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[参考译文] TPS65131:负电源在负载条件下不会斜升

Guru**** 2354940 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS65131, TPS65130
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/631082/tps65131-negative-supply-does-not-ramp-up-under-load-condition

器件型号:TPS65131
主题中讨论的其他器件: TPS65130

您好!

我目前正在尝试使用 TPS65131来执行音频项目。 我的要求是

*单个锂聚合物电池源

*+/- 12V 输出

*每侧高达100mA

*音频频带中无噪声

作为参考、我的动态和布局
(请注意:目前没有100u 钽电容器。 10U 电容器目前为22u 陶瓷类型)

以下情况成立:

*+12V 在以下所有描述的 screnarios 中按需要工作

*在无负载和电源安全接通的情况下、-12V 电压会上升并在-12V 电压下保持相对稳定

*在无负载和电源安全关闭的情况下、-12V 电压斜升、但以锯齿方式产生较大的5V 跳变

*在负载电流约为50mA 且开启电源安全时、-12V 无法斜升(在~-0.2...-0.3V 处粘滞)、并且可听到~1.2kHz 噪声

*在负载电流约为50mA 且电源安全开启的情况下、-12V 电压无法斜升、可闻噪声为~1.0.2 kHz

这里是一次失败的上升尝试的示波器截图。 蓝色曲线表示尝试失败。

在负载条件下测量:

FBN:1.064V (存在注入噪声)
VREF:1.215 (存在注入噪声)
OUTN:-750mV (锯齿、如上所示)

电路板上的接地电势几乎相同(在1.0.2 mV 范围内)、但确实会出现注入噪声(然后、仅 需几个10mV)

已咨询以下主题:

 

https://e2e.ti.com/support/power_management/non-isolated_dcdc/f/196/t/626451

https://e2e.ti.com/support/power_management/non-isolated_dcdc/f/196/t/607104

https://e2e.ti.com/support/power_management/non-isolated_dcdc/f/196/t/617831

https://e2e.ti.com/support/power_management/non-isolated_dcdc/f/196/t/585589

 

 

已尝试以下操作:

*移除 C15 (仍不斜升)

*将 C15增加到20p (仍不会上升)

*使用6.8p 和100k 串联而不是仅使用 C15 (可显著降低空载波动幅度、但仍不会上升)

问题是:

负转换器为何在负载下不斜升? 我错过了这里吗?

非常感谢您的帮助!

此致

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    我再次、

    我花了一些时间、分别在所有4种配置中从升压和反相器件的启动过程中执行了一些屏幕截图。

    在下面、您将首先找到4张升压器件图片:

    通道1:GND
    CH2:FBP
    通道3:CP
    CH4:V+

    Pic1:无负载、无节电
    Pic2:无负载、省电
    Pic3:负载、无节电
    Pic4:负载、省电




    在这里、您可以找到4张逆变器器件图片:

    通道1:VREF
    CH2:FBN
    CH3:中文
    通道4:V-

    1:无负载、无省电
    2:空载、省电
    3:负载、无节电
    4:负载、省电




    请考虑:

    *反相器件确实需要较长的启动时间

    *反相器件的最后2张图片在通道4 (V-)中具有明显不同的比例。 最终电压大约为-0.3至-0.5V、而不是-12V

    *电源电压为3V、电流限制为1.5A

    *负载为220R

    *不过、反相器件仅在空载条件下运行  

    我将感谢任何可能的帮助。

    此致

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    您好、Michael、

    当然、我们将看到这个 Asap。

    此致。
    Ilona
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    您好 Ilona、

    我很期待这件事。 感谢您告诉我、我并非孤单。 同时、我为您提供了更多示波器截图、这次是 L3 (反相稳压器电感器)相对于接地的电压。

    对于所有图片均为 true:

    *不省电
    *第一个图=电感器上的电压
    *第二个图形= v-输出电压

    下图显示:

    1 -空载、单次突发(突发相隔很远)
    2 -空载、放大为突发

    3 -加载、突发序列
    4 -加载、放大为突发

    请注意以下事项:

    *在空载配置中、稳压器突发至-16.4V、然后让电容放电至-11.9V、即(abutt)目标值-12V、然后再次突发至-16.4V

    *在空载配置中、突发间隔很远

    *在负载配置中、突发频率高得多(~1.5kHz)

    *在负载配置中、突发脉冲的最小值(~6Vptp、而在空载配置中为~ 20V 及以上)

    * 12V 电压轨也表现出1.5kHz 突发

    请考虑

    *-16.4V 将损坏我的设备、因此应避免这种行为

    *在音频应用中可以听到1.5kHz 的突发、如何避免这种情况发生在两个电压轨上? (稍后、当其他一切正常时)

    *电流为-12V 时的电压约为-500mV,这是当前的主要问题;)

    此致

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    您好!

    仍然不知道会出现什么问题? 我开始在这里没有选项了。。。

    此致

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    您好!

    在这里的黑暗中、有人知道什么可能导致这个问题吗?

    此致
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    您好、Michael、

    请原谅您对问题的延迟答复。 听起来就像布局问题一样。
    我希望高噪声注入 AGND、因为您将输出电容器直接连接到 AGND、但到 PGND 引脚的路径真的很长。 有关更新布局的信息、请查看 EVM 布局和数据表中的布局建议。
    在该器件上、CN、CP 和 VREF 引脚对噪声注入有些敏感、但正确的布局对于任何开关电源至关重要。
    在您的布局中、我认为存在一些接地问题。 在开关模式电源中、GND 不仅是一个基准电势、而且是一个必须路由为信号的信号、而不仅仅是用它悬空电路板。

    尤其是具有交流电流/电压的环路需要小心布置。 在这种情况下、以下循环最重要:
    正转换器:二极管->输出电容->输出电容的 GND 连接-> IC 的 PGND 引脚-> INP 引脚->二极管
    负转换器:1. 输入电容-> INN 引脚->电感器->输入电容的 GND 连接->输入电容
    2. OUTN 引脚->电感器->输出电容->输出电容->二极管-> OUTN 引脚的 GND 连接

    如果您在布局上检查这些环路、您将看到它们真的很长、这会导致大量噪声、并且很可能是您观察到的问题。

    此致、
    Brigitte
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    尊敬的 Brigitte:

    感谢您的回答。 当然、我清楚地了解了高电流、高频线路布线的影响。 但是、我不知道 TPS65131的灵敏度特别高。 感谢您指出这一点。

    我目前正在设计另一种布局。 由于工艺限制、我在过孔放置方面受到一定限制、这不会简化设计。 如果新设计推出、我会报告。

    此致
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    您好、Michael、

    您是否有任何更新?

    谢谢。
    此致。
    Ilona
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    Deart Ilona、

    我确实这么做了。 在仔细重新设计了布局之后(由于提到的技术限制、这是一个非常痛苦的问题)、我可以说:它是有效的。 此外、为了降低总体 ESR 并将线圈电感降低至4.7uF、我在每个输出端连接了3个带100nF 电容的 parralel 10uF 电容。  

    在负载约为56mA (+/- 12.4V 时为~223R 负载)的省电模式下、我在+12V 时获得164mV 的纹波、在-12V 电压轨上获得103mV 的纹波、频率约为20kHz、从初级侧(3.0V)汲取的总功率约为628mA。 因此、我的效率约为74%。  

    如果禁用省电模式、功耗仅略微增加至~632mA、几乎没有可测量纹波、仅 可忽略10mV 范围内的高频噪声。 此配置使我的效率为73%。

    在稳定性、噪声和纹波方面、我现在非常高兴。 只有效率可以高10%。 二极管为 MBRM120、电感器为4.7uF、最大直流电流为1.6A、直流电阻为150m Ω。 您认为我应该投资更低的电阻电感器、甚至更高的电流肖特基来解决效率问题吗?

    非常感谢您的帮助和亲切问候

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    您好、Michael、

    感谢您的反馈、这对我们来说非常有价值! 您能否与我们分享新布局?
    在效率方面、我在这里没有看到很多改进的机会、因为输出电流刚好位于从 PFM 到强制 PWM 的边缘、并且对效率的影响不大。
    您仍然可以尝试使用更高的电感(6.8µH μ H)、从而降低输出 电流纹波、进而 降低 DCR 损耗。 此外、检查可减小 DCR 的较大电感器(就尺寸而言)。 我认为您的电池非常好、在这种情况下、正向压降为300mV ...这已经很低了、但您当然可以尝试将其与较高电流的电压降进行交换。

    此致。
    Ilona

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    您好 Ilona、

    当然、这是我的新布局:

    根据数据表、我应该能够在电流配置中获得至少80%以上的效率。 或者、[1]中图12、14和18、20中的曲线是否仅指器件本身而没有任何外部损耗、例如电感器等?

    此致

    [1] www.ti.com/.../tps65131.pdf

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    您好、Michael、

    效率数据当然是指在 EVM 上进行的测量、这意味着使用外部组件。 最初、您打算将效率提高73%+ 10%、这正是我们所说的。

    当我查看数据表中的曲线时、测量结果显示、对于您的配置(+/12V、3-4V、60mA)、效率在76%(强制 PWM)或78%至80%(PFM)的范围内、我没有看到效率超过80%。 正如您所说的、您可以检查您是否可以获得具有更好额定值的组件、这肯定会改进它。

    此致。

    Ilona

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    您好 Ilona、

    您参考的图表是指 TPS65130、我认为它在内部开关中可能具有更大的 Ron。 但是、我使用的是 TPS65131、如图 12和图 14表示正极轨、图 18和图20的负尾端输出电压应轻松超过80%的总效率、输出电压为+/-12V (未专门给出、但在10和15个电源轨之间进行插值、应远高于80%)。

    从73%开始、可以实现接近10%的增长。 但是、由于器件现在可以正常工作、我必须处理项目的其他方面、稍后可能会回到效率问题。 暂时:感谢您的建议。

    此致