[参考译文] TPS55165-Q1：非12V 输出

大家好、Jan、

1.能否回复一下原理图和布局？

您是否还可以与您捕获到的波形共享、如 Vin、Vout、SW1、SW2、iL？

此致、

布莱斯

我没有捕获任何波形、但会捕获。

我有原理图和布局相关部分的屏幕截图、但我不知道如何在此处包含它们。  原理图与 WEBENCH 的结果相匹配、输入电压9至12V6、输出电压12V、0.25A

布局。  引脚1右下角。  顶部和底部接地平面拼接在一起

一些请求的波形。  请注意、输入电压为12.2V、直流输出为9.9V。  更早的测量是在输入电压约为10.6V、输出电压 略低于9V 的条件下进行的。

除了输出不达到12V 之外、波形与仿真一致。 黄色迹线表示 Vin。 蓝色迹线为 Vout

L2、引脚20、启动时的波形

L1、引脚2上启动时的波形

在空载的情况下进行的所有测量

大家好、Jan、

您能否检查一下您正在使用的芯片是 TPS55165-Q1、而不是 TPS55160或 TPS55162？ 三部分的 Vout 配置不同。

我可以看到原理图没有大问题。

但布局与 TI 的建议有很大不同。 对于直流/直流转换器、我们发现50%以上的问题与布局有关。 例如、电源布线(Cin、Cout、电感器到 IC 电源引脚之间的 PCB 布线)应足够宽。  

您是否非常确定波形是在空载条件下进行测试的？  

感谢您的答复。  IC 上的标记为 TPS55165、35TG4、A2VL。 我确信这些波形没有负载。 两个12V 负载从外部连接到 PCB、但在测试过程中没有连接。 即使它们连接在一起、它们也会在100mA 下表现良好、这不会给 TPS55165带来繁重的负担。

大家好、Jan、

感谢您的确认。  

电感器饱和电流电平是多少？  

我想您可以通过一些测试来进行调试：

1.更换主板上的新芯片、查看输出电压是否相同。

2.探测 VREG 引脚波形。 VREG 引脚是内部电路的电源、首先需要正确。

3.将 VOS_FB 引脚连接到 GND、检查 VOUT 是否为5V。

我仍怀疑此问题与布局有关。

电感器为 TDK VLS5045EX-4R7M、36毫欧、Isat 4.4A。

我构建了两个单元。 两者都有相同的问题、因此我非常怀疑更换器件是否会有所帮助、因此我很恭敬地拒绝这样做。

单元1输入电压：12V21。  输出电压：9v91 Vreg：4V89

单元2输入电压：12V21Vout ：9V78Vreg： 4V93

我将修改一个 示波器、方法是将布线切换到 VOS_FB 并将引脚接地、然后在 Vreg 上放置一个示波器、以确保其工作正常。  除了直流电平、我应该在该引脚上看到什么？

将单元2修改为输出5V (引脚 4接地)。  输出5V04无负载。  反相缓冲器。

我在 Vreg 输出上放置了一个示波器。

交流耦合、开关峰间电压小于100mV。

如果这是布局问题、您建议进行哪些更改？ 输入电压和输出电压上的电容器尽可能靠近 IC、并连接到接地平面。

大家好、Jan、

因此电感器没有问题。

当 VOS_FB 对 GND 短路时、Vout 应为5V、您的测试结果符合预期。

输出电容器器件型号是什么？ 与 EVM 相比、所选电容器尺寸要小得多、我怀疑有效电容器值要小得多。 可能会导致环路不稳定。

您也可以探测电感器电流和放大开关波形、检查占空比是否逐周期变化。

您好、Zack、

我们对5V 的结果是一致的。 我假设 Vref 节点按预期工作。  有两个并联的电容器用于输出。  C308为100nF、50V、X7R。  C311是22uF、25V、X5R。  我将重新连接12V OUT 并探测 L1和 L2节点。  我的直觉是器件没有从降压转换为升压、但我不确定是为什么。  使用工作台电源而不是电池并查看用9V 驱动电池会发生什么情况是合理的吗？

将工作台电源用作输入电压时的一些有趣数字。  在无负载的情况下测量的所有温度。

输入电压8V52 输出电压：9V01

输入电压：9V01 输出电压：9V14

输入电压：9V5 输出电压：9V31

输入电压：10V0 输出电压： 9V29

输入电压：10V5 输出电压：9V18

输入电压：11V01 输出电压：8V9

是否有响应更新？  在目标应用中、负载中等并且会根据需要开启和关闭、因此空载时的行为很重要。

我只是通过在第一个22uF (C311)之上混叠第二个22uF、将输出电容加倍至44uF。  它没有区别。

大家好、Jan、

很抱歉、我们是在最后几天的公共假日。

您能否在一个页面上探测电感器电流、L1、L2和 Vout 的波形？ 以便我们可以 逐周期检查波形。

此致、

布莱斯

Bryce、您好！

我只能使用2通道示波器、而且无法查看电感器电流。  我可以并且将会获取 L1和 Vout 的波形、然后获取 L2和 Vout 的波形。

这里是采集的波形。  VOUT 为蓝色迹线、表示交流耦合。  L1/L2是黄色迹线、直流耦合。  扫描速度50ns/div。 CH1 (黄色) 5V/div。 通道2 (蓝色) 500mV/div

L1、Vout

典型 L1、Vout 单冲

L2、Vout

L2、Vout 单冲

大家好、Jan、

感谢您提供波形、您能否让电感器竖直放置并在电感器焊盘和 PCB 焊盘之间添加一条直线、如下所示、以便使用电流探头捕获电流波形？ 我从上述波形中看不到任何异常、您能否缩小并捕获范围内约10-20个开关周期的 iL 和 L1或 L2？

此致、

布莱斯

布莱斯、您好！

我没有电流探针、因此尝试修改电路板是没有根据的建议。 我将重新捕获 L1和 L2。

大家好、Jan、

谢谢、请在您获得结果时回复此主题。

这里是 L1处于500ns/分段

L2 (黄色迹线)和 L1 (蓝色)。  相同的扫描速度

大家好、Jan、

器件运行不稳定。

您能否在输出端再添加一个22uF 输出电容器并重新进行测试？

我在布局中没有看到任何铜平面、它实际上有多边形平面吗？

此致、

布莱斯

布莱斯、您好！

它已在第一个堆叠的输出上额外分配了22uF 电容。  实际上、这两层都有铜接地平面、并且在底层(绿色)具有相当连续的特性。  可能存在的唯一与布局相关的问题是输入和输出电容器的接地侧无法尽可能靠近引脚1。  我已做出改变、重新调整方向、并希望下周使用裸板进行测试。

大家好、Jan、

是的、您使用的22uF 输出的器件型号是什么？ 由于直流偏置、电容值可能会大幅降额。 我想知道在添加更多电容器时它是否有用。

此外、布局可能会对运行产生很大影响。 期待您取得成果。

此致、

布莱斯

Bryce、您好！

22uF 电容器是三星 CL21A226MAYNNNE。  25V、X5R。  我知道、在直流偏置条件下、电容会有所降低、就像这些一样。  这正是我选择额定工作电压超过其预期工作电压两倍的器件的原因。

大家好、Jan、

在选择 MLCC 电容器时考虑直流偏置是合理的。

期待您取得成果

修改后的布局的初始测试 与之前几乎相同。  构建并测试了两个单元。

输入电压：12.15V

单元1Vout、空载： 9.03V

2V 输出电压单元、空载：10.42V

两个装置的输出端都有44uF (2x22uF)。

我将拍摄 L1和 L2的示波器图片

以下是 来自修订版布局电路板的 L1和 L2波形。

器件1

黄色迹线 L1、蓝色迹线 L2。  显示了与 旧版布局相同的不稳定性。

器件2

黄色迹线 L1、蓝色迹线 L2。 请注意、几分钟后、虽然输出从10.4V 开始、并探测电感器焊盘、发现输出为12.03V、这些波形已经稳定、如图所示。  我一直关注的 是从一个实例到下一个实例没有可重复性、并且明显的最低稳定性裕度。  如前所述、该应用要求在空载时提供有效电平。

大家好、Jan、

它还让我混淆了在 L1、L2处添加探头时波形会变得稳定。  

我搜索了输出电容、发现在12V 直流时有效值仅为20%、 如果加到22uF 的有效值会怎么样？

电感器的器件型号是多少？ 旋转电感器会有所帮助吗？

此致、

布莱斯

如前所述、电感器是 TDK VLS5045EX-4R7M。  4.7uH Isat 4.4A 36毫欧。  旋转它只会使焊盘垂直于 IC 的长轴、从而使布局变得复杂、  两个电路板的输出端已经有两个22uF 电容器并联。  关于电路板2的行为、我只能告诉您的是、输出电压更接近上电时的预期值、并且 L1和 L2波形在探测时是稳定的。  电路板1的布局和组件相同、但无法接近预期输出、 波形也无法稳定。

大家好、Jan、

好的、明白这一点。 但该器件现在不稳定、因此我认为您可以采取上面建议的操作尝试一下。  

我的意思是电感器可以旋转180°、布局不会改变。

22uF 为额定值、有效值会因直流偏置而大幅降低。

此致、

布莱斯

在旋转电感器的过程中、TPS55165被破坏。  将其替换为不同的输出电压后、输出电压为10.3V。  然后、我向输出添加了第三个22 μ F 电容。  输出无变化。

我不得不声明、我不理解旋转电感器为什么会产生任何影响。  这是一个双端子设备、将其旋转180度 无关紧要。  绕组和磁芯与迹线和 IC 的关系仍然相同。

大家好、Jan、

旋转电感器后、电感器高侧或低侧的电感器内部绕组会发生变化、并且高频开关节点的面积可能会增加、从而可能引入更多的干扰。 但我不确定这是否会损坏器件。 我更倾向于认为糟糕的布局会造成损坏。 如上所述、 布局与 TI 的建议有很大不同。 对于直流/直流转换器、我们发现50%以上的问题与布局有关。 例如、电源布线(Cin、Cout、电感器到 IC 电源引脚之间的 PCB 布线)应足够宽。  

为了澄清这一点、电感器的旋转不会对 TPS55165造成损坏。  在加热过程中、该区域相对于 PCB 焊盘图案上移。  我没有注意到,直到神奇的烟雾逃脱。 当我重新制作布局时、我将过孔加倍、以将引脚1连接到接地平面、然后我调整输入和输出电容器的方向、从而最大限度地缩短到引脚1的距离、并根据 TI 应用信息最大限度地减小输入和输出环路面积。  此时、我不知道可以采取什么措施来使这个电路足够稳定和可靠来提供产品。

大家好、Jan、

我不确定加热是否会损坏焊盘、从而损坏器件？

您可以遵循 TI 建议的布局并共享您的文件、以便我们为您进行审阅。

焊盘未损坏。  实际上、当焊料熔化以旋转电感器时、TPS55165移动了一位。  我认为这完全是技术人员(ME)的故障。

我已尽我所能遵循了示例电路布局和说明。  如果输入和输出电容器的位置比具有 IC 接地焊盘引脚1的建议布局更近、并且电容器接地侧全部连接到一个接地平面、而没有中间迹线。

大家好、Jan、

明白了、可能有些引脚连接错误、从而造成损坏。

您能否共享您的修订版布局以便我进行审阅？

这是当前布局

红色迹线的顶部。 覆铜以轮廓形式显示。 顶部和底部覆铜接地。

这是底部填充、顶部隐藏

大家好、Jan、

我已经关注这条线有很长一段时间了。 令人沮丧的是、在完成所有复杂的细节后、您的设计仍然无法按预期工作。 我遇到了类似的输出电压不稳定的问题、稍后我通过更正布局设计修复了该问题。 因此我可以告诉您、您遇到的问题很可能来自布局设计。

谢谢！

可汗

感谢您发送的留言 Kahn。  我已经使用 KiCad 10多年了,现在无论是专业的还是个人的。  我的布局是根据 TI 设定的原则以及我这些年来学到的东西做的。  最大程度地减小开关路径的环路面积。  例如、使接地连接尽可能靠近、并且不会被切断。  如果有明确的内容、我非常愿意修改布局。

一月、

现在、我已经考虑了该问题并仔细查看了您的布局设计、降压转换器设计中存在同样的问题。 您在布局中看到 VOUT_SENSE 引脚连接、不应直接连接到 VOUT 引脚、必须在连接所有输出电容器之后进行连接。 正如我在下图中所示。 我知道这是同一个节点、通常无论您在该节点上的何处连接迹线、但在本例中、VOUT_SENSE 将作为反馈来控制输出电压、因此它必须来自电容器。 尝试一下、我相信它会100%正常工作。

如果您想在更改布局和订购 PCB 之前试用 PCB、这会很麻烦、可能需要一周或更长时间。 向上提起引脚16、直到它从封装上断开、然后将一根跳线从该引脚焊接到最后一个输出电容器 C316。 这会需要一些焊接体操,但它将是有趣的。 如果需要的话、可以参考这个教程、 https://www.sparkfun.com/tutorials/99、 他们讲解得很好。

谢谢！

可汗