[参考译文] TPS63070：省电模式与输入电压间的关系

您好、Wojciech：

感谢您的提问。  

首先、请为我们分享原理图、包括输入 ORing。  

那么、我想知道您如何判断器件是否进入 PFM 模式？ 电流消耗还是波形？ 如果移除所有负载会怎样？

你(们)好、Minqiu

由于我们器件的特定用途、我不应共享完整的原理图。 现有器件中的任何更改都有一点复杂、因为器件是封装的。 此外、任何相关变更均需要重新认证。 下面是电源电路的简化版原理图。 备用电池电路可以忽略不计。 F1、D2-D4、D6、D7是满足安全法规所必需的。 D1和 T2在外部9-16V 和电池之间切换电源。

我在实际负载(器件的其他部分)、一个电阻器(模拟实际负载的电流消耗)以及无负载的情况下进行了一些测试。 我观察到电流消耗。 然后我切断了 PS/SYNC 跟踪并将其拉至低电平(对于强制 PWM)、并进行了相同的测试。 强制 PWM 模式和 PWM/PFM 模式(输入电压高于13.5V 时的 PWM/PFM 模式)下的电流消耗非常相似。

观察到的电流消耗(舍入值)：
1) 1) PWM/PFM 模式、Vcc < 13.5V、
-空载、ICC = 1mA
-连接和断开电阻负载后、ICC = 1mA
2) 2) PWM/PFM 模式、Vcc > 13.5V
空载、icc=1mA (我打开它很多次、有时它启动时 icc=25-30mA)
-连接和断开电阻负载后、ICC = 35mA
3) 3)强制 PWM
空载、Icc = 25-35mA (取决于 Vcc)

此致

Wojciech

您好、Wojciech：

感谢您的补充。 请允许我先做一个快速答复。

您用于仿真的电阻是多少？ 如果设备现在可用、我将尝试在我们的 EVM 实验中重现此问题。

您好、Minqiu、

Rload = 10欧姆、我认为这是最大电流消耗的良好近似值。 平均电流要小几倍。

当您非常缓慢地切换负载时、您可能无法观察到问题。 有时 Icc 降至1mA、有时降至35mA。 我不确定原因。 在本例中、负载从每秒3次变为每秒100次。 它取决于无线电模块发送数据包的频率。

如果您尝试通过以下两种方式来模拟这种情况、我将不胜感激：
1) 1)在无负载的情况下打开电源、然后连接并断开负载
2) 2)随负载打开电源、然后断开负载

在这两种情况下、我都有类似的结果

此致

Wojciech。

您好、Wojciech、

您在多少个电路板上观察到这种行为？

您好、Brigitte

我们的客户检查了3个设备、并向我报告了问题。 可能提供的170个器件中的大多数已经安装并正常工作(Vcc=12V 更低)。 我检查了我们办公室的4个器件(2个来自生产器件和2个原型)、并使用了两个不同的标记编号。 在所有情况下、我都观察到了相同的行为。

此致
Wojciech

您好、Wojciech、

同样、您的行为意味着高于13.5V 的输入电压会导致器件无法进入 PFM 模式、对吧？

老实说、我到目前为止没有观察到这种行为、我想绝对确定并在实验室中检查了3个 EVM、其中输入电压为16V、输出电压为3.3V、所有 EVM 的运行情况都符合预期、并在启动时进入 PFM 模式。

您能否检查 PS/SYNC 引脚是否可能存在连接问题？

请分享您的电感器的器件型号。 当您使用额定电流更高的不同电感器时、请检查问题是否消失。

您好 Brigitte

是的、输入电压高于13.5V 会导致器件不进入 PFM 模式。 有时、器件会在启动时进入 PFM 模式、但在负载电流发生变化后、它会保持在 PWM 模式。  我还观察到输出波形(不仅是电流消耗)、并确认器件未进入 PFM 模式。

我想消除电路其余部分的影响、并切断 TPS63070后面的整个电路(我只留下一个电阻器来模拟任何负载)以及整个输入电路 、并在铁氧体磁珠 L2后面施加输入电压。 我还尝试更改输入和输出电容器的值、但问题仍然存在。

PS/SYNC 引脚的连接似乎正常。 该引脚上的电压等于输入电压。

我的电感器的器件型号为 LQM2HPN1R5MG0L。 我很快将尝试另一个电感器。

此致
Wojciech

您好、Wojciech、

如果您能够使用电流探头或分流电阻器测量流经电感器的电流、这将非常有助于深入探究您面临的问题。

您好 Brigitte

下面是使用0R1分流电阻器测量的电感器电流波形。

图 1. VIN = 12V，连接的负载 R = 10R

图 2. VIN = 12V，分离负载

图 3. VIN = 15V，连接的负载 R = 10R

图 4.VIN = 15V、分离负载

以上所有波形均适用于 L = 1.5uH、Isat = 1.5A (LQM2HPN1R5MG0L)的电感器。

我使用不同的电感器(L = 2.2uH、Isat = 2.5A、这是我们库存中唯一适合此应用的电感器)重复了此测试。 电感器纹波电流较小、但问题仍然存在。 首先、我认为问题是电感器饱和。 但正如您看到的、最大电流小于 Isat。 我可以购买几种具有更高电流的不同电感器、但我不确定这是不是一种正确的方法。

此致
Wojciech

您好、Wojciech、

PFM 和 fPWM 模式之间的边界通常为650mA 的电感器电流、在本例中(降压模式)为输出电流。 R = Ω μ A 时、输出电流约为330mA、器件仍应在 PFM 模式下运行。 它让我感到困惑、为什么它会切换到 fPWM 模式。 在任何情况下、即使输出电流为1A、我也没有观察到负载移除后器件保持 fPWM 模式、与输入电压或启动条件无关。

请执行以下操作：

• 将输入电源直接连接到 VIN 引脚(绕过二极管、开关和滤波器)。
• 在不使用串联电阻的情况下、使用3.3V 从外部驱动 PS/同步和 EN。
• 绘制负载(电阻器)导通和关断时的 VIN 和 VOUT 示波器图。
• 发送 PCB 布局。 仅仅是 TPS63070周围区域的裁剪打印屏幕就足够了。

此致、
密耳

你(们)好、Milos

正如我之前所写的那样、我已经进行了一个类似的测试、绕过整个输入电路并切断了整个负载(PCB 的其余部分)。 我只留下一个电阻作为负载。 但 PS/SYNC 和 EN 通过一个电阻器连接到 Vin。
现在、根据您的建议、我将这些引脚直接连接到外部3.3V。 我得到的结果略有不同。 移除负载后、器件进入 PFM 模式。 为什么 PS/SYNC 和 EN 上的3.3V 电压更好？ 但仍有一个问题。 我之前没有提到过它、因为我想、它是由 Vin 电压升高引起的、就像我的其他问题一样。 在启动 Vin>13.5V 时出现了一些问题。 有时(并非总是)器件以大约2.2V-2.5V 的输出电压启动、而不是以应有的3.3V 电压启动、并保持在此电平。 当然、在这种情况下、电流消耗高于预期(无负载时约为25mA)。
我根据您的建议观察到了一些结果。
黄色-输入电压、蓝色-输出电压

图1. VIN = 12V、无负载

图2. VIN = 15V、无负载

图3. VIN = 12V、R = 10Ω Ω

图4. VIN = 15V、R = 10Ω Ω

图5. VIN = 12V、左半部分-空载、右半部分- R = 10Ω Ω

图6. VIN = 15V、左半部分-空载、右半部分- R = 10Ω Ω

下面是我的 PCB 布局。

你(们)好、Milos

很抱歉我没有提前回复、但我很忙于其他项目。 一旦我找到一些空闲时间并获得许可、我将按照您的意见尝试改进 PCB。 由于 PCB 另一侧的空间限制和元件、可能难以进行某些更改(例如 C8和 C9的通孔)。 我知道我的 PCB 不是最佳的、但有时很难按照100%的建议执行某些操作。 顺便说一下、到目前为止、我已经使用开关转换器完成了很多项目、但我没有遇到这种问题。 工程师必须终身学习。

此致
Wojciech

您好、Wojciech、

感谢你的答复。

然后、我将关闭此主题、如果您对 TPS63070有任何更新(或其他问题)、您可以打开一个新主题。

此致、
密耳