能夠檢測分壓電阻網絡后面的開路，還可以檢測V_FB檢測網絡的開路。

在這種情況下，為了提高系統(tǒng)的可靠性，當FBH的電壓高于75V(V_FBH(H))時，芯片會關閉SWO門級驅動。當FBH電壓低于65V(V_FBH(L)).時，芯片從故障狀態(tài)出來。

圖7 PWM調光是100%時FBH過壓時序圖

在FBH檢測到過壓時，芯片在PWM 調光100%時候，F(xiàn)PWM/FAULT管腳輸出60%占空比PWM波。在整個報錯的PWM周期，SWO門級驅動一直處于關閉狀態(tài)。

圖8 TLD6098-1 FBH過壓保護應用框圖

在一些應用中，設計者可以講VFB的電阻分壓網絡挪到離負載更近（PMOS后面）來保護負載。在這種配置下，R_FB 護著PMOS故障時會對D1的陰極產生不可控的電壓。FBH在電壓超過75V過壓保護通過關斷SWO門級驅動來防止芯片進一步被損壞。

5.過流

超過LED顆粒的最大電流會使得每個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)的時間窗口內輸出電流不可控持續(xù)超過4ms(t_OC)的保護。過流從FBH與FBL的壓差超過300mV (V_{OC_200%})開始計時，當壓差低于265mV(V_OC__200%-V_{OC_HYS})時停止計時。在這段時間內，PMOS關斷來減小負載的平均電流。

一旦過流的計時器累計時間超過4ms, PMOS會關斷80ms（為了保護PMOS不會超過耗散功率）并且FPWM/FAULT管腳輸出20%占空比。

這個濾波時間在輸出電流是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流的閾值。

6.過溫

在高結溫會降低芯片的性能并且有可靠性的風險。通過關閉芯片內部的過溫保護可以防止上述問題。

這個功能在結溫到達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(xù)的高電平作為報警。

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

7.結論

設計時間是提高研發(fā)中心生產力的關鍵因素。只有靜態(tài)報警標志的LED驅動板有時會花費非常長的時間來進行PCB的調試。而TLD6098-X給設計者提供了一個在不需要MCU讀寄存器的情況可區(qū)分故障類型的報警信號，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)報警標志芯片之間的性能和成本均衡的選擇。