[参考译文] TPS65217：BAT 引脚上的浪涌电流、此电流导致引导不成功

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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/721591/tps65217-inrush-current-on-bat-pin-which-causes-unsuccessful-boot

器件型号：TPS65217

您好！

我设计了一个使用 BBB 作为参考设计的电路板、并在其周围添加了一些附加电路。我将 TPS65217C 与 slva901中提到的解决方案电路3搭配使用、以避免因输入欠压事件而导致的锁定。请参阅下面的原理图中的 SNIP。此外、V_BAT 被连接至一个升压转换器的输出(输出电容为350uF)。该升压转换器将超级电容器的电压升至5V、以便在输入功率损耗情况下提供 UPS 功能大约10秒。

在超级电容器放电的情况下、这意味着连接到 BAT 的升压转换器关闭、因此不会向 BAT 引脚施加电压、我在加电时看到两种不同的行为：电路板在~2秒后成功引导(由于监控器延迟而导致的延迟、请参阅 slva901)、或者电路板需要额外尝试(由于监控器而导致另外2秒的延迟)才能成功引导。启动成功如下所示(黄色曲线：slva901的"VIN"、粉色曲线：slva901的"VIN_PMIC"、蓝色曲线：SYS 引脚上的电压、绿色曲线：BAT 引脚上的电压)。

引导失败如下所示。 PMIC 交流引脚上的输入电压(粉色线迹)会关断、因为电压 VDC_5V 会降至监控器检测到的4V 以下、进而会关断 PMIC 的电压2秒钟。在这2秒后、电路板始终成功引导。

从上面的图中可以看出、BAT 引脚上的一个主要差异是 SYS 电压由 PMIC 打开时的电压。在上图中、当 SYS 电压开始增加 BAT 引脚上的电压时、不会增加、但在底部图中、BAT 上的电压显著增加。

对我来说、PMIC 在启动期间有时会将 BAT 连接到 AC 或 SYS、有时也不会连接。当它这么做时、BAT 引脚的额外浪涌电流会导致 PMIC 输入端的电压下降得更多、这会导致 PMIC 输入端的监控器再关断 PMIC 的电压2秒钟。

有人对此有任何解释吗？我特别不理解的是、为什么 PMIC 有时决定为 BAT 引脚充电、有时甚至不充电。

7 年多前

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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大家好、感谢您在论坛上发布此问题！

我很高兴您能够使用 SLVA901应用手册构建从未真正出现故障的系统、但我看到您在使附加电路正常工作方面遇到了一些困难。

首先、没有连接到此线程的原理图夹。

我认为您的测试与使用锂离子或锂聚合物电池的正常系统之间的最大区别是、即使锂离子或锂聚合物电池"完全放电"、电池上的电压实际上也是~2.6-3.3V (取决于化学成分) 如果电池电压低于该电压、则电池可能会受到物理损坏、无法正常工作。

但在您的测试中、当超级电容器最初为0V 时、您将测试一个非常极端的情况。
如果您测量 BAT_SENSE 引脚、我认为您将看到"良好"引导情况与"不成功"引导情况之间存在非常细微的差异。

我认为、在超级电容器完全耗尽时对其进行测试超出了 TPS65217 PMIC 的工作条件、您应该首先进行测试、以验证在超级电容器上的电压仅略低于 UVLO (3.3V)时 PMIC 的行为是否符合预期。从3.2V 开始、然后以100mV 为步长(3.1V、3.0V、2.9V 等)向下工作。

由于系统中标有 VDC_5V 的电源无法提供足够的电流、并且电压下降到不可接受的水平、因此会出现"不成功"引导中的问题。导致复位的问题是上行电源。在 VDC_5V 网络上添加电容可能会有所帮助、但它不会解决超级电容器不充电的"良好"引导情况。

虽然我不知道 BAT 引脚(升压转换器和超级电容器布置)上电路的详细信息、但我有一个想法可以解决这个问题：安装一个阳极连接到 AC 且阴极连接到 BAT 的二极管。该二极管的方向与交流电源路径 Q1 FET 的体二极管相同、并将 Q2 FET 旁路到电池、从而防止电压达到您的超级电容器。注意：此方法尚未经过测试、可能会产生不必要的副作用。

如果您在未固定 VDC_5V 上的"压降"的情况下安装二极管、则每次引导系统的尝试都将失败。有两个问题需要解决、其中只有一个与 PMIC 相关。

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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大家好、感谢您的回复！很抱歉未附加原理图。给你：

我对最佳可得技术联系的描述可能不够清楚。超级电容器未直接连接到 BAT。超级电容器连接到升压转换器、可将超级电容器电压(充电时为~2.6V)升压至~5V。升压转换器的输出电压连接到 BAT。升压转换器的输出端连接了~350uF 的输出电容。这是 BAT 引脚"请见"的电容。在超级电容器达到~2.3V 之前、升压转换器的输出为0V (大约)。这是我现在测试的情况。

我不希望超级电容器或升压转换器从 PMIC 接收任何电压。电流流应该只从升压转换器流向 BAT 引脚、而不是从另一个方向流动。我不理解的是、为什么 BAT 引脚上的电压在 SYS 启动时有时会开始增加、如底部的图所示。

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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见下文的答复。

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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您好！

我做了更多的测试、找到了一个看起来有效的解决方案。如前所述、以0V 电压运行 BAT 引脚(在我的设计中、在超级电容器达到足够高的电压以启动升压转换器之前就是这种情况)可能超出 PMIC 的规格。然后、我想我可以尝试在升压转换器运行之前将一个电压与 V_BAT 相加、以确保在对 AC 引脚施加电压时 BAT 引脚上的电压始终高于 UVLO。 V_BAT 的电压取自"VDC_5V"、这是由于监控器在"VDC_5V_PMIC_IN"前2秒处于高电平、因此 BAT 引脚上的电压在向 AC 引脚施加5V (VDC_5V_PMIC_IN)前为高电平。

使用电阻分压器将总和电压从5V 分压至~4V。电阻分压器必须具有足够低的阻抗、以便在2秒后升压转换器输出上的电容器(~350uF)充电至~4V。请参阅下面的草图：

在这个解决方案中、我看不到我之前在 V_BAT 上汲取浪涌电流时看到的运行方式、并且每次电路板看起来都成功启动。这似乎起作用、因为我们现在"欺骗" PMIC、以相信电池连接到 BAT 引脚。

您对此解决方案有何看法？是否有我没有考虑过的缺陷？感谢你能抽出时间！

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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您好！

我在原理图中注意到 TS 引脚未通过10kOhm 电阻器连接到 GND。在测试中、您是否能够在移除交流电后将电流从 SuperCap 输送到 SYS 引脚？从技术上讲、悬空 TS 引脚意味着不存在电池、但电源路径的 VUVLO 检测可能允许电流沿 BAT 的方向流向 SYS。如果您注意到在这种情况下电流非常有限、这是因为电流通过 Q2 FET 的体二极管、从 BAT 流向 SYS。

在白板图中、"vDC_5V_PMIC_IN"和"VSUP"是同一网络吗？如果不是、"VSUP"来自哪里？

无论采用哪种方法、您都需要确保在移除交流电源时、使用超级电容器将电流以正确的方向从 BAT 引脚流向 SYS 引脚、同时避免快速充电区域。数据表的以下3个部分向您展示了您需要避免的区域：

8.3.9.1电池短路或不存在(VBAT < 1.5V)、其中1.5V = VBAT (SC)、BAT 引脚上的短路电压阈值
8.3.9.2无电电池(1.5V < VBAT < VUVLO)、其中 VUVLO 默认= 3.3V
8.6.7充电器配置寄存器2 (CHGCONFIG2)、默认情况下 VOREG[1：0]= 00b、将最大充电电压设置为4.1V
因此、VUVLO < VBAT < VOREG 是快速充电区域、也应加以避免。

否则、我唯一的问题是通过"低阻抗电阻分压器"的泄漏电流。如果这在您的系统中是可以接受的、并且电阻器没有变热、那么我可以对您的实现方案进行操作。

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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大家好、感谢您的回复。

V_SUP 是超级电容器电压、升压至5V、并在超级电容器充电时应用于 BAT。当交流电被移除时、我成功地将电源从超级电容器输送到 sys 引脚。然后、从 BAT 引脚到 SYS 引脚的电流为~700mA。

如果充电器被禁用(通过 CH_EN 位)、是否必须避免快速充电区域？您是否仍然认为我应该通过10k 电阻器将 TS 连接到 GND？如果我这么做、应该期望 PMIC 发生什么行为变化？

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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只要电流不从交流电流向 BAT (系统中的不需要的方向)、那么您的现有电路就可以接受。

我的问题只是当 VBAT>VUVLO 但 TS ==悬空时、您可能无法汲取高电流(~700mA)。由于您已经测量了电流、因此从 BAT 到 SYS 的单向电流似乎不需要 TS。

当 CHGCONFIG0中的 BATTEMP 位指示时、"注意：该位不指示电池温度处于充电的有效范围内。" 这只是意味着它没有在 TS 引脚上检测到 NTC。因此、您无需更改 TS 引脚端接。

仅通过 I2C 手动将 CHG_EN 设置为0b 可确保在成功引导后不会发生充电。当 CHG_EN 默认设置为1b 时、您的主要问题是在引导(加电)期间出现。如果您的系统每次使用变通办法成功引导，则这不是问题。

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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大家好、感谢您的回复！我的系统现在在几种情况下一直运行稳定、因此我对此非常满意。

最后一个问题：数据表指出、交流或 USB 电压增加时存在22.5ms 的功率抗尖峰脉冲时间。 VBAT 是否也会增加去毛刺脉冲时间？如果、假设 AC 引脚降至与 BAT 引脚上的电压相同的电压、PMIC 需要多长时间来检测此情况并从 AC 为 SYS 供电切换到 BAT 为 SYS 供电？例如、如果交流电压下降到等于 BAT 10ms、在再次上升到高于 BAT (大于190mV)之前、PMIC 是否会在再次从交流电供电之前切换为使用 BAT 一小段时间、或者这会消除毛刺脉冲？

0 admin 7 年多前

TI__Guru**** 2392975 points

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您提到的"Power Detected 抗尖峰脉冲"时间 TDG (DT)为22.5ms、表示它仅用于交流或 USB 电压增加。电源路径的作用是确保交流、USB 和 BAT 的顺利切换、并且当其中一个电源断开时、SYS 始终受电、但另一个电源仍然可用且高于 UVLO 阈值。

为了提供一个好的答案、我需要知道 BAT 上电压的绝对值。整个电源路径切换与 VBAT 的绝对值相关。当交流电压下降时、它下降的距离是多少？准确的值对于提供明确的答案很重要。

在 UVLO 阈值附近、切换可能并不完美。这就是首先使用解决方案电路3的应用手册的原因。当 VBAT >> VUVLO = 3.3V 时、电源路径的切换将平稳、您将不会注意到交流或 USB 电源何时下降。