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[参考译文] TPS65131-Q1:轻负载条件下的设计审查、大输出和输入纹波

Guru**** 2391935 points
Other Parts Discussed in Thread: TIDA-00689, TPS65131EVM-839, TPS65131, TPS65131-Q1

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/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1534703/tps65131-q1-design-review-large-output-and-input-ripple-at-light-loads

器件型号:TPS65131-Q1
主题中讨论的其他器件:TPS65131EVM-839、TIDA-00689、 TPS65131

工具/软件:

您好 TI 专家!
我们的一款设计中实现了 5V 转+/–15 电源。 负载很轻、低于 20mA、但希望低于 10mA。
以下信息用作设计的基础、即元件选择和布局:数据表典型应用 (4.7uH) 评估模块。 电路板设计 TIDA-00689(这是我们的主要参考,我们还需要一个紧凑型设计,10uH)评估模块。 电路板设计 TPS65131EVM-839(适用于 TPS65131、4.7uH)
L1、L3 是 Wurth 744031006 (6.8uH)。 建议在 4.7uH 和 10uH 之间以尽可能减小纹波。 数据表中建议使用电感器系列 Wurth 744031XXX。
我们的问题是启用节能模式(PSP、PSN 高电平)时、轻负载(即空载,3mA 或<xmt-block1> 10mA</xmt-block>) 下 10mA 下的)的输出纹波较大。 由于电源将用于电池供电的传感器系统、因此应优先考虑效率和低纹波。
尤其是+15V 纹波过高(>150mV p-p,不均匀,请参阅下文)、即使由线性实验室电源供电、它也会在 5V 输入电源上产生 200mV 的 p-p 纹波。
数据表中的图 8-11 显示了在省电模式开启和 20mA 负载下具有 50mV pp 的 VPOS 纹波。
我们测量中的一般 VPOS 纹波是类似的、但有时 TPS65131-Q1 似乎会在一段时间内跳过控制输出电压、从而产生更大的 p-p 纹波。 此外、电压会突然升高、这与图 8-11 不一致。 关闭省电模式时、纹波看起来更正常、如下所示。
在整个设计中、5V 电源由隔离式 DC/DC 转换器生成。 TPS65131-Q1 电路输入端的大电流纹波会干扰隔离式 DC/DC 输出电压控制、这是另一个问题。
原理图:

3mA 负载处具有+15V 纹波、省电模式开启(丢弃 CH2)

8mA 负载处具有+15V 纹波、省电模式开启(丢弃 CH2)

+5V 纹波、省电模式开启(丢弃 CH2)

10mA 处的纹波电压为+15V(?) 负载、省电模式关闭(丢弃 CH2)

+5V 纹波、省电模式关闭(丢弃 CH2)

  • 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。

    您好 Samuel、

    启用省电模式后会出现大电压纹波、您可以尝试将电感降低到 4.7uH 左右、看看是否有任何改善。

    BR

    Patrick

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    尊敬的 Patrick:

    感谢您的回答。
    我花了一段时间回复您的帖子、因为我正在对影响功耗的问题进行故障排除。 下面的测量结果更能代表我们的实施方案。

    在关闭省电模式的情况下、TPS65131 在我们应用中的功效为 18-28%、请参阅下文。 由于+5V_ISO 由隔离式 DC/DC 供电、因此这会使整体电源效率非常低。 该系统在许多应用中由电池供电、因此电源效率非常重要。 为该系统供电的电流外部电源也限制为 600mA。 因此、我们希望在可能的情况下使省电模式正常工作。 选择此 IC 的主要原因是因为 eval 的整体解决方案。 TIDA-00689 非常符合我们的设计目标。 TIDA-00689 设计中使用了省电模式。

    假设预期会出现我们测量的纹波。 如果我们可以接受+15V 和–15V 的输出纹波幅度、那么还有其他情况我们没有预料到:
    1、不规则+15V 纹波控制。 一般纹波约为 50mV、这很好、但有时它>100mV。 我们期望均匀控制纹波。 现在、看起来控制环路会不时跳过对输出的控制。 您对此有解释和解决方案吗? 4.7uH 线圈可以改善这一点吗? 电压纹波振幅是否可以与系统本底噪声处于相同的范围内?
    2.是否预期快速+15V 上升沿? 快速上升沿可提供很大的 EMI。 是否与数据表中的测量值不匹配、但轻负载可以解释一下?
    3.输入+5V_ISO 纹波是不可接受的 (200-300mVp-p ),这是我们最大的问题。 在此测试中、+5V ISO 是由线性实验室电源供电。 实现的隔离式 DC/DC 将输出电压控制得比外部线性实验室电源更差、这一点不足为奇。 测得的峰值纹波电流超过平均电流的两倍 (ch2、请注意、时间标度为 50us/div):

    显然、我们希望尽可能在 TPS65131 电路内部处理纹波。
    您对此有解释或解决方案吗? 再次注意、我们尝试了遵循 TIDA-00689 设计。

    PSP、PSN 高(节电模式开启)
    最小+/–15V 负载:静态供电电路
    I (+15V)= 3.3mA
    I(–15V)= 2.9mA
    I (+5V_ISO)= 47mA
    效率:38%
    最大负载:1mA RMS 正弦波
    I (+15V)= 6.6mA
    I(–15V)= 4.9mA
    I (+5V_ISO)= 69mA
    效率:49%

    PSP、PSN 低(省电模式关闭)
    最小+/–15V 负载:静态供电电路
    I (+15V)= 3.3mA
    I(–15V)= 2.9mA
    I (+5V_ISO)= 101mA
    效率:18%
    最大负载:1mA RMS 正弦波
    I (+15V)= 6.6mA
    I(–15V)= 4.9mA
    I (+5V_ISO)= 120mA
    效率:28%

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    您好  Samuel、

    较小的电感会降低轻负载时提供给输出电容器的能量、因此理论上这有助于改善输出纹波。

    对于 +5V_ISO 纹波、是在节能模式打开还是关闭的情况下测量的? 更大的输入电容可能有助于减少纹波。

    您还可以尝试增加外部电源电流限值、以避免浪涌电流达到该限值并导致额外的压降。

    BR

    Patrick