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[参考译文] LM3671:负载非常轻时电流消耗过大

Guru**** 1655900 points
Other Parts Discussed in Thread: LM3671
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/578457/lm3671-excessive-current-consumption-with-very-light-load

部件号:LM3671
主题中讨论的其他部件: BQ2.404万鳄鱼TPS6.274万

我有一个产品使用LM3671-ADJ。 我正在连接我的电路,但部件工作正常,除非我们的主板有时进入睡眠状态,我测量它的拉力~5-6mA,而它应该是~100uA。

尝试调试是硬件问题还是固件问题时,我触摸了反馈电路区域的主板,电流消耗降至~100uA水平。 我不是100 %。这与LM3671有关,所以我想发布信息,看看是否有人有任何想法。 主板只有约1英寸的正方形,因此尝试隔离触点很困难,但它肯定只是过滤部分。

另一件事我发现,如果主板拉~5-6mA我触摸滤波器电路,我认为电流消耗在(~13mA)之前短暂增加,然后下降到~100uA。

最后一个信息是,如果我激活电机1秒,板将返回到~5-6mA模式,我可以重复此触摸循环以降低电流并激活电机(它消耗~50mA) 以使其进入此5-6mA模式。

希望有人有一些很好的想法,但这并不意味着新的电路板布局,因为我们已经开始生产了。

谢谢!

乔治

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    以下是一些示波器截图,显示在从5mA电流消耗到100uA电流消耗时,调节器正在切换模式。 这是意料之中的事,但其他的问题是什么?或者调节器输出上的滤波器是否存在正在积累电荷并将5mA拉至我触摸 它以消耗电荷的问题?

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    我今天上午进行了一些测试,希望有人能帮忙解释结果。

    1. 我删除了C11 (相当于数据表中参考原理图中的C1)。 这样,电流就会降至~30uA的深度睡眠值。 我不能像以前那样将电路在5mA时"粘滞"。
    2. 我将C11更改为10pF,这与6.8pF时的C11相同
    3. 我用原来的值6.8pF替换了C11,并删除了C12。 使用此电路时,该值实际上似乎会拉动更多电流,~7mA,但当我触摸电路时,我只能看到电流增加,它从未低于7mA消耗。

    最让我困惑的是,如果移除C11是解决此问题的方法,则会违反数据表中的建议,即在较低的输出电压下,您不需要C (C12用于我的电路)。 输出电压设置为3.1V,这很好地约为2.5V的切断电压,因为不使用C2,所以我必须缺少一些东西。

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    感谢您张贴示意图和波形。 除电机外,3.1V输出上是否还有其他任何内容?

    继续并断开输出上的任何连接(例如,卸下FB5),查看是否仍存在高电流。

    您是否可以在波形中添加输入电压和输出电压,并在其绘制高电流时放大到大约5或10 usec?
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    您好,Chris:

    是的,有一个BLE模块和一个加速计。 我可以从J3接头上拔下电机,这不会影响结果。 我在看工作台万用表,我可以看到系统定期从30uA深度睡眠到300uA休眠。 这是正常空闲时间内的当前水平。 如果有蓝牙流量,该数字将跳至~15mA。 电动机可以在不同的水平运行,但在我正在运行的测试中,电动机将~50mA拉至1秒,然后系统进入休眠模式。

    很遗憾,我的示波器只有2个信道,因此无法同时捕获全部3个信道。 Vbat连接到锂离子电池。 至LM3671的VIN的输入上有4.7uF,这与BQ2.404万蓄电池充电器的Vbat/OUT引脚上的1uF平行。

    现在,我已经移除了C11,并执行了一些电源循环测试,以查看是否可以再次将其设置为5mA模式。 这似乎是一个"修复",但我们已经安装了安装了C11的6000 主板,因此我需要让100 % 对我所做的任何更改充满信心,因此如果我们需要返工,只需完成一次。

    谢谢!
    乔治
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    以下是一些附加示波器图解供参考。  

    以下是电机运行和拉动~50mA时的情况:

    下面是一些在白板睡觉时的画面,绘图小于500uA。 我所做的只是单次触发拍摄,直到我看到一些略有不同的图解。 最后2个采用1us时间标度

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    这是几张同样的镜头,主板拉力~30uA。 我不能将其置于5mA模式,所以我可能必须将C11重新添加到主板上。

    我还忘了说我对这些图解很懒惰,用鳄鱼夹来做地面。

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    下面是C11在电路中和5mA模式下的电路板的外观。 我确认您可以触摸滤波器回路,从而将电流消耗降至uA范围内。

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    感谢您提供这些数据。

    您的系统有许多部件,因此我们需要隔离电源以调试电源。 您是否可以在充电器后,从电源输入端施加直流电压? 您是否能够使用仪表或电流探头测量负载电流?

    上述数据的电池电压是多少?
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    我正在使用Keysight台式仪表测量电流,该仪表非常精确。 当拍摄这些镜头时,蓄电池电压为~4V。 由于充电器的输出连接到蓄电池,此设计的输入基本上在充电器之后。 我可以用台式电源替换电池电源电压,如果您认为这有助于隔离此电压。

    负载电流由Keysight测量,Keysight与这些图的电池串联。

    我给你发送了一个完整电路的PM。

    感谢您对此进行调查。
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    啊,是的。 您有一个简单的充电器,而不是PowerPath等。是的,请用直流电源更换电池,并查看其行为是否相同。 它也可能随电压的变化而变化,因此从4.2V至~3.3V不等,查看安装C11时电路是否正常工作。

    当电路消耗较高的电流时,万用表测量的负载电流是多少? 此电流直流电流是在变化,有峰值等吗? 上述哪一波形对应于此状态?
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    我使用直流电源代替电池完成了该测试,我相信这种情况是一样的,但我会回去再运行一些其他测试。 当我说同样的话时,我指的是主板进入一种其消耗电流为5mA而不是~35uA的状态。

    从周五晚上开始,我在没有C11的情况下开了板,并多次启动振动电机。 每次激活电机时,我都能看到它拉动~50mA,然后稳定在~35uA范围内。 电路对手指触碰不像C11就位时那样敏感。 我唯一注意到的是,有时在我启动电机后,电流消耗从50mA降至~12mA 1-2秒,然后降至35uA水平。 当我连接到设备并读取特性时,万用表上的电流消耗峰值非常短暂,几乎看不到,因此这似乎是另一种不稳定状态,但它能够"自恢复",这与电路中的C11不同。

    高电流模式是我所称的"5mA模式",因为这是主板休眠时仪表读取的电平。 去除C11后,该液位为~35uA。 当我在示波器上看到这种情况时,我看到了一些峰值,但我认为这是在BLE从深度睡眠模式转变为睡眠模式并执行监视事件时。 系统永远不会完全休眠,因为它必须唤醒,广告和执行其他任务。

    现在,取下C11后,系统似乎"更稳定",移除C11后,我无法进入"5mA模式"。 让我感到困扰的是,原始电路应该按照数据表使用,而C11的拆除与我预期的完全相反,因为在较低的输出电压下拆除另一极,而不是C11/R8产生的电极。

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    由于我已经移除了C11,我想借此机会使用直流电源代替电池运行一些测试。 我从4.2V开始,降至3.2V。 在每个液位,我启动电机数次,并确认当前液位将降至35uA。

    在4.0V电压下,我看到它卡在~13mA的电流消耗下,因此我探测了开关节点:

    我一取下示波器探头,电流就降至35uA。 我可以在4.0V的电压下运行此测试,大多数时候,我看到12mA电平持续~1秒,但有时会持续8秒。 但是,我相信它总是会降至35uA,而C11在电路中时,它会无限期地保持在5mA

    在VIN=3.2V时,电流升至略低于1mA,信号如下所示:

    我所看到的一切都指向补偿网络和监管机构进入不同的状态,这导致了监管机构在这种模式下的低效导致当前消耗水平的提高。 我不在乎3.2V的电路,因为它开始推动蓄电池和调节器的极限,因为输出电压设置为3.1xV。

    如果您仍然认为重新添加C11并使用直流电源运行这些测试,我会执行这些测试,但我开始认为它们不是必要的,我们需要找到适合此情况的网络。

    我不确定示波器探头的电容,因为我损坏了我的Tek探头,并且只有一些第三方探头的电容可能高于正常电容。 我以前没有使用稳压器时对电容具有这种"极端"的灵敏度,但我也没有那么担心电路操作的uA水平。

    我确实需要弄清楚这一点并确定如何处理使用C11构建的6000 主板。 现在,移除C11似乎有助于并可能完全消除问题,但我需要了解这一点,并确保我们仅执行1次返工(如果有)。

    再次感谢您的帮助!

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    下面是使用工作台万用表(设置为每0.3毫秒测量一次)(0.02 PLC)得出的一些电流消耗图。 这些都使用直流电源,而不是电池。

    以下是未安装C11的图解。

    直流电源设置为3.6V

    直流电源设置为3.8V

    直流电源设置为3.6V

    下面是C11返回电路的图。 当您看到电平从5mA或3mA (电流较低,电源电压较低)下降时,我触摸补偿网络时会发生这种情况。 该电路继续运行,只是微调了预期的休眠模式电流~35uA。 当我启动电机时,会出现较大的长峰值。 您可以看到,电机运行后,电流消耗的"静息水平"仅会下降5mA/3mA水平。 这是非常可重复的。

    直流电源设置为4.0V,安装了C11

    安装了C11的3.7V直流电源

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    在您昨天发布的第一个波形上,Vin上似乎有一个交流信号。 您可以添加更多输入电容以稳定输入总线,并查看这是否有任何影响。

    此外,您能否通过PM发送电感器和4个电流罩的部件号?

    您的电路似乎具有噪音敏感性。 因此,您可以尝试一些方法,无需触摸即可查看获得低电流消耗电路所需的条件。 您可以尝试:
    用电线将C12/R9的GND连接到GND针脚上方的通孔(而不是连接到GND垫和第二层上的PCB),

    将FB电阻降低~10x,同时保持C11/C12在每个 www.ti.com/.../slyt469.pdf的位置(但vlauves要大10倍)
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    我现在不明白为什么我知道移除C11会使电路更稳定,触感更低(或无)。

    我不确定您所看到的AC组件是否是昨天的图解,可能是因为它是从直流电源运行电路? 由于电源是电池,这是否已经类似于输入上的附加电容器?

    我不愿意开始吊装组件和添加电线,只是因为这不能解决已经构建的6k电路板的问题。

    此外,您说要尝试将FB电阻降低10倍,但这将增加轻负载下的电流消耗。 我不确定有多少,可能可以忽略不计,但如果杆依赖于RXC,我会弄不清这能为我提供什么帮助? 我承认,到目前为止,我很幸运地完成了所有其他设计,因为我们不必担心杆位的放置,并且能够遵循数据表指南。
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    我认为我没有向您展示C11在电路中且主板处于5mA模式时SW节点的外观:

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    我们刚刚进行了将电阻器更改为1/10的电流值(523k/100k至51k/10k)和将电流盖更改为10x (68P/330p)的测试,该板的作用相同,因为它卡在5mA电平,当我触摸电路时会下降。
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    让我借此机会就E2E中提供的支持的期望达成一致。 我们在此提供我们的经验,建议等,帮助您为客户设计最佳产品。 (社区中的其他人也可以这样做。) 您的产品最终是您公司的产品,必须由您(您的公司)设计和验证。 我们不提供工程或咨询服务。 最终设计,以及在您的应用程序/系统/环境中进行必要的验证和测试,是您在一天结束时的责任。



    现在,回到技术主题。 此处介绍的所有测试都旨在提供有关您所看到的行为的信息,从而使您能够就如何继续进行做出最佳决策。 它们并不一定是'解决'去实施。


    啊,SW的波形看起来是交流耦合的。 但我想你在星期五的5:10发送了同样的波形? 这些波形指出IC切换太频繁是电流消耗较高的原因。 这可能是负载正在执行的操作的结果(例如,每隔几个usec绘制一次峰值电流)。 您是否有电流探头来测量电感器电流并查看是否符合PFM操作的2个标准之一?

    电池的阻抗通常应低于直流电源(接线),但这取决于您使用的特定电池及其阻抗。 可能仍值得检查更多的Cin和/或Cout是否改善了电池的行为。

    这种行为是发生在所有系统上还是仅发生在少数系统上?

    这是一个很好的调试实践,可以测试EVM上的电路和工作条件,以查看是否重复出现此行为。 如果不是,请将EVM上的组件(L,C等)更换为您的组件,并查看是否仍然出现此问题。

    我找不到任何有关Cin和Cout帽直流偏压的信息。 您是否已选中此项? 其他的消极者看起来很合理。

    感谢您进行较小的电阻测试。 不同的结果表明噪音进入FB。 情况似乎并非如此。 您是否尝试删除C12而不是C11?

    我意识到使用不同的IC太晚了,但TPS6.274万或TPS62.7431万提供了具有低得多IQ的3.1V固定输出电压。 这将使待机电流消耗从~35 uA下降到更低。
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    您好,Chris:

    是的,我明白。 我确实怀念过去的美好时光,当时有当地FAE前来帮助为客户提供支持。 我们最初在不同的条件下运行了测试和几块板,但回想起来,我认为我们在实施所有深度睡眠模式之前就已经执行了测试,因此我们可能错过了这一结果。 这也不是每一个董事会都出现的情况,也不是每次都出现的情况。 我现在专注于一个电路板,这似乎在大多数时间都发生了,如果不发生,那是在我操作电机后发生的。

    我在其他设计上使用了TPS62x系列,但我认为我选择了LM3671作为低成本解决方案。 我以前从未使用过这样的电压调节器,所以当我发现这种情况时,它真的会穿过我的环路(我猜这是一个双关)。

    我将获得有关直流偏置规格的详细信息,但我认为我有足够的余量,因为输入4.7uF的额定电压为16V,输出电压为10V。

    我不记得我是否尝试移除C12而不是C11 (我认为我这样做了,但没有帮助),所以我一定会这样做并报告结果。

    35uA是蓝牙,电池充电器,加速计和调节器的组合。 查看调节器的规格,它可能会造成其中的一半!

    作为备份计划,我在3.1 这个周末看了LP5907MFX-NOPB/LPB。 它是一个线性调节器,具有相同的引脚,看起来可以工作,但这当然是一个相当大的返工,所以我希望不要继续下去。 LM3671被选为成本与性能之间的平衡点,我认为TPS62x对该产品来说只是有点太多了。

    再次感谢您的帮助,希望今晚晚些时候我会删除C12结果。
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    正常,移除C12并保留C11会导致电流消耗略高(~6mA与5mA)。 电路触感不是很灵敏,但也无法脱离6mA模式。 拆下C11后,我可以触摸板,它会降至35uA消耗,直到电机激活。

    我将4.7uF输入电容器更换为输出上相同的10uF。 电路也不会对触感敏感,它位于35uA。 奇怪的是,它会在~300uA下移动并运行大约10秒钟,然后才会"自行校正"并返回到35uA。 我在查看SW节点时,它的图示与电路仅牵引35uA时的图示相同。 我明天还要运行一些额外的测试,看看情况如何,因为自从我开始写这篇文章以来,我还没有看到它保持在300uA的水平。

    对于记录保留,下面是Cin=10uF (与原始4.7uF相对)的SW节点的范围快照:

    下面是Cin = 10uF的万用表图:

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    只需简单说明。 我让该板运行了一夜,返回后仍处于35uA水平。 我激活了电机,它降至5mA模式。 我触碰了回路,电平降至35uA。 我做了三次,结果都是一样的。 我无法解释为什么昨天晚上它看起来是有效的,而今天早上它却不能。
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    有趣的是,输入上限影响了行为。 值得尝试使用已知良好DC偏差的新上限,例如Murata。
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    所以在我今天早上对主板进行测试后,我让它断开电源,因为它的行为与我昨天晚上看到的不同。 现在,它看起来仍然很好,没有卡在5mA模式下。 这不是一个热问题,因为当主板就在那里时,电流消耗非常少。 我刚刚测量了电池电量,电压为3.98V,所以电量几乎已满。

    我再让主板运行一个小时,然后再次测试,看看结果如何。 如果这是输入电容过低的问题,我真的会感到惊讶。 在数据表中,它指出 "指定良好性能的最小输入电容是3V直流偏压时的2.2 µF;5V直流偏压时的1.5 µF,包括公差和超环境温度范围"。 我使用的是额定电压为16V的0603 4.7uF,输入电压为~4V,因此这种CAP DC偏置曲线几乎必须是一个陡峭的悬崖,才能使电容下降得多。 最重要的是,我在蓄电池充电器的输入端还有一个1uF,电源是110mAh锂离子,因此向PFET供电的问题应该不是问题,因为电机的拉力小于1C。

    我只是想了解(当然也要解决)这个问题。 您是否能够与任何人讨论移除C12似乎也会影响电路行为的原因? 从所有这些测试来看,问题似乎与调节器如何进入和退出PWM/PFM模式有关,这导致调节器效率降低,并消耗更多电流。

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    是的,我同意有效电容可能足够高。 但我们不知道这是事实。 这些较小的电池具有较高的内部阻抗,这可能也会影响事物。

    这里有两个电容,它们的特性与您的电容相同,但在4V时,有效电容几乎有50 % 差异:电容随电容的不同而变化很大
    psearch.en.murata.com/.../GRM188R61C475KAAJ#.html
    psearch.en.murata.com/.../GRM185R61C475KE11#.html

    是的,C11和C12会影响在FB引脚处观察到的信号,该引脚是IC工作的(唯一)输入。 FB上的信号直接控制开关行为。
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    天哪,第二个帽子根本就不是一个帽子! 我通常会尝试对调节器的输入和输出电容进行一些偏置,但这一项目却受到了影响。 我刚刚检查了蓄电池的规格,如果您相信,它列出了< 190mOhm的阻抗。 我知道这比陶瓷盖要高,但我的总体感觉是,电池将能够提供良好稳定的低噪声功率,因此输入电容量在这种设计中不应该是至关重要的。

    我请求使用的上限的DC偏倚昨天晚上请求的时间有点晚,所以我明天才会收到该数据。 我可能还要再等一个小时,然后运行电机,看看我得到了什么结果。 我担心我今天早上走的时候电路回到了5mA模式。 如果是这种情况,我遇到的唯一解决方法就是删除C11,但根据我的理解,这毫无意义。

    我尝试使用WebBench查看不同的波德图,但它不允许您移除电路中的部件,也不允许我设置低电流输出。 您是否有工具允许您运行图解,以便我们可以看到当电流从35uA变为50mA时移除C11的工作情况?

    如果输入电容证明是可行的解决方案,我计划使用输入电容器进行实验,以降低电容。 这应该告诉我这是不是原因。 我更倾向于薪酬网络,但这是基于能够接触电路并改变结果。
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    所以我又回到了电动机,它回到了5mA模式。 每次激活电机时,电路仅降至5mA,而不是35uA。 每次触碰处于5mA模式的电路时,它都会下降并保持在35uA。

    我在SW节点处于5mA模式时探测到该节点,其外观如下所示:

    我一取下示波器探头,电路就下降到35uA。

    这增加了另一个轻微的扭转,因为当电路来自冷启动时,额外的输入电容似乎对电路有帮助。 经过一段时间后,电路恢复到5mA模式。 我知道在不到3个小时内就能完成,因为这就是我今天早上等待的时间。

    因此,我们似乎又回到了删除C11这一唯一可能的解决方案。 我喜欢添加输入电容,因为至少可以用可能有意义的东西作为后盾。 移除C11只是需要合理的理由,以便它现在成为可接受的解决方案。

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    我认为这不是传统的环路不稳定,因为您的负载电流非常低。 您只是在PFM操作中(或者您应该是这样)。

    最后一个旋钮尝试使用较大的(例如,3.3uH)电感。 有时,在电压较高和占空比较高的情况下,电感器电流的下斜率在关闭时间内相当陡。 较大的电感会降低此速度。
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    当您说我只是处于PFM模式时,您的意思是指工作时间的100 % 吗? 这不是事实,因为我可以在电机激活时看到PWM操作。 我需要返回并重新阅读数据表,以了解调节器何时在两种模式之间切换,但我确信脉冲频率至少会发生变化,并且我已经显示了这些示波器图。 我知道在不同的输入电压下从PWM切换至PFM,然后切换回PWM,因此我已经使用电池运行了大多数测试,这可能会解释一些差异。

    昨天晚上,我将我一直在测试的主板放回原始组件,并拆除了C11。 现在它已经运行了12个多小时,没有C11,昨天晚上和今天早上,我已启动电机数次。 我没有让主板卡在5mA模式下,我认为从之前的任何测试中,当移除C11时,主板都没有卡在5mA模式下

    我将寻找另一种电感器,然后今天尝试该测试。

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    我的意思是,在~35uA的待机模式下,您肯定处于PFM模式。 因此,此时不是传统环路不稳定(低相位余量等)的问题。

    听起来您已经证明了删除C11,但没有任何其他更改也起了作用(或根本没有)。 我建议尝试使用更大的电感,作为一项信息,并在更多单元/系统上进行不带C11的测试,以获得对该变化的信心。
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    好的,谢谢,只是想说明PWM/PFM模式。 我几乎相信100 % ,我遇到的问题是因为电脑控制器在两种模式之间转换时遇到了问题。 我无法解释为什么拆卸C11允许调节器以"真实"的PFM运行,这仍然困扰着我。

    我要打电话去重新设计100块板并对这些板进行测试以收集更多数据。 我将继续在工作台上进行实验,并使用更大的电感器进行测试。

    我认为我是唯一遇到这个问题的人? 是否有来自National Group的设计工程师可以提供有关此零件的一些见解?
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    您是否能够在EVM上运行某些测试? 这是隔离IC,部件选择,布局等问题的一种方法

    如果您没有EVM,请通过PM发送您的地址,我可以向您发送一个。
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    是的,当您的应用中Vin到Vout的下降幅度很小时,LDO最有意义。 它的效率会降低,因此电池运行时间会缩短,但在您的系统中可能不会太坏。

    我向您发送了一个EVM和一些样片。 您可以获取其中一个示例并将其放入您的系统中,以查看问题是否仍然存在。 然后,从您的主板上取出显示问题的IC,并将其放在EVM上。 查看问题是否仍然出现。