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[参考译文] 针对4.2V 至3.3V、100mA 峰值和电路分离的电源路径管理

admin
Guru**** 1791630 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV62568A, DRV8837, TPS62742, TPS62740, BQ51050B, TPS63024, TLV62568, TPS62097, TPS62821
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/719050/power-path-management-for-4-2v-to-3-3v-100ma-peak-and-circuit-separation

主题中讨论的其他器件：TLV62568A、 DRV8837、 TPS62742、 TPS62740、 BQ51050B、 TPS63024、 TLV62568、 TPS62097、 TPS62821

您好！

 

我正在决定新项目的电源路径管理、并希望咨询 TI 专家。 我的新器件将通过电池工作、并且已经具有 TI 电池管理 IC - BQ51050BRHLR。

BQ51050BRHLR 的输出为4.2V、对于整个系统、我需要将其降低至3.3V。 平均电流消耗大约为10mA - 20mA、最大值为100mA 峰值。 我不知道 LDO 是否是一个好选择、因为它可以。 最坏情况下将耗散90mW、大约 平均15-20mW。 虽然我不知道睡眠模式下的电流消耗、但我想可能采用高效的 SW 稳压器... 那么、这是一个问题。

还有另一个问题：一个 IC 的电流可以非常快地从5mA 跳到60mA、其余电路的电流很慢、没有高瞬态峰值。 因此、我想、如果我采用一个具有两个通道的 IC、两个 IC 或一个具有一个通道的 IC、并且只使用电容器和铁氧体磁珠来分离路径、

 

如果您对 TI IC 提出任何解决方案建议、我们将不胜感激。

 

此致、

DEN

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    TI__Guru**** 1791630 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 Den：

    这是一个很好的问题。

    从根本上说、设计人员需要了解电流曲线、以确定 LDO 还是开关最适合低功耗应用。

    与开关相比、LDO 的 Iq 可能非常低。
    但是、LDO 在负载下的效率可能低于开关的效率。

    在平均电流非常低或为零的情况下、LDO 将提供更好的总系统效率。
    随着平均功率、峰值功率的增加、您会发现开关整体效率更高。

    但您必须知道功率分布。

    请参阅此应用手册、其中介绍了如何处理射频应用中的 LDO 与开关。

    e2e.ti.com/.../4061.Powering-LPW-products-swra173b.pdf

    如果您不知道或无法测量、您可能只需在实验室中测试功率分布。
    选择一个具有低 Iq 的 LDO>=100mA、并选择一个具有低 Iq 的开关>=100mA、然后尝试这两种方法。

    对于待机轻负载周期较长的短时脉冲、LDO 可能提供最佳的总体平均效率。

  • 0
    TI__Guru**** 1791630 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。

    您好、Ed、

    感谢你的答复。

    与我们的嵌入式产品团队讨论后(他们基本上告诉我他们希望在 PCB 上使用什么)、我认为最好的选择是肯定软件。 我的设计现在有一个小的变化、我们将添加一个在短时间内可汲取0.3-0.4A 电流的器件。 因此、在最坏的情况下、总电流要求约为0.5A、在"等待模式"下、系统将消耗约7mA - 10mA (尚不知道"睡眠模式")、因此 SW 是更高效的选择。

    问题是、对于所有"上市时间"问题、我没有多少(实际上是任何)时间进行原型设计、即我没有时间进行实验室测试。 它是我以前开发和测试过的旧产品的修订版。 不过、现在我们还有一些组件、其中一个是具有快速瞬态功耗的多普勒、另一个元件消耗的电流高达0.3A、正如我之前提到过的。 该另一个元件通过10kHz 的 PWM 进行调节。

    因此、我必须决定是否应该使用一个统一的电源、在我的情况下是3V3、只需在 IC 的输入端添加几个电容即可消耗大量电流、或者使用两个不同的 IC 将其分离？ 实际上、我倾向于使用一个统一的 PWR 电源、因为它更适合 PCB 布局并将总平面阻抗保持在最小值。 在这种情况下、您会建议什么？ 同样，我没有太多的时间进行测试，因此我向具有更多经验的人提出了问题。

    此致、
    DEN

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    TI__Guru**** 1791630 points
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    尊敬的 Den：

    拆分3.3V 是一个好主意。

    400mA 的瞬态 将在3.3轨上产生一些偏差。

    数字需要干净的3.3V 电压。

    如果电流不是太高、您可能能够将 LDO 用于数字应用。

    LDO 的效率始终为 Vout/Vin。  78%。

    但低负载下的总功率损耗是真正的问题。

    >数字负载是什么？

    有时、数字仅消耗20mA 左右的电流、而 LDO 则是不错的选择。

    对瞬态使用开关。

    我完成了一个我将分享的 WEBENCH 设计：
    您可以在需要时对其进行实验。

    https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID=84E4CC4EB9D6F641

    使用了 TLV62568A 1A 直流/直流。

    电流为500mA 时、效率为95%。

    Iout 下降时效率下降。 任何开关都是如此。

    这具有省电模式、在该模式下、当电感器不连续时、它会降低开关频率。

    e2e.ti.com/.../2630.4.2Vin-3.3Vout-500mA-TLV62568A.pdf

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    TI__Guru**** 1791630 points
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    您好、Ed、

    我以前从未使用过 WEBENCH、但如果您经常使用我所做的 TI 组件、它看起来是一款非常有用的工具。

    我所讨论的第二个元件、可消耗高达400mA/3.3V 的电流、这是一个珀耳帖元件、我通过 DRV8837进行调节。 我已经在 TI 的开发部门对其进行了测试。 它的工作原理非常好、尤其是对于 DRV8837 IC 的小型封装。

    现在、我大致了解了以下内容：

    我的主数字电路可能使用10-15 mA 的电流、有时可能会在短时间内抽取的多普勒电流。 50mA 至60mA、然后是可(但可能永远不会)高达400mA 的珀耳帖。 我仍然不想将 LDO 用于主电路、因为我认为它会浪费太多的功率、而高效的 SW 可以做得更好、例如 TPS62742。 因此、对于主3.3V 数字电源、我希望使用类似于 TPS62742的器件。 问题是如何处理珀耳帖元件。 问题在于它应该能够在低至0.2mA 至400mA 的电流范围内工作... (逐渐加热和冷却)我们通过具有 PWM 的 DRV8837对其进行调节、我们可能希望能够向珀耳帖施加极少的电流。 您是否有解决此问题的高效解决方案？ (同样，我没有当前配置文件：/)


    此外、如果您具有比 TPS62742更高效的器件(3.3V 和更低的总电流)、因为我不需要400mA 电流、那将会很好。

    此致、

    DEN

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    TI__Guru**** 1791630 points
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    感谢您的解释、Den。

    使用 BQ51050、您是否会始终将电池连接为主储电罐？
    电池的阻抗相对较低、可为珀耳帖提供良好的输入。

    珀耳帖电路速度不快、由于热质量、反应通常非常慢。
    控制环路速度慢。
    DRV8837珀耳帖连接到电池4.2-3.3V 时、不应使电源产生太大的干扰。
    如果电源电压介于1.8V 和7V 之间、则可以将 VCC 和 VM 引脚连接在一起

    为了实现极小电流和高效率的效果、您可以对 DRV8837进行脉冲。
    它不需要始终以0.2mA 的电流运行。
    占空比为20%时、1mA 的脉冲将产生相同的平均功率。
    珀耳帖和系统热质量将平均出能量。
    DRV8837具有 nSLEEP 模式、可在关断期间将其置于睡眠模式、以实现低热功耗状态。

    由于您控制 DRV8837的 IN1 IN2时序、因此您可以控制在开启期间非常缓慢地增加有效占空比、从而限制瞬态输入电流。 请务必使用推荐的输入去耦电容器。

    关于 TPS62742 400mA，对于 TI 最低的 IQ 降压，TPS62740具有360nA IQ 的300mA 输出，如 tps62742。 TPS6274x 是最佳超低功耗降压解决方案。

    当您进一步了解您的设计时、Den 以及在搜索 E2E 时找不到的器件特定问题、请按照 E2E 系统的要求、使用器件型号创建新主题。 这样、您的问题将被发送到正确的产品组。
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    TI__Guru**** 1791630 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。

    感谢您的帮助、Ed！  

    我对珀尔帖几乎一无所知、因此非常感谢您的任何意见。 事实上、我首先想到的是将珀耳帖直接连接到电池、但我们订购的(不是我的决定)令人烦恼的珀耳帖的额定值为 Umax 4.1！ 由于最大电荷下的锂聚合物为4.2V、因此不起作用。

    尽管如此、我还是写信给 我们从中购买这些 Peltier 的公司、并询问他们、即使该器件的额定电压为4.1V、仍可以使用4.2V 的电压驱动该器件。 他们将对其进行测试，因此我正在等待他们的答复。  

    但现在 、正如看起来的那样、我将不得不获得另一个组件、即 TPS6274x、但一个可以提供更多功率的组件。 我实际上更喜欢 使用一个 PWR 电源。 我可以在有噪声的组件旁边添加几个电容器和一个铁氧体磁珠(π 型滤波器)、但通过这种方法、我将具有非常均匀的 PWR 平面。 正如您自己所说的、珀耳帖元件非常慢、这是唯一消耗相对较大电流的组件。 电路的其余部分不会消耗太多电流。 或者还有其他我不知道/理解的变量吗？

    此致、
    DEN

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    TI__Guru**** 1791630 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 Ed：

    因此、看来、我应该为 Pleth 或更低的周期使用4.1V 电源。 此外、研发团队希望能够更改最大值 在组装期间对 DRV8837上的 VM 进行供电。 因此、我必须使用电源将 VM 分开、电源电压范围为1.5V 至3.6V (新限制)。 对于我的珀耳帖元件、您是否有输出电压介于1.5至3.6V 之间且具有良好效率的 SW 电源？ 电压电平应通过电阻分压器设置。

    对于其余电路、我将采用 TPS62740。

    此致、

    DEN

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    TI__Guru**** 1791630 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 Den：
    我介绍的原始设计仍然是您的珀耳帖的最佳方法。

    https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID=84E4CC4EB9D6F641

     使用了 TLV62568A 1A 直流/直流。

    电流为500mA 时、效率为95%。
    设计报告： 4.2V 输入电压、3.3V 输出电压、500mA、TLV62568A.pdf

    使用1A 开关将使效率的"最佳点"恰好位于您的最大功率点。

    架构仍然令人关注。
    BQ51050b 旨在为锂离子电池充电。
    因此、我们必须假设您的系统已连接到电池。
    该电池的充电电压范围为4.2V 至大约3.0V、3.6V 处于稳定状态。
    如果您希望从电池获得3.6V 的电压、那么当电池几乎放电时、您将需要升压、从3.0升至3.6V。

    TLV62568A 具有100%占空比模式、当输入电压降至低于输出电压设定点时、输出电压将跟随输入电压。
    示例：如果 Vout 设置为3.6V、则 Vbat = 4.2 (完全)到3.6V 将获得3.6Vout。
    当 Vin 降至3.6V 以下时、Vout = Vin。

    以在输入电压时保持 Vout VOUT 您将需要一个降压/升压解决方案。
    这里是我刚才为此运行的 WEBENCH 设计的链接。
    https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID=43D8A9AF4BF8D999

    VIN 3.0-4.2；输出电压3.6V 500mA；TPS63024 3A 降压/升压。
    由于峰值电流较高、在500mA 输出下从3V 升至3.6V、因此需要一个3A 器件。
    VOUT 可根据珀耳帖的需要进行调节。

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    TI__Guru**** 1791630 points
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    尊敬的 Ed：

    "我介绍的原始设计仍然是您 Peltier 的最佳方法。"
    我完全同意、但我在这里处理医疗设备、因此如果珀耳帖制造商无法保证其传感器在4.2V 下工作、我无法使用它、因此无法将其连接到电池。

    "BQ51050b 旨在为锂离子电池充电。 因此、我们必须假设您的系统已连接到电池。"
    情况将始终如此。 电池封装在封装/产品中、永远不会打开。 我们绝不会将电池放电至3.65V 以上、因此3.6V 输出应该是合理的。

    关于 TLV62568A：问题是，我们还没有实验室的传感器，所以我不知道珀耳帖的当前轮廓，但我必须在本周结束前完成设计。 我从制造商那里得知、电流范围是大约的。 从100mA 到350mA、具体取决于电压、即电压越低-电流越低。 在该区域、TLV62568A 的工作效率不高。

    同样、我完全同意 TLV62568A 是一款出色的电源、适用于400mA 至500mA 的工作范围、但我们将使用较低的电流范围、因此我需要一个效率良好的 IC、但电流范围介于100mA 至350mA 之间。

    此致、
    DEN
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    TI__Guru**** 1791630 points
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    尊敬的 Den：

    在讨论的这一阶段、我想您正在寻找一个电源来使用您的锂电池并在高达350mA 的电流下输出1.5V 至3.6V 的可调节电压？

    您是否需要 TLV62568A 的强制 PWM 模式？ PFM 模式版本 TLV62568的效率更高。

    您的电池放电的电量有多低？ 如果您降到通用3V、则需要使用降压/升压转换器从3V 输入电压中获得3.6V 的输出电压。

    TPS62097看起来像是一个更高效的强制 PWM 模式降压。
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    TI__Guru**** 1791630 points
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    尊敬的 Chris：

    "在对话的这一阶段、我想您正在寻找一个电源来使用您的锂电池并在高达350mA 的电流下输出1.5V 至3.6V 的可调节电压？" 正是这样。

    正如我在前面所写的那样、我们将最大电压低至3.65V。 因此、我不需要降压/升压转换器。 我只需要一个可低至1.5V 和高达3.6V 的降压转换器、或者让我们说 Vin 电压。

    关于 TLV62568：对于我的工作范围(即100mA)、我不会将其称为非常高效、尤其是当我的工作电压低至1.5V 时。

    此致、
    DEN
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    TI__Guru**** 1791630 points
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    感谢您的澄清。 您似乎不需要强制 PWM 模式。

    在这种情况下、建议使用 TPS62821更高效。
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    TI__Guru**** 1791630 points
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    尊敬的 Chris：

    TPS62821对于这个问题似乎是一个很好的 IC。 感谢您、我将为珀耳帖元件和 TPS62740为其余电路提供支持。

    此致、
    DEN