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[参考译文] TPS61252:TPS61252输出短路的可能原因

Guru**** 657500 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS62082, TPS61252, TPS61251
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/1074449/tps61252-the-possible-reason-for-output-short-of-tps61252

部件号:TPS61252
“线程”中讨论的其它部件:TPS62082,测试TPS61251

您好 TI 技术支持团队,

我设计了一个主板,其中一些低功耗传感器由 TPS62082 IC (IMU,LED 等)供电,2个电机和蜂鸣器由使用 TPS61252的5V 电源供电。 TPS62082 IC 也用于为 MCU (ESP32)供电,此部件(传感器+具有3.3V 电源的 MCU)工作正常。  我的输入电源为1S 2200mAh 18650锂离子电池(1C)。 主板上也有 USB 输入(用于编程 MCU),连接 USB 时(也连接了电池),USB 的电源优先级将被赋予。 PCB 是两层,底层和顶层是 GND 平面。 组件位于主板的两侧。 TPS61252和 TPS62082的布局基于数据表中给出的建议布局。

问题与 TPS61252部件有关。 2个电动机是霍比电动机(3-9V 电动机),在满载(5V)下,它们可消耗最大250-300mA 电流。 TB6612用作电动机驱动器 IC,它具有内置的后置 EMF 二极管。 实际上,TPS61252电流(我将其限制为1安培,10公里)对我来说已经足够了,因为在满载情况下,2个电机和1个蜂鸣器的最大电流为350mA 我在新设计中实现了这一点。 在初始测试期间,电动机和蜂鸣器工作正常。 有两个车轮连接到电动机(也有一个怠速轮),我在不同的方向(主板连接到驾驶底盘)左,右,后,前等处以不同的速度驾驶电动机,这些测试都很好。

经过一些测试,我注意到一些奇怪的行为。 我一起控制着电动机和蜂鸣器。 例如,我正在实施,向前进方向驱动电机,让蜂鸣器发出一些声音,右转,让蜂鸣器发出另一个声音等等。电机工作正常,但蜂鸣器发出一次声音,之后没有发出任何声音。 独立测试时,它们工作正常。

此外,经过一段时间(与电机一起工作2-3小时,在此期间我有时也在为电池充电),电机和蜂鸣器停止工作。 我认为导致此问题的原因是电池放电,因此我已为电池充满电,但电机再次无法工作。

我做了一些调试。

  1. 我用万用表测量了 TPS61252的输出,它显示为0.05V。 我用万用表测试了5V 至 GND,发现5V 节点中存在对 GND 短路。 我正在通过0欧姆跳线将5V 连接至电动机驱动器 IC 和蜂鸣器,我将其卸下,发现5V 至 GND 短路位于 TPS61252侧。
  2. 我测量了从 SW 到 GND 的电阻,没有短路,大约为620欧姆。

请帮我找出5V 至 GND 短路的可能原因,以及电动机+蜂鸣器在一起使用时会产生上述奇怪行为的原因? 我还注意到我的设计存在一些问题。 这些错误是否可能导致5V 至 GND 短路?

错误1。 我使用的是单路18650 2200mAh 电池,速率为1C。 也许在启动过程中,电动机会消耗大量电流,这会损坏 IC,所以我必须将 C 速率提高到3C,例如,电动机可以在开始时消耗更高的电流?

错误2. 我没有保护 TPS61252输出。 TPS61252的 Vout 绝对最大值约为7V。 可能是在电动机关闭期间,电动机/电动机驱动器对输出电压进行了充电,它超出了输出电压的最大额定值,因此 IC 损坏。 现在,我生产了新的 PCB,它在5V 输出处有5V TV 二极管,用于过电压保护。 (这是我在 e2e 论坛上关于使用 TPS61252为电动机驱动器供电的上一个问题中提出的。 我在我的新设计中实施了它,而不是在这个设计中实施)。

非常感谢你的帮助。

艾哈迈德

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    这些是蜂鸣器和直流电机的连接。  

    直流电动机: https://sha256systems.eu/Hobby-Motor-with-Encoder-Metal-Gear-DG01D-E/en

    蜂鸣器: www.adafruit.com/.../1536

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    您好,Ahmet,

    我已将此事转发给设备专家,但由于中国新年,答案可能会推迟。

    此致,

     斯特凡

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    斯特凡,你好,

    感谢你的帮助。

    此致,

    艾哈迈德

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    您好,Ahmet,

    请 让 IC 卸载并再次测试 SW->GND 和 VOUT->GND,VIN->GND 之间的阻抗。 如果您直接在机上进行测量,很难判断 IC 是否异常或其他因素正在影响您的测试。

    另一件值得注意的事情是反电动势。 我看到你们的马达有多种方向,这可能会产生反电动势并为输出电流充电。 当高于6.5V 且设备仍在切换时,可能会损坏 IC。

    TPS61252正在驱动电机时,您是否介意对 VOUT 执行一些波形? 电视可能有帮助,但保护设备太慢。 钽电容器更有效,但需要多少电容需要在电路板上进行额外测试。

    -文浩

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    您好,韦浩,

    我很抱歉我的答复太迟了。 我无法访问实验室,也无法进行测试。 所以我的回答延迟了。

    如您所述,我进行了一些测试, 并将结果波形附加为 PDF 格式。

    在我的测试过程中,在大多数情况下,我注意到当发生转换(例如从前进到后退)和/或电动机首次开始工作时,5V 线路的电压会在很短的时间内下降 (5V 线路压降有时低至2.5V)。 在我的测试中,印刷电路板是使用电源供电的,(VIN=3.7V,电源电流限制设置为1.5A)。  在上述测试中,没有任何5V 至 GND 之间的钽电容器或 TV 二极管。 当我将钽电容器置于电动机驱动器 IC 5V 引脚附近的5V 和 GND (100uF 10V)之间以查看发生的情况时, 波纹再次约为600mV,Vmax 约为5.3,Vmin 约为4.7 V。 我从未见过电压高于5.3-5.4伏。

    我有以下问题。 我注意到另一件事。 当我将电源电流限制设置为1A,并实施了前进3秒后后退3秒时,其中一个电机的运行情况与预期的不一样,另一个电机正在尝试改变方向,并且正在发生故障。 当我进一步降低当前限值(约0.5A)时,两人的行为都很奇怪,没有改变方向。 在我的印刷电路板中,有两个电源输入:USB 和单芯18650 2200mAh 1C 电池。 如果连接了 USB (例如上载某些代码),则电池始终存在,PCB 使用 USB 为电池充电,同时还优先使用 USB 为 PCB 供电。 PC USB 端口有一定的电流限制(0.5A–0.9A),或者如果电池容量下降,电池将无法提供足够的电流。  这些因素(功率/电流输入不足)是否会损坏 IC?

    感谢你的帮助,

    此致,  

    艾哈迈德

    e2e.ti.com/.../E2E_5F00_Reply.pdf

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    您好,Ahmet,

    感谢你在这里的答复。 如果您将电源电流限制设置为更低,TPS61252将尝试消耗更高电流时,它将会断电。 TPS61252的输出也会下降,使其无法驱动电动机。 电源或电流输入不足不是造成损坏的最佳可能性,因为 TPS61252本身集成了输入电流限制功能,其行为与此处的 PC 使用端口或电池电流限制类似。  

    背部电动势越高,可能导致损坏。 在电机运行方向转换过程中,电机是否有可能将电流反馈到 TPS61252端? 例如:当它向前运行时,当前方向如下:

    在从运转电机向前过渡到向后的过程中:其当前方向不能突然反转。 它必须找到一种在以下位置流动的方法:因此,TPS61252的输出将被充电。 如果电动机的不同方向之间的过渡速度过快,则可能导致 Vout 充电达到意外值。  

    您是否认为运行电机方向过渡更快,如果输出电压可以更高,请循环?

    -文浩

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    您好,韦浩,

    感谢你的回复。  

    正如您所建议的,我通过快速过渡进行了一些有压力的测试。 首先,我实施了前进(100%速度) 10毫秒和后退(100%速度) 10毫秒,并捕获了一些波形。  

    图1:快速转换波形。 VMAX=8.12V,Vmin=2.95V,Vpp=5.2V

    虽然这不是现实的情况(因为我实施延迟的时间不会少于1秒),但也许在某个时候我会遇到这个问题(例如,错误地  按顺序前进和后退可能会导致这种跳跃)。 正如您所说,在快速过渡期间,我看到一些跳转高达8.12V,高于设备最大输出电压=7V。

    然后,我用1秒 而不是10毫秒实现了相同的循环。 这一次,我看到的最大电压约为5.3V。 这一实施与 IC 相同。 尽管 TPS61252的 Vout 在快速转换测试期间被充电至8.12V,但它在1秒内仍能发挥作用。 它没有受到损坏。  

    图2:5V 输出(1秒)。 VMAX=5.3V,Vmin=4.6V

    正如您所说的,很可能,这种由反电动势引起的跳转会对 IC 造成损坏。 是否有任何方法保护5V 输出? 在您建议使用钽电容器之前。 我可以将一些高值钽电容器放到5V 线路上,还是电容器必须具有一些最佳值? 它还应该靠近 IC 还是靠近电机驱动器? 如果我理解正确,钽电容器的额定电压必须低于7V 才能处理尖峰信号?

    更新

    我使用了5V 和 GND 之间的双向电视二极管,我使用了相同的实现(10ms)。 这次峰值电压降至7.1V (我观察到最大值为7.3V)。 同样,该值也高于设备绝对最大值 我拥有的 tvs 二极管的 VBR 介于6.4至7.4伏(最小和最大)之间。  

    图3:添加了快速转换的输出波形和 TV 二极管。 VMAX=7.1V

    感谢你的帮助,

    艾哈迈德

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    您好,Ahmet,

    我建议您选择>16V 额定电压的散装电容器来吸收 EMF。 电视,即使您选择了7V 电视,它也有中断阈值变化,可能无法及时保护 IC。

    TPS61252建议电容低于40uF,但如果您在 Vout 上添加了散装电容器。 您可以测量波德图解以检查 IC 在重载情况下是否稳定。

    因此,如果您的电动机有了 EMF,则需要在 TPS61252的输出上添加散装电容器,以避免过压。 但是,增加太多电容可能会导致回路不稳定。 如果需要使回路不稳定的电容才能有效地降下 EMF,则可能需要考虑 TPS61251。 它设计用于散装电容用例。

    -文浩

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    您好,韦浩,

    非常感谢您帮助我诊断问题。 实际上,我以前使用过 TPS61251,但 Digikey 和 Mouser 中的 TPS61251已缺货,因此我搬到了 TPS61252。

    我还有两个问题。  

    1.长期而言,用于吸收能量的电容器是否有问题?如果我将钽电容器放在电动机驱动器 IC 附近,它是否也会导致您提到的回路稳定性问题?  

    1.我计划通过调整输出设置电阻器将 TPS61252输出略微提升至5.3V,并在输出上放置肖特基二极管,如下图所示。 然后,我会将电视输出(+5V 部件不需要完全为5V,可能要低一些或更高一些)。 如果有反电动势,肖特基二极管将不会向后工作,也不会为 IC 充电。 此外,电视会将电压峰值限制在7伏左右。 您认为这种解决方案是否可行?

    再次感谢您的帮助,

    此致,

    艾哈迈德

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    您好,Ahmet,

    请根据您的问题参阅以下评论。

    1.长期而言,用于吸收能量的电容器是否有问题?如果我将钽电容器放在电动机驱动器 IC 附近,它是否也会导致您提到的回路稳定性问题?  

    [WW]这取决于你。 因为您需要评估电容器的数量足以在最坏的情况下降低 EMF 峰值。 TPS61252或 TPS61251本身无法控制此处的 EMF。 您还需要通过循环分析器或负载瞬态方法来评估循环稳定性。 在 TPS61252的 Vout 上添加太多电容可能会导致环路稳定性问题。  

    2.我计划通过调整输出设置电阻器,将 TPS61252输出略微提升至5.3V,并在输出上放置肖特基二极管,如下图所示。 然后,我会将电视输出(+5V 部件不需要完全为5V,可能要低一些或更高一些)。 如果有反电动势,肖特基二极管将不会向后工作,也不会为 IC 充电。 此外,电视会将电压峰值限制在7伏左右。 您认为这种解决方案是否可行?

    [WW]这是一种很好的方法。 您可以进行更多实验来检查二极管的影响。

    -文浩

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    您好,韦浩,

    再次感谢您的帮助,

    此致,

    艾哈迈德