[参考译文] TPS61022：2A 负载时短路失败

使用 TI 计算电子表格、我在单位转换 9.7e-11 F = 0.097nF (我认为它是 uF)中发现了一个错误。

明天、我将尝试97pF 的 C3值、并返回报告。

如果 有人 在这段时间偶然碰到这一点,我欢迎其他的想法。

Oksy,期待您的更新。

尊敬的 Nicholas：

您是说所有 TPS61022都已损坏吗？ 如果这样、我认为可能是由您的布局导致的、环路 SW-COUT-VOUT-GND 的面积较大(TPS61022对该环路面积非常敏感)、这可能会导致 SW 节点出现高压尖峰、进而损坏器件。 100nF 电容器没有帮助、因为主电源电流将流过较大的电容器。 至少10uF 可能会有用、需要将这个较小的电容器尽可能靠近 VOUT 引脚放置。

您可以将此应用手册作为参考、它显示了建议的布局并列出了我们以前从其他客户那里发现的一些常见错误。 谢谢。

www.ti.com/.../slvaes4.pdf

此致、

内森

谢谢 Nathan、本文档非常有用、它 的数据表似乎值得 进行修订。

上面链接的文档显示了与 我遵循的数据表示例(以灰色显示)非常不同的布局。

 似乎只是摆弄一些元件来解决这一问题是毫无希望的、如果布局不正确、我 将重新设计 PCB 并订购一个具有与您上面提到的文档(用下面的颜色显示)类似的布局的新 PCB、然后会报告给您...

我已经尝试重新设计布局(见下图)。

我在 输入电压高于4.8V (USB)的应用的数据表中提到的 VIN 和 VOUT 之间添加了预偏置二极管。 我还添加了前馈电容器和串联电阻器、以实现2kHz 零频率、因为我需要超过40uF 的输出电容。

我曾尝试尽可能减小区域面积、但在您提到的文档中、是"为电源板(GND、SW 和 VOUT)使用更大、更厚的 PCB 铜、以提高热性能"。 这从热的角度来看是有道理的、但我 认为这与您关于环路面积的看法是背道而驰的。  是否应该扩大 GND 并添加过孔以获取热质量？ 我应该缩小 SW 区域的面积吗？

一般而言、您是否可以对这个修订后的布局和原理图有任何反馈？

谢谢你。

尊敬的 Nicholas：

1.在您的应用中可能不需要前馈、因为40uF 是有效值、而不是标称值、对于陶瓷电容器、有效值小于标称值。 当然、我们建议您在此处保留前馈电容器的位置、以防发生一些变化。

 较大和较厚的 PCB 铜之间没有冲突、并保持环路面积尽可能小。 由于高频交流电流将沿最小阻抗路径流经电容器(最小阻抗意味着最小环路面积)、因此只要将输出电容器尽可能靠近 VOUT 引脚放置、使用大型 PCB 铜无关紧要。

另外一点是、您最好在二极管和 Vout 的阴极之间使用更宽的线、因为启动时这里可能会有大电流。

此致、

内森  

谢谢 Nathan、我做了最后的修改、并订购了一个新的电路板进行测试。

根据您对流经预偏置二极管的启动电流的反馈、 我将 VOUT 线迹更宽、并将元件更改为 具有低压降(280mV)的2A 肖特基二极管。

考虑到环路面积增大的风险、我 在 GND 区增加了几个散热过孔、这与您发送的应用手册中的示例布局更为匹配。

根据您的建议、我保留了 前馈 电容器及其 串联电阻的空间占用。 计算器推荐的值为100pf 和100k；我在之前上传的原理图中犯了一个错误、其中串联电阻的值为1K、在计算这个值时 会产生不可接受的相位裕度、这可能会导致不稳定。

 当评估板送达后、我将在此处分享结果、然后对其进行组装和测试。    如果有人发现此问题、我仍有几天时间向制造商提交修订(如下)。

感谢您发送编修。

尼古拉斯

尊敬的 Nicholas：

您可以尝试在计算工具中移除馈电容电容(提供非常大的零点、例如1000kHz)、如果相位裕度> 45且增益裕度> 10、则意味着系统很稳定、除非您要增加穿越频率、否则不需要馈电容。 (通常、馈送法电容有两个功能、提高环路稳定性或增加交叉频率)

当然、根据您的计算工具、系统在100pF 电容下仍然保持稳定、这取决于您。

此致、

内森

您好、 Nathan、

我使用 修改后的布局构建了一个模块  、如本主题前面所述、我使用 WEL3005电子负载进行测试。

使用前馈电容器和串联电阻器(相位裕度48.5º)时、TPS61022无法在1.5A 负载下短路。

我将  TPS61022替换为新的 TPS61022、移除前馈电容器和串联电阻器(相位裕度64.5º)、台式电源的电压为5V3A (VIN)、电子负载读数为5V2.2A (VOUT)、效率为73%。  将 VIN 降低至3V2.87A、VOUT 读数为5.43V1A、效率为63%。

除非我在计算  中犯了个错误、否则效率似乎比我从数据表中预期的要低很多、但至少它是稳定的/现在可以正常工作。  感谢您 提出 有关引入此 IC 的建议 。

 您是否对我可以努力提高效率有任何想法、或者对这些结果是否合理有一些反馈？

非常感谢、

尼古拉斯

大家好、Nathan、我在这次测试中使用了10cm 长的柔性电路板跳线。

阅读了你的消息后,我采取了一些更有条理的读数与电子负载,并记录在电子表格中...

效率很低。

我曾尝试将负载设置为 2.5A、但有一种非常明显的线圈呜呜声、而负载看到的电压 非常低、约为3.4V。 这或许是由于 预偏置二极管 CUHS20S30的2A 正向电流额定值？

我将尝试更改该二极管并报告结果。

***更新1***

我将预偏置二极管更改为  B340 (3A 正向电流)、我能够将负载调整得更高一点。 看起来似乎是效率的轻微回归。

我现在意识到、当 VOUT 负载使其 等于或低于 VIN 时、会产生线圈噪声和突然出现的低输出电压。

***更新2***

以下是没有预偏置二极管的结果...

10cm 的线不短、这会导致压降和功率损耗、尤其是在电流较大时。 因此、我建议您使用万用表在 PCB 板中测试 Vin 和 Vout 引脚电压、这是 TPS61022的实际效率。

顺便说一下、我认为您将电子负载设置为 CC 模式、并在负载开启的情况下启动、对吧？ 如果这样、则意味着 TPS61022将以大负载电流启动、当您添加预偏置二极管时、负载电流将在启动时流经该二极管、因此如果您要在启动时支持2、5A 负载电流、则2A 二极管实际上存在风险。 如果不添加预偏置二极管、则意味着负载电流将流经升压、启动电流限制通常小于启动后的电流限制、我不确定 TPS61022在启动时是否可以支持5.5V/2.5A 电流、我认为可能很困难...  

也许您可以尝试在无负载的情况下启动、然后在启动后加载。

谢谢。

内森

Unknown 说：

如果您想在启动时支持2、5A 负载电流，2A 二极管实际上有风险

我使用了额定电流为3A 的 B340预偏置二极管、它没有太大变化 (请参阅 我在上面发布的"更新1"下的测量表)

Unknown 说：

10cm line is not short，会导致压降和功率损耗，尤其是大电流。

在10cm 跳线上测量到0.5欧姆电阻。 我可能缺少一些东西、但我不认为 0.5欧姆会造成显著的功率损耗。

无论如何、我将 TPS61022模块放在了我的项目中(使用2.54mm 接头将其插入、无电线)、确保在我启动电池充电器以增加负载之前以~50mA 的低负载启动该模块。 它仍具有2A 限值。 我是通过降低电池充电器的充电率直到升压转换器稳定才发现这一点的、当所有充电器都处于活动状态时、其总电流为~2A。

您是否在我的布局或组件选择(上图)中看到此 实施 具有2A 电流限制的任何原因？ 或为什么 效率 低于预期？

使用0.5欧姆电阻器时、如果负载电流为2A、则可得到1V 压降和2W 的功率损耗。 总输出功率为~10W、因此线路上具有20%的功率损耗。

我认为您的布局没问题。

USB 电源是否可能导致2A 电流限制？ 因为您说过 USB 电源为5V/3A、所以不确定您是否表示最大电流为3A。

您也可以测试2A 电流限制条件和2.5A 线圈 呜呜声条件下 VIN SW VOUT 的波形、以检查 TPS61022是否正常工作。

大家好、Nathan、我 已经使用了  30V5A 可调 线性台式电源、以电子表格样式格式完成了这些测试。

虽然我现在意识到,从 PSU 到 VIN,我应该一直使用的线索,这种功率,我的一方的监督,现在似乎很明显。

无论如何、还是使用较短的电缆执行了另一项测试、电缆的 VOUT 和负载之间的规度较厚...

。

这些结果比以前好、但比我从数据表中预期的还要差(见下文)。

TPS61022 在3A 时保持稳定、但在3.5A 时效率开始稳步下降、我 认为这是由于线圈 明显变热而导致 的。 我曾尝试将负载调节 到5V4A、但未激活。

事实上、该测试显示出比我之前的测试以及当我在项目中安装此模块时的改进、这使我认为至少部分问题是路径 VIN 或 VOUT 的电阻。

正如您提到的、或许可以改进二极管选择。 我不确定我是否提到过、但我使用的线圈是 Bourns SRP5030CA-1R0M。

我发现 Vout=4.25V 当 Iout=3.5A 时、二极管是在这种情况下导通的、因此 Vout 非常低。

如果输入端使用长导线、也可以添加一个大的输入电容器、例如铝电解电容器或钽电容器。