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[参考译文] TPS2553：各 PCB 之间的电流限制行为差异

admin
Guru**** 1135610 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS2051C, TPS2553, TPS2065C, TPS25221
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/1327527/tps2553-current-limiting-behavior-differences-between-pcbs

器件型号：TPS2553
主题中讨论的其他器件： TPS2065C、 TPS25221、TPS2051C

我们正在使用 TPS2553来限制具有5V 输出的直流/直流转换器的电流输出(不过不是 USB 应用)。  该电路如下所示、使用 R103时设置约1.1A 的标称限值。  R106未被安装、因为其用于在必要时修整电流限制。   

我们注意到我们制造的75批电路板之间的行为不同。  随着输出端负载的增加、一些电路板将输出保持在相当恒定的电压、直到达到过流限值、而某些电路板的压降更大。  下表列举了两个示例。  这些电路板加载了一组电阻器、从大约4.9欧姆连续连接开始、然后以并联的方式增加更多电阻。  我们使用两个 DMM 测量了输出电流和电压、以及查看示波器上的电压波形。   

下表显示了两个电路板在负载增加时的结果(每行不一定完全相同)。  电阻值根据 Vout 和 Iout 计算以供参考、而不是根据所使用的各种电阻器的并联组合计算得出。

SN59 R103 = 23620 Ω *** SN53 R103 = 23750 Ω
输出电流(A) 输出电压(V) 等效 R 注释 输出电流(A) 输出电压(V) 等效 R 注释
0.953 4.63 4.86 0.967 4.73 4.89 请注意、该电压已经高于 SN59。
0.961 4.60 4.79 0.989 4.72 4.77
0.980 4.55 4.64 1.003 4.71 4.70
0.999 4.43 4.43 1.008 4.71 4.67 在相似电流下比 SN59高0.34V。
1.006 4.37 4.34 1.062 4.69 4.42
1.010 4.28 4.24 1.099 4.64 4.22
1.012 4.21 4.16 1.103 4.56 4.13 电流限值约为1.1A。
1.016 4.06 4.00 骑自行车 在上述阶跃中增加220欧姆以上、如果不限制/循环、则增加~μ V 20 mA。
0.978 3.76 3.84 当前相对于前一行的电流下降？
0.987 3.58 3.63

我测量了 R103的值、至少在电路中(我知道有一些潜在的陷阱、但我还没有准备好干扰电路板)。  上表中也提供了这些值、根据数据表中的公式、我预计电流限值会处于以下范围：

  • SN53：1.010 - 1.170A
  • SN59：1.015 - 1.176A、这个值比我们对于 SN53的预期值稍高、但是实际上它更低一些。

对这里可能发生的事情有什么见解吗？  从我所能看到的以及使用 DMM 进行测量得到的结果来看、当电路关闭时、差异很小。  然而、SN59具有明显更高的压降、并且似乎从未进入关断状态。  此外、它的电流限制刚好处于电阻器值的边缘...这似乎不太可能。  当我增加负载时、底部两行的电流限值略有下降。

SN53的关断行为在电路板中更为常见(不过我使用电子负载对它们进行了测试以了解速度)。  这也更像我期望从"-1"版本的部分(回顾一下,更好的行为本应用程序)。  但整批产品都是出自同一块剪切带、因此这里似乎不太可能有混合类型、而且它们甚至可能来自同一个晶圆。   

我欢迎您的意见。

此致、

棒

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    TI__Guru**** 1135610 points
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    Hi Rod：

    感谢您提供详细的说明-您的假设/计算看起来都正确。  根据我的理解、SN59的表现正如您所期望的那样、而 SN53没有。  我不确定可能会发生什么情况、但我有一些想法/问题来调试这种情况：

    • 如果从独立直流电源引入电源、结果是否相同？  运行这些测试时、您是否验证了 VIN？
    • 从 ILIM 到 R105+R103再到 IC GND 的路径需要多长时间？  我们希望它尽可能短。
    • 您可以用 V_IN、V_OUT、V_FLT 和 I_OUT 的示波器屏幕截图吗？

    此致、
    埃里克

  • 0
    TI__Guru**** 1135610 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。

    此外、如果搁置确切的电流限制值、似乎 SN53正在进入恒流运行状态、而 SN59正在循环进入/退出热关断状态。   这些都是 TPS2553的正常行为。  该器件将尝试在线性模式下驱动 MOSFET、以保持恒定的 IOUT。  这需要 VOUT 根据负载增加、并最终导致热关断。  如果 SN53的 VIN 低于 SN59、则可以降低保持恒定电流所需的压降、从而允许 SN53免受热关断的影响。

  • 0
    TI__Guru**** 1135610 points
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    感谢您的快速且乐于助人的回复。  TL；DR 的情况是、我认为它部分是一个器件进入热关断状态和另一个电流限制状态、正如您所说的、尽管我不明白它们为什么会出现不同的行为。

    要回答您的问题、请执行以下操作：

    我尚未通过台式电源驱动电路。  我已经验证了 Vin、它显示在下面的示波器截图中。  平均值在所有情况下大致相同、并保持其值接近5V、但与 SN53相比、SN59在负载电流~1A 时似乎具有更大的纹波。  (这也是我需要研究的其他问题。)

    从 ILIM 到 R105+R103再返回 IC GND 的路径如所附的 CAD 屏幕截图所示。  包括接 地层在内的蓝线总长度为21mm。过孔深度不会增加太多、因为前两个铜层之间的电介质面积仅为0.1mm (39mil)。   诚然、这不是可能的绝对最短路径；我本来可以在电阻器附近建一个过孔、以便更接近接地平面。  

    其中还包括一些示波器截图。  在所有情况下：

    1. Ch1 (黄色)是2V/div 条件下的 Vin、但第一个图像为1V/div、在屏幕上的不同位置除外、为了更好地显示纹波。
    2. Ch2 (青色)是2V/div 上的 Vout、并且在屏幕上与 Ch1有同一个参考点。
    3. CH3 (品红色)在500 mA / div 处为 Iout。
    4. Ch4 (绿色)是2V/div 条件下的 Vflt。 它的参考值是-4分段、这被显示信道标度的信息线掩盖。

    图显示：

    SN59_RR_5_VinRipple 显示了 SN59、在其限流模式下的实际电阻器负载约为3.7 Ω。

    SN59_RR_7_ThermalShutdown 在大约3.5欧姆的条件下负载稍高、并且出现了偶尔的热关断。  当输出开启时、电流会限制在1.0A 以下。

    SN53_RR_4和 SN53_RR5显示了另一个在不同时间刻度下负载约3.7欧姆的 PCB。  在每种情况下、在已连接负载的情况下接通输入电压。  当输出开启时、电流限制在1.1A 左右。 我们看到大量8-10 ms 的脉冲、然后脉冲停止、输出保持恒定在大约4.05V。  

    SN53_RR_6将电阻器降至大约3.4欧姆。  在这种情况下、有一长串10毫秒脉冲、几个脉冲在恒定输出端良好启动、最后热关断循环如 SN53_RR_8所示。  这是我在初始问题中曾好奇的行为、不过在等待时间没有足够长之前、我才从短暂的低占空比脉冲转变为长占空比脉冲。  

    SN59似乎不会这样做(在10ms 内过流关断)、至少对于纯阻性负载不是如此。  我只见过它通过相当高的占空比实现长周期、结果看起来像散热。  但是、当在恒定电流模式下加载可编程电子负载时、它将产生过流脉冲。  (我知道,动态响应的所有赌注都是关闭的;我们有负载来自两个不同的制造商,在其他情况下,我们观察到不同的动态。

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    TI__Guru**** 1135610 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。

    Hi Rod：

    我没有为您提供完整的答案、但可以帮助您解释其中一些图形。  在我的初始评估中、我忘记了您连接的是 FLT 和 EN 引脚、因此我认为热关断实际上是 FLT 引脚置为低电平、这会禁用器件、直到其充电超过 EN 高电平阈值。

    • SN59_RR_7_ThermalShutdown： 器件识别 IOUT 达到 IO、故障抗尖峰脉冲= 5-10 ms 后、故障被置为有效。  由于 EN 为逻辑低电平、器件被禁用。  一旦识别到逻辑高电平、FAULT/EN 就会重新充电、器件会重新启用。
      • 我不知道为什么 IOS 没有被立即识别。  也就是说、在 FAULT 置位为低电平之前、我没有看到负载电流变化。
    •  我希望观察到 SN53_RR_4、SN53_RR5和 SN53_RR_6。  直到脉动停止。  顺序为： EN 充电至逻辑高电平-> VOUT 变为高电平并立即达到电流限制/IO ->故障抗尖峰脉冲为5-10 ms -> FAULT 置位、强制 EN 逻辑低电平->重复。
    • SN53_RR_8看起来与第一个图相似、但范围更宽。

    对于 SN59、您是否尝试了更低的电阻负载？  我想有一个阈值、它的行为将开始更像 SN53。  我仍然建议在可能的情况下使用独立电源进行测试、以便从设置中删除变量。

    此致、
    埃里克

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    TI__Guru**** 1135610 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。

    Hi Rod：

    我能够与我们的设计团队交谈、我们对可能发生的情况有了一定的了解。  输入电压纹波可能会导致内部去毛刺脉冲前故障信号切换。  这 将持续复位故障抗尖峰脉冲计时器。  因此、虽然 SN59具有电流限制功能、但内部故障信号永远不会通过抗尖峰脉冲滤波器、因此我们永远不会 在示波器上看到它被置为有效。

    我们可以使用具有较低纹波的外部电源来测试这种理论。

    一种解决方案是增加输入旁路电容以减少 VIN 纹波。  还有一些器件采用不同的抗尖峰脉冲机制来解决该问题。  TPS25221引脚对引脚兼容、但需要新的 R_ILIM (~50k Ω)。 可能也值得查看 TPS2051C 和 TPS2065C。  它们具有固定的电流限值、并且不兼容引脚对引脚。

    此致、
    埃里克

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    TI__Guru**** 1135610 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、Eric、

    感谢您提供有关替代零件的其他信息和建议。  为回答您的问题、

    1.可以为 SN59增加更多负载、并使其像 SN53一样出现故障、但这种情况并不一致。  请参阅此启动示波器图、其中混合了更长的导通时间和5-10毫秒故障脉冲。  大约一分钟后、它再次转变为更长的脉冲。   

    2.直接用台式电源给电路供电似乎可以解决这个问题。 下图是工作台电源在加载足够多以触发故障时的行为、它是一致的。

    这两个结果似乎都支持了设计人员的理论、即 Vin 纹波会影响故障确定。  这似乎解决了问题，至少在这一部分。  显然、我需要对直流/直流转换器进行工作。  我将详细了解这些替代方案。   

    非常感谢您的帮助。

    棒