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[参考译文] TPS65982:CC 线路故障

Guru**** 2587365 points
Other Parts Discussed in Thread: TPD6S300A, TPS65982, HD3SS460, BQ25895, TPS65987D, TPS25750, TPS65988

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/971851/tps65982-cc-line-failure

器件型号:TPS65982
主题中讨论的其他器件:TPD6S300AHD3SS460BQ25895TPS65987DTPS25750TPS65988

我们对电路板设计进行了多次迭代、尝试修复 TPS65982 CC 线路长期以来出现的故障。 在之前的电路板版本中、我们发现 CC 线路(CC1、CC2或两者)可能会由于插入或拔下 VBUS 电源而出现故障。 发现 TPS65982容易受到 VBUS 短路故障模式影响后、我们决定引入 TPD6S300A、以防止出现这种情况。 添加保护 IC 后、我们仍然遇到这些故障、当发生这些故障时、我们无法执行大多数协商、例如 VBUS 电压或 DP 交替模式。 接下来、我们   在 VBUS 上添加了一个400CC1206LR-C PTC 保险丝、PTVS16VS1UR TVS 二极管和一个 NSR20F30NXT5G 肖特基、以尝试解决该问题。 这些更改以及布局的一些相当重大的更改似乎略微减少了出现故障的次数、但仍然频繁发生、对我们的客户来说是一个问题。

作为参考、我们将 TPS65982编程为具有三个灌电流 PDO、一个在12V (器件的首选电压)、一个在9V、另一个在5V。 此外、我们还使用了 BQ25895充电控制器、VBUS 将被传递到该控制器。 我们从 PP_HV 吸收 VBUS (12V、9V 或5V)、当作为 VBUS 电源进行协商时、我们将 BQ25895置于 OTG 模式、它为 PP_5V0提供5V 电压。 我们的器 件还在 DP 交替模式下使用 HD3SS460、但发现此故障模式在简单的电源/充电状态下出现、因此我们不怀疑电路的这一部分是否相关。 人们怀疑 在使用 USB-C 集线器时发生了一些故障、但我们也看到、仅使用简单的 USB-C PD 电源(墙面稳健)时也会发生这些故障。

在先前版本的电路板上、我使用 DMM 来测量出现故障的 CC 线路直流电阻 GND 接近0Ω Ω(至少100Ω Ω 或更低)、从而有效地短接至 GND。 我没有与我一起使用的最新器件发生故障的实例、但我的同事确实这样做了、因此如果您建议进行任何测量、他将代表我(他甚至可以加入此主题)执行此操作。

我们使用 了 C_CCN 引脚状态寄存器(0x69)来帮助我们确定 CC 线路是否发生故障、方法是查看寄存器在没有 VBUS 源存在时(器件已拔出)报告的内容、此时 VBUS 源与电缆在一个方向上存在、 当 VBUS 电源出现时、电缆会在另一个方向翻转。 当在使用 USB-C PD 电源的 TPS65982 CC 线路未发生故障的工作装置上执行此操作时、我们将获得如下所示的结果:

$ sudo i2ctransfer -f -y 0 W1@3f 0x69 R5
0x04 0x00 0x00 0x00 0x42 <-这是0x42000000
$ sudo i2ctransfer -f -y 0 W1@3f 0x69 R5
0x04 0x01 0x05 0x00 0x47   <-这是0x47000501
$ sudo i2ctransfer -f -y 0 W1@3f 0x69 R5
0x04 0x02 0x00 0x05 0x47   <-这是0x47050002 

但是、对于 CC 线路损坏的器件、我们会得到类似的结果(在一个或两个方向上、具体取决于两个方向是否都损坏):

$ sudo i2ctransfer -f -y 0 W1@3f 0x69 R5
0x04 0x00 0x00 0x00 0x21 <-这是0x21000000
$ sudo i2ctransfer -f -y 0 W1@3f 0x69 R5
0x04 0x00 0x00 0x00 0x21 这是0x21000000 

CCpinForPD 卡在0x00、 CC1PinState 和 CC2PinState 也是如此、它卡在"unattached.SNK"状态。 而对于功能单元、如果"C_CC1"或"C_CC2 "是用于 PD 通信的 CC 引脚"、则会准确地遵循、说明相应 CC 线路上通告的3.0A 电流、并作为 DRP (如我们的固件中定义)实现"attached.SNK"状态。

请告诉我们、您是否有任何关于我们如何确定发生的事情的建议、或者您是否有任何关于此类故障的经验、我们如何解决此类故障。 如果需要、我们愿意并能够为您提供相关的原理图和布局供您查看。

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    您好 Erik、

    感谢您的详细博文。 使用寄存器0x69非常有创意、我从未见过它以这种方式使用。 我将在以后的个人调试步骤中记住这一点。  

    在确定问题时、最有可能是由于 CC 引脚或 VBUS 上的过压事件引起的。 由于 CC 引脚似乎与接地短路、因此很可能是由于 CC 引脚上发生过压事件。 这可能是由于在拔下电源线时 VBUS 和 CC 引脚彼此短路所致。 如果发生这种情况、您可以使用示波器看到这种情况。 在断开事件期间测量连接器上的 VBUS 和 CC 引脚、并查看您是否看到 CC 引脚上的电压上升到 VBUS 的电平。 如果您看到这种情况发生、那么您知道引脚将短接在一起。

    您添加 TPD 器件、TVS 二极管和肖特基二极管的想法正是我针对此类问题提出的建议。 但是、如果不是这些器件、则会完全消除 CC 引脚上发生短路或浪涌事件期间可能出现的损坏风险。 在 CC 引脚上发生浪涌事件期间、TPD6S300A 会将 PD 控制器与连接器隔离开来、但由于 TPS65982的容差很小、TPS6S300A 可能允许 TPS65982出现略高于其最大绝对值的电压尖峰 我们较新的 PD 控制器在 CC 引脚上具有更高的电压容差、因此这不再是保护器件的问题、但 TPS65982在 CC 引脚上仍具有6V 绝对最大阈值。  

    不过、对于您的系统、我建议测量 CC 和 VBUS 引脚、以查看您是否可以捕捉发生的故障事件。 如果持续发生 VBUS 短路事件、则可能是连接器本身的容差太高、导致电缆在仍处于连接器中时移动的问题  

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    你好、Adam。

    感谢您的回复。

    我们较新的 PD 控制器在 CC 引脚上具有更高的电压容差

    您所说的这些新 USB-C PD 控制器中是否有任何一个可作为 TPS65982的直接替代产品?

    我建议测量 CC 和 VBUS 引脚、看看您是否可以捕捉发生的故障事件

    当 CC 线路发生故障时、我们很难捕捉事件、我们认为这是一个 VBUS 短路事件、仍然导致它只是推测、 遗憾的是、由于故障的罕见性和重现困难、我们无法在故障发生时测量故障。

    除了查看我们器件上 USB-C 插座的容差/松动外、您还想了解我们如何缓解或消除此问题的其他建议吗?

    此致、

    Eric

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    尊敬的 Eric:

    遗憾的是、我们的所有新 PD 控制器都不能直接替代 TPS65982。

    在缓解或消除此问题方面、您已经采取了正确的步骤、向系统添加了正确的设备。 如果在断开连接期间对 VBUS 短路是问题所在、则说明您已经采取了正确的步骤。 我能想到的唯一能帮助保护设备性能的是改进其布局。 即增加连接过孔的数量、覆铜面积等...

    但是、由于我们没有故障事件的任何波形、这只是推测。 将 CC 引脚短接至 GND 是问题的后果、但不是问题本身。 我确信故障是由于 CC 引脚上的过压事件导致的、这很可能是由于 VBUS 短路造成的。 但是、除非我们看到故障波形、否则无法确定

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    尊敬的 Adam:

    如果我们将其设为协商的 VBUS 电压只能为5V、那么我认为这应该完全消除故障模式(假设它是由于 VBUS 短路)、对吧? 遗憾的是、这会影响我们产品的充电性能、但考虑到您所概述的内容、这可能是必要的。

    此外、如果我们将 VBUS 限制为5V、但仍然看到这种情况发生、则这可能表示存在其他情况。

    您能否与我分享一下您所说的新 USB-C PD 控制器是什么? 我们可能会考虑在将来的修订中使用它们。

    此致、

    Eric

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    你(们)好 Eric

    是的、正确。 如果您将电源能力限制在5V、则几乎可以消除由于 VBUS 短路事件而造成损坏的可能性。 但是、我不建议将此作为一个选项、因为它会降低您的产品的最终性能、从而解决很少发生的问题。 但这是一个您可以选择的选项。

    如果您确实看到在仅限5V 电压后仍然出现问题、那么是的、这可能是其他问题。 但是、除非在故障事件期间进行捕获、否则无法确定其他情况会发生什么。  

    最新的单端口 PD 控制器是 TPS65987D 和 TPS25750。 如果您的系统仅提供电源、不需要支持 DP 等任何交替模式、我建议使用 TPS25750。 由于 VBUS 和 CC 引脚的额定电压分别为28V 和26V、因此该器件实际上不需要外部保护。  

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    您好、Adam、

     对于 TPS65987D、其 CC1和 CC2引脚的最大额定电压仍然为6V。

    如果您的系统仅提供电源、并且不需要支持 DP 等任何交替模式

    我们需要 DP 交替模式支持(使用 HD3SS460)并需要 PD 双角色端口(DRP)功能。 是否有任何 USB-C PD 控制器可满足此要求、但在 CC 引脚上也具有较高的最大电压额定值?

    此致、

    Eric

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    尊敬的 Eric:

    是的、TPS65987D 具有与 TPS65982类似的最大电压、但内部架构不同于能够承受更多电流流过内部二极管的情况、因此可针对潜在瞬态尖峰提供更好的性能。 TPS6S300在设计时考虑了 TPS65987D 和 TPS65988