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[参考译文] TPS62122：长距离电源的输入电容器选择

admin
Guru**** 2382630 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV713P, TPS62122, TPS62125
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/763663/tps62122-input-capacitor-selection-for-long-distance-power-source

器件型号：TPS62122
主题中讨论的其他器件：TLV713P、 TPS62125

您好论坛、

我们正在为蓝牙网状网络设计12V 至3.3V (降压+ LDO)电源。 我们使用 TPS62122将12V 降压至3.6V、并通过 TLV713P 过滤输出纹波以获得3.3V 电压。
总共将30个蓝牙节点连接到100米以上的12V 线路。 每个蓝牙节点的平均和峰值电流消耗分别为5.5mA 和25mA (9.9mA RX、25mA TX 和1.4uA 睡眠)。

我们在以下方面请求帮助、


1) 1)考虑到与电源的距离较长、建议在 TPS62122输入(12V)侧使用哪种电容器？ (TPS62122数据表建议使用4.7uF 陶瓷电容器。 考虑到峰值负载电流为25mA、另一个4.7uF 足够并联)

2) 2)主线路的12V 电压是否是正确的选择？ 请提供意见。

(让我解释一下我们为什么选择12V 而非24V 或48V。
首先、计算所有30个蓝牙节点峰值电流为25mA、TPS62122以80%的效率工作的最坏情况、从12V 电源汲取的最大电流为((3.6*0.025*30)/(0.8*12))= 0.281A
尽管每个蓝牙节点的电流下降、仅0.025A 到达最后一个节点100m、但为了简化计算、假设整个0.281A 通过 AWG20导线传播100m、这会产生1.87V 的压降。 因此、100M 节点处的最坏情况电压为10.13V、TPS62122仍可将其转换为3.6V。

其次是成本。 12V 降压转换器的成本比48V 低、占用的空间要小得多)

谢谢、
Ravi

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    TI__Guru**** 2382630 points
    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。
    尊敬的 Ravi：

    感谢您解释您的系统。

    是否有30个节点连接到1个 TPS62122？ 然后、这是将25mA 乘以30还是已经考虑了这一点？

    是的、较低的输入电压直流/直流转换器更小且更便宜。 TPS62122是一个不错的选择、但您可以查看 TPS62125。 它提供更大的电流并具有精确的 EN 引脚、可能会在您的系统中用于启动等

    是的、您肯定需要额外的大容量输入电容来克服高源阻抗。 该电容可能是电解电容等、以提供一些 ESR 和足够大的 C。我的博客对此进行了一些讨论： e2e.ti.com/.../what-is-that-giant-tantalum-cap-on-the-input-of-the-evm

    您可以使用产品文件夹上的 SPICE 模型对输入线进行建模并查看系统中的行为。
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    TI__Guru**** 2382630 points
    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。

    尊敬的 Chris Glaser：

    非常感谢您提出的详细建议。

    每个节点都将获得自己的 TPS62122。 请找到随附的示例连接图。

    由于最大节点电流仅为25mA、因此我们稳定了 TPS62122。

    当然、我们将在设计中考虑 TPS62125。

    请在下方申请进一步帮助。

    由于每个直流/直流的最大负载电流仅为25mA、除了4.7uF 陶瓷电容外、我们还想为每个直流/直流使用47uF 电解电容。 您认为这应该足够了吗？ 还是建议使用更大的输入电容器？

    (12V 输入电源线的长为100米、AWG20导线的长度为100米、所有30个节点仅在此100米范围内连接。 12V 线路上计算出的最大负载电流为0.281A)

    我们的12V 主电源是12V 2A SMPS、可将220V 交流电转换为12V 直流电。 考虑到线上有30个大容量电解电容器、您是否建议在12V SMPS 之后的12V 线路上立即包含软启动电路？

    谢谢、

    Ravi

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    TI__Guru**** 2382630 points
    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。
    感谢您的观看。 我认为我理解。

    输入电容要求完全取决于电缆的寄生效应-其电感和电阻。 这可以进行仿真或测量。 每个直流/直流转换器都需要一个大容量 Cin 将其与输入总线去耦。

    是的、我建议软启动12V 输入电压、以避免浪涌、过冲等
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    TI__Guru**** 2382630 points
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    再次感谢 Chris Glaser。

    在第一个回复的最后一行中、您提到了"产品文件夹中的模型用于为您的输入线建模"。 您能不能分享此页面的链接。

    我们搜索了以下链接、但找不到输入线路/源阻抗和电缆寄生值的选项。
    webench.ti.com/.../switching-regulator


    谢谢、
    Ravi
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    TI__Guru**** 2382630 points
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    尊敬的 Ravi：

    点击此 E2E 主题中的 TPS62122器件型号、将转至产品文件夹 ：www.ti.com/.../TPS62122

    在这里、您可以点击工具和软件来查找 pspice 和 TINA 模型： www.ti.com/.../toolssoftware
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    TI__Guru**** 2382630 points
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    尊敬的 Chris Glaser：

    非常感谢您推荐上面的 TINA 模型链接、它非常有用。

    我们已经测试了各种模型、下面的内容对我们来说很有希望、因此、在我们继续之前、我们希望再次寻求您的支持。

    对于12V 传输、我们将使用100米的 AWG20 2核心电源电缆、电缆的电感和电阻分别为247uH 和3.3ohm。 (我们使用在线计算器来确定这些值)

    我们参考了 TI 的应用报告 SLTA055 (www.ti.com/.../slta055.pdf) 来计算输入大容量电容器。 在输入电压为12V、输出电压为3.3V、效率为0.8且最大输出瞬态电流为50mA 的情况下、输入瞬态电流为17mA。
    (第5页的公式8)

    现在、借助输入电感247uH、允许的电压纹波100mV 和输入瞬态电流17mA、所需的最小大容量电容为8.82uF
    (第6页的方程式9)

    我们为输入大容量电容选择了22uF、下面是瞬态响应图。
    我们在启动期间未看到电压环、并且观察到的 Vin 过冲为13.49V

    请在下方申请您的实物支持、


    1) 1)电缆电感(247uH)和电阻(3.3欧姆)是否正确放置在我们的原理图中？

    2)我们是否还需要在模型中添加电缆电容？

    3) 3)从下面的瞬态响应图中、您是否建议使用22uF 输入大容量电容器？ 或者您是否建议其他值？

    4) 4)对于输入大容量电容器、我们选择了 MLCC over Electrolyic Cap 来节省空间、并且在启动期间不会看到过多的输出电压过冲。 我们能否坚持使用 MLCC、还是仍然推荐电解质？


    谢谢你

    Ravi

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    TI__Guru**** 2382630 points
    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。
    尊敬的 Ravi：

    我很高兴这个模型被证明是有用的。

    最后、这些是您要做出的设计决策。 我不知道您的模型的准确性。

    电缆的阻尼电阻为3欧姆、因此可能不需要电解电容器。 我会为陶瓷和电解电容器添加空间。

    我还建议您执行负载瞬态以查看产生的 Vin 振铃。

    最后、我还会检查最近的节点(具有不同的寄生元件)以查看结果是否有差异。
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    TI__Guru**** 2382630 points
    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。

    尊敬的 Chris Glaser：

    感谢您分享宝贵的反馈。
    只是想知道我们是否可以将厚膜电阻器与陶瓷电容器串联、而不是电解电容器。 避免电解电容器的两个原因是
    1) 1)在本例中、电路的高度需要小于5mm
    2) 2)我们测试了不同距离(1m、25m、50m、75m 和100m)的节点、单个电阻值不适合抑制所有节点的振荡。 例如、3欧姆适合50米到100米之间的节点；2欧姆适合25米到50米之间的节点； 0.5欧姆适合25米之前的节点。
    请帮我们回答
    1) 1)我们能否将厚膜电阻器与陶瓷电容器串联、而不是电解电容器？
    2) 2)如果是、如何在考虑大浪涌电容器充电电流的情况下计算该串联电阻器的安全额定功率？
    例如、假设将一个3欧姆电阻器与22uF 陶瓷输入串联。 输入电压为12V、最大输入瞬态电流为0.02A。 根据以下仿真、启动期间的最大浪涌电容器充电电流为1.62A。 我们知道、无法将串联电阻器额定功率与该电流匹配(1.62 X 1.62 X 3 = 7.87W)、但不确定安全额定功率是多少。
    在这种情况下、125mW 厚膜电阻是否足够？
    3) 3) TPS62122/TPS62125能否在启动期间承受高达20V 的单瞬时输入电压过冲？
    (根据数据表、两者的绝对最大输入电压分别为17V 和20V)
    谢谢你

    Ravi

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    TI__Guru**** 2382630 points
    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。
    尊敬的 Ravi：

    当然、您可以使用与陶瓷串联的分立式电阻器。 也可以使用钽电容器、该电容器具有比电解电容器更高的 ESR 和更低的高度。

    更大的大容量输入电容应减少 Vin 上的过冲。 我们建议将最大输入电压保持在器件的建议输入电压额定值范围内。 如果必须超过此值、则必须将其保持在绝对最大值以下。 最好在过冲期间禁用 IC、并在输入电压降至建议范围内的值后启用 IC。 也许您还可以稍微降低您的电源电压。

    它看起来不像您测量通过分立式电阻器的电流。 您需要添加一个与电阻器串联的电流表、以查看电阻器中的实际电流。 假设该电流仅在启动期间出现、则可能是可以的、因为它的持续时间很短。 您需要联系电阻器公司以了解其电阻器的瞬态功率限制。 降低 Vin 上升时间也应降低电阻器中的峰值电流。 最后、您可以使用并联电阻器来分配功率损耗。