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[参考译文] TPS51215A:关于负载波动时的输出电压精度

Guru**** 2386710 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS51219, TPS51215AEVM, TPS51215A, TPS51518, TPS54KC23
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/1440204/tps51215a-regarding-the-output-voltage-accuracy-with-load-fluctuations

器件型号:TPS51215A
主题中讨论的其他器件:TPS51518TPS54KC23、TPS51219

工具与软件:

嗨、团队:

我有三个问题。
在提问之前、我将报告评估环境和评估结果。

●μ A 评估环境
1.如下图所示、VSENSE 和 GSENS 都是在负载测量点进行远程感测。

在该状态下、V3和 V2都使用两个100kΩ 电阻器来分配 VREF 输出、并将其设置为1.0V。

3、改变负载电流、测量遥感点的电压、然后根据目标值计算误差。

●μ A 评估结果

下面附上了两个图表。

电压精度随负载电流电平而变化。

此外、电压精度会根据使用的电压设置端子而变化。

问题

1. 即使使用远程检测、电压精度是否会因负载电流变化而变差?

  如果它会恶化、会在多大程度上恶化?

2. 根据电压设置端子 V1至 V2、负载波动是否会导致电压误差变化?

3. 如果设计确保电压精度不随负载电流电平变化、则可以假设哪些潜在原因?

此致、

京平

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    尊敬的 Kyohei:

    您的输出电压测试点在哪里?  测试过程中、输出电压表中是否有档位切换?  因为我已经看到过切换输出电压表齿轮引起的准确度不同的问题。  我希望您能详细描述您的测试流程。 如果有实际电路板的照片会更好。

    期待您的回复。 谢谢。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    感谢您的答复。

    我 在以下图片中显示了输出电压的测试点

    通过换档、您是指切换 VREF 的 V3、V2、V1和 V0、还是更改输出电压表的范围?

    测试期间不执行任何这些操作

    这个问题实际上来自我的客户。

    我目前正在要求他们提供实际电路板的照片、因此请稍等片刻。

    收到之后、我会通过 E2E 私人消息发送。

    此致、

    京平

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    此外、我还有一个问题。

    您是否有负载电流变化时数据表第6页上的输出电压容差(VVREFTOL)的测量数据?

    如果是、您能否提供?

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    尊敬的 Kyohei:

    很抱歉、由于该器件很旧、我无法在系统中找到这些数据。 希望您能理解。  开关操作的意思是改变输出电压表或输出电流表的范围。  由于万用表在不同档位的内部电阻不同、有时会影响测量值。 我不确定客户是否有此问题、因此请帮助确认、谢谢。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    我已向客户确认测量仪表和电子负载装置的范围设置为在测量过程中不会切换。

    此外、我已将印刷电路板的照片通过私人消息发送给您、供您审阅。 请检查它。

    此致、

    京平

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    尊敬的 Kyohei:

    是的、我看到了您的照片消息。 我认为测试点是正确的。  但我不知道为什么从 GND 端到芯片端有一根导线 布局本身是否有连接?

    电流结果似乎不是测量问题、而是更像是设计问题。 总体布局不好、很容易受到干扰、但我们需要详细查看设计文件。  接下来您可能需要做两件事:

    1. 询问客户的原理图和布局、检查设计是否有问题。

    2. 请让客户在这两个负载下测试 SW 波形、以查看是否存在任何不稳定性。  如果后面有波形、请将其发送给我进行仔细检查。  

    感谢并期待您的答复。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    由于担心 PCB 布局布线的模式电阻、我们让客户在 GND 端和芯片端之间添加一条导线。

    因此、负载电流较高时、输出电压精度略有提高。

    我与客户进行了确认、并收到了 PCB 布局图和 SW 波形数据、因此我将通过私人消息发送它们。

    我有一个请求。

    我想确认输出电压精度不受 TI 评估板上负载电流的影响、

    那么、您可以获取加载特性数据吗?

    此致、

    京平

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    尊敬的 Kyohei:

    是的、我可以帮助在我们的 EVM 上检查这一点。  但我现在没有此 EVM。 我需要在内部申请样片、这可能需要一些时间(至少1周)。 我可以在收到后对其进行测试、并向您提供最新结果。  如果您稍后有结果和测试波形、您也可以先将它们发送给我。 感谢您的理解。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    如果需要很长时间可以、如果您能对其进行测试、我将不胜感激。

    我以私人消息的形式发送了数据、因此请进行检查。

    此致、

    京平

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    尊敬的 Kyohei:

    我检查了您的消息。 我想知道什么是应用? 实际输出电压是0.77V 还是1V? 因为我在原理图中看到了0.77V/29A、但您表示在本线程中输出设置为1V。  此外、该29A 是否是连续工作电流?

    我快速看了一下原理图、发现电流输出电容器似乎过大。 通常、输出电容器为几百 μ F。 请减少输出电容器。 您可以首先使用两个470uF 电解电容器和两个100uF 电解电容器。 看看这是否会改善结果。 因为输出电容器越大、系统直流增益越低、系统误差越大。  请要求客户先减小输出电容、以查看结果是否得到改善。

    我稍后将仔细看一下原理图和布局、看看是否还有其他问题。 如果您有任何结果、请告诉我。 谢谢你。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    感谢您的确认。

    该应用程序将是桌面服务器。 1V 值是一个测试值、用于查看更改分压方法是否会使输出电压精度稳定、规格值为0.77V/29A。 此外、29A 是指持续工作电流。

    ‘、我不明白"输出电容较大、因此直流增益减小"这一说法 我认为电容器主要影响交流特性。 实际上、当电容器较大时、响应校正脉冲电流的电压变化很小。 然而、这只是意味着响应时间更长、并且给出足够的时间、它将被校正、所以我认为不能认为直流增益下降。

    此致、

    京平

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    您好!

    尽管增加输出电容有利于瞬态测试的性能、但输出电容的增加会使电感器和电容器产生的双极频率降低、从而影响直流增益。 尽管这不会影响环路稳定性、但会增加 系统误差越大。  实际上、客户的输出电容值远高于我们的经验值(<1000uF)。 请让他们尝试减小电容值、以查看它是否可以改善6A 和14A 的负载点。 谢谢。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    当前、我们要求客户减小输出电容值并测量输出电压精度。 请稍等片刻。 "双极点频率变低并影响直流增益"是否意味着纹波反馈量减小?

    顺便说一下、TPS51215AEVM 的负载特性测量何时可用?

    此致、

    京平

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    您好、

    直流增益会影响系统的稳态误差。 直流增益越小、稳态误差就越大。 直流增益受环路 LC 双极点的影响。 因此、减小输出电容有助于减少系统的稳态误差。

    我还没有该产品的 EVM。 因为这个产品比较旧、所以我必须在内部系统中申请它。 但由于感恩节、公司内部的发货将会延迟、我无法快速收到。 预计最早将在本周五或下周举行。

    此外、客户能否 将降压转换器用于此应用? 降压器件的输入电压是否必须高于24V?

    奥罗拉

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    您好!

    在降低输出电容后、我们仍在等待测量结果。

    这是不同的测量值、但是

    客户在评估板上将 TPS51215A 替换为具有相同引脚配置的 TPS51518。 在1V 设置下、这些器件获得了以下输出电压精度:

    • 无负载:0.9955V (-0.45%)
    • 14.5A:0.9943V (-0.57%)
    • 29.0A:0.9943V (-0.57%)

    数据表中 TPS51215A 和 TPS51518的方框图之间似乎没有显著差异。 内部电路是否存在重大差异?

    好的。 请在 EVM 到达后执行测量。谢谢。

    我认为降压转换器的输入电压不需要为24V 或更高。 为什么会这样?

    此致、

    京平

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    您好!

    我在系统中找不到 TPS51518的详细项目信息、可能是因为它是早期产品。 在现有信息中、TPS51518和 TPS51215有不同的控制方法、并且它们属于不同的项目、所以它们的内部设计应该会有所不同。 但很遗憾、 即使 我与 DE 确认、我们也无法向客户提供具体的内部设计差异。 希望您能理解。

    我询问输出电压的原因是、我们有一些转换器解决方案、它们也可以满足您的输出条件、并且与您当前的解决方案相比、可以节省大量外设。  但其输入电压范围会更低。 器件型号为 TPS54KC23。

     https://www.ti.com/product/TPS54KC23

    谢谢。

    奥罗拉

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    您好!

    好的。 我明白了。

    我们暂时将等待客户的测量结果、但我们也将考虑切换到 TPS54KC23。

    谢谢!

    京平

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    您好!

    感谢您的理解。 如果客户有任何反馈、请告诉我。 谢谢。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    我的客户在减少指定输出电容器数量的情况下进行了测量。

    470uF SP-Cap:6件→2件100uF MLCC:23件→2件

    结果如下所示。

    无负载:0.9994V (-0.06%)

    0.3A :1.0012V (+0.12%)

    6.0a :0.9859V (-1.41%)

    14.5A :0.9919V (-0.81%)

    29.0A :0.9934V (-0.66%)

    如上面的结果所示、输出电压精度没有改善。

    是否还有其他需要改进的方面?

    此致、

    京平

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    此外、我之前收到过布局不佳的反馈。

    您是否有机会查看我通过私人消息发送的布局图?

    如果是、我很感谢您的反馈。

    此致、

    京平

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    尊敬的 Kyohei:

    布局中的主要问题如下:
    1.最好将 GND 放在顶层芯片周围、防止信号干扰。 此外、您可以放置更多过孔以连接到 第二层的 GND。

    2. 我想问一下,这里显示的线路看起来像这样,这应该是一个显示问题,对吗? 实际上、它应该是连续接线、对吧?

    3. 驱动线和 V5IN 线可以尽可能的厚。

    以上是可以优化布局的领域。 但是、根据您的说明和客户测试结果、只有 TPS51215有问题、但 TPS51518没有问题。 我们不知道这是否是芯片本身的问题。 随后会执行两个操作:

    1. 我仍然需要等到获得 EVM 并实际测试 EVM 是否存在同样的问题。 如果是、则可能与芯片本身相关。

    2.客户能降低输入电压再测试一下吗? 由于电流输出电压为0.77V、因此占空比非常小。 如果它是控制方法和内部环路问题、在这种情况下更容易触发。 因此、请降低输入电压、增加占空比、然后再次测试以查看是否可以提高。

    目前没有其他更好的想法。 如果客户评估 TPS51518也能满足其应用需求、那么他们也可以使用此产品。 谢谢。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    感谢您的答复。

    目前、我们正在要求客户降低输入电压以检查负载特性、因此请稍等片刻。 另外、感谢您查看评估板的图形图。

    感谢您也为 EVM 作出安排。 请在 EVM 送达后告知我。

    此致、

    京平

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    尊敬的 Kyohei:

    是的、我已经看到物流信息、预计本周四会收到 EVM、然后我将为您提供最新的测试结果。 当然、如果您提前获得客户的测试结果、您也可以告诉我、谢谢。

    奥罗拉

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    您好、Aurora:

    感谢您分享 EVM 的预期发货日期。 我期待测试结果!

    此外、我们收到了客户关于"输入电压降低时的负载特性测量"的反馈、我也分享这些结果。

    ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー μ A

    我们尝试将输入电压设置为5V、但如下所示、未观察到任何改进。

    TPS51215A、VID 10.

    • V3:100kΩ 上拉
    • V2:100kΩ、从高侧 VREF、100kΩ 到低侧
    • V1、V0:与 GSNS 和0Ω 捆绑
    • 输出电容器:470uF SP-Cap× 2100uF MLCC× 2
    • 输入电压:5V

    VSNS-GSNS (输出电容器上的引脚)

    • 空载:0.9988V (-0.12%)
    • 0.3A:1.0011V (+0.11%)
    • 6A:0.9879V (+0.11%)
    • 14.5A:0.9925V (-1.21%)
    • 29A:0.9951V (-0.49%)

    ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー μ A

    结果、未观察到输出电压得到改善。 根据 EVM 的负载特性测量结果、他们将考虑使用 TPS51219和 TPS51518等其他模型。

    此致、

    京平

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    尊敬的 Kyohei:

    与上一条曲线相比、您发送的测试结果似乎有了显著改进。 只有 14.5A 点的结果似乎有点异常、所以你可以要求客户再次确认。  

    顺便说一下、我今天收到了 EVM 并对其进行了测试。 结果如下。 (我发现输出电压最接近客户的测试电压) 测试点与客户的一致。

    IO/A VO/V
    0 1.09823. -0.16091
    1. 1.0983 - 0.15455
    2. 1.09831. -0.15364.
    3. 1.09811. -0.17182.
    4. 1.0978 -0.2.
    5. 1.09782. -0.19818.
    6. 1.09784. -0.19636.
    7. 1.09789. -0.19182.
    8. 1.09798 -0.18364.
    9. 1.09805. -0.17727
    10. 1.09815. -0.16818.
    11. 1.09827. -0.15727
    12. 1.09841. -0.14455
    13. 1.09855. -0.13182.
    14. 1.09868. -0.12.
    15. 1.09876 -0.11273.

    我们内部已经讨论过、目前对于这种情况我们没有太多好的建议。 如果客户仍想使用 TPS51215、他们可以尝试用 TPS51215EVM 替换所有外设电路。 然后查看问题是否仍然存在。 并将结果与我在上面发布的结果进行比较。 如果有问题、我们可以确定问题主要发生在布局中。 如果客户不想修改 EVM、他们还可以使用 TPS51219或 TPS51518和其他 P2P 解决方案替换该芯片。

    希望这能有所帮助。 谢谢。

    奥罗拉