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[参考译文] TPS552882:固有功耗高、视在低效率

Guru**** 2380130 points
Other Parts Discussed in Thread: CSD16301Q2, TPS552882, CSD15571Q2
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/1362340/tps552882-high-inherent-power-draw-and-apparent-low-efficieny

器件型号:TPS552882
主题中讨论的其他器件: CSD15571Q2、CSD16301Q2

您好!

我们正在构建 LED 矩阵显示屏、并使用两个独立的 TPS552882电源。 这两种电源的设计标准如下:

  • 白光 LED 电源:输入电压9-15V、输出电压5V、输出电流<4.32A
  • 红色 LED 电源:输入电压9-15V、输出电压9.6V、输出电流<1.20A

我们已收到第一个原型 PCBA、但该设计不能按预期运行。 值得注意的是、5V 电源会变得太热以至于无法触摸、并且电路板的输入功率为9W。 我们有分流电阻器用于测量两个 TPS552882电源的输出、因此我断开了这些连接(从而使电源的所有负载下降)、并且仍然测量8.7W 的功耗-并且5V 电源在运行时会继续变热。 我没有热像仪来准确了解能量的去向、但它感觉像是电感器。

我应该注意两个电源上的输出电压是正确的(分别为5V 和9.6V)、我甚至可以在两个电源上施加额外的负载。 输出端的20W 负载仍在4.9V 时测得-但效率仅约为50-60%。

昨天、我们在另一个 PCB 上花了一些时间尝试了不同的东西。 由于我们有两个电源、因此我们尝试在它们之间交换反馈电阻器-当设置为5V 时、9.6V 电源看起来没问题、但变得很热。这项测试并不完全全面、因为我们也没有更改补偿网络。 我们确实尝试了交换电感器、这似乎没有任何效果(尽管我们没有测量输出纹波、仅测量输出电压、我们也没有尝试加载电源)。

在不对设计进行任何更改(即测试下面所示的原理图)的情况下、我们在 Vin (由优质工作台电源供电)上测得2Vpp 纹波。 在如此高的纹波下、我还测量了 EN/UVLO、该值显示出较小的纹波并保持在4V 以上。

我注意到、在对比 WEBENCH 审查我们的设计时、发现我们的 M2 MOSFET 不在替代产品列表中。 对于两个电源、我们在 M1和 M2位置都有 CSD15571Q2、但是我找不到任何有关这些 FET 参数的设计说明。 鉴于我们的电源在低负载条件下无法正常运行、我认为 FET 本身可能不是问题?

在任何情况下、以下是我们的两个电源:

请注意使用来自白光电源的 VCC 和 PG 来启用红色电源的排序。 我们确实怀疑这可能会导致问题、并完全移除了白光电源(FET、SMPS IC 等)以尝试将其消除为原因。 我们能够将红色电源转换为5V (忽略补偿网络变化、并使用4.7uH 电感器)、并证明故障仍然很明显。  我还需要注意的是、我们已将大部分时间用于降压配置的测试。 我们展示了升压模式可以正常工作、但我们没有进行更多的测试。

我们已经订购了一些替代 FET CSD16301Q2、WEBENCH 推荐在 M1和 M2位置使用。 我们还订购了 TPS552882EVM-400K 套件、以便进行进一步的测试和实验。

您能评论一下我们的设计吗? 我无法在 WEBENCH 中仿真设计(似乎不可用?)、我不确定这种故障情况是由什么引起的。

此致、

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    Dan、您好!

    感谢您与我们联系。 原理图尚不清楚。 因此请附上清晰的 PDF 版本。 请提供每个输出电容器的器件型号或数据表。

    首先、请尝试将白色 PSU R16更改为10k Ω、以查看其是否稳定。 此外、您能否帮助提供 Vin Vout SW 电感器电流波形?

    此致、

    穆林

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    尊敬的 Mulin:

    感谢您的帮助。 我附上了 PDF 页面、每个电源对应一个。 如果我漏掉了任何细节、请告诉我。

    每个电源的输入和输出电容器是22uF 陶瓷电容器和220uF 电解电容器的混合。 此处的数据表: 数据表- LCSC Electronics 和 数据表- LCSC Electronics

    我不确定如何获得电流波形-也许您可以再多解释一下吗? 我准备了一个多通道示波器、并为输入、输出和电感器(在 SW1处测量)连接了波形。

    将 R16从261K 切换到10K 产生了巨大的影响-电源安静、凉爽且非常稳定。 我对照 WEBENCH 输出进行了检查、我们选择的组件值是建议值。 您能解释一下这里出了什么问题吗?

    白电源输入(在 C35处测量)

    白电源输出(在 C22处测量)

    白电源电感器、在 U4-D 处测量

    e2e.ti.com/.../schematic_5F00_part_2D00_White-Supply.pdf

    e2e.ti.com/.../schematic_5F00_part_2D00_Red-Supply.pdf

    此致、

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    使用该10k 电阻器并忽略 PCB 上大约400mW 的不相关功耗、我测得的输入功率为22.8W、输出功率为19.6W、可提供86%的效率! 我没有将它与预期的图形进行比较、但这肯定更符合我们的预期。 电感器会变热、但温度不够高、以至于我无法触摸它-这是一个很大的进步、因为在空载条件下、电感器会变得过热。

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    Dan、您好!

    我认为补偿参数不合适会导致出现问题。 WEBENCH 参数仅供参考、因此有些参数需要在实际应用中进行优化。 在降压模式下、交叉频率高于升压模式、并且相位裕度将下降、这就是升压模式能够正常工作的原因。 将 R16更改为10k Ω 后、交叉频率下降、相位裕度增加。

    原理图、下面是我的反馈。

    白光 LED 电源:输入电压9-15V、输出电压5V、输出电流<4.32A

    1. 在 VDC 网络中添加一个0402 0.1uF 陶瓷电容器、并将其放置在尽可能靠近芯片的位置。
    2. C3封装过大、会导致布局出现问题。 建议使用电压范围高于16V 的0603封装。
    3. 建议设置 R7 = 44k、从而设置 ILIM=7.5A。
    4. 对于400kHz Fsw、由于器件内部稳定性要求、请使用4.7 uH 电感器。 2.2uH 可能导致不稳定。 因此建议选择 Isat>7.5A 的4.7uH 电感器。
    5. 强烈建议在 SW1和 SW2引脚中添加 RC 缓冲器(330pF+2.2欧姆(1206封装)作为 EVM。 确保填充 SW2侧的缓冲器。
    6. 在 Vout 引脚中添加一个0402 0.1uF 陶瓷电容器 、并使其尽可能靠近芯片。
    7. 是否会使用输出电流限制功能? 如果使用、应按如下方式连接 ISN 和 ISP 引脚。
    8. 具有4.7 uH 电感器、建议的补偿参数。 :R8=1k Ω, C6=15nF, C7=22pF。

    红色 LED 电源:输入电压9-15V、输出电压9.6V、输出电流<1.20A

    1. 遵循与 White 相同的建议。
    2. 建议设置 R16=82.5k 以设置4A 电感器电流限制。 电感器电流应大于4A。
    3. 相同的补偿参数。 1千欧+15nF+22pF

    请遵循我们的建议、看看是否更好。

    此致、

    穆林

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    尊敬的 Mulin:

    我已经对您建议的补偿网络进行了很好的测试。 在升压和降压模式下、当根据我们的设计要求进行测试时、电源既高效又凉爽。

    我们已将您的所有建议集成到我们的 PCB 设计中、在我们下一个订单之前、我们只需对该设计的其他方面进行测试。

    感谢您的帮助、也感谢您很快回复我们。 我很高兴你能够为我们解决这个问题:)

    此致、

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    Dan、您好!

    不用客气。 您还可以将布局发送给我们以供审核。

    此致、

    穆林