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电源调试问题（TPS62133+TPS51312）

sheng liu
Intellectual 880 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS62133, TPS51312, TPS51100, TPS74401
我们设计的电源模块输入输出接口：输入一路+12V电压，输出分别为：+5V（0.2A），+3.3V（0.8A），+2.5V（0.4A），+1.8V（0.9A）。电流为实测电流。
该模块为二级稳压模式，+12V的电压输入后先由TPS62133转为+5V，给后级输入的同时也输出一路+5V，然后+5V作为TPS51312的输入再分别稳压得到+3.3V，+2.5V，+1.8V。
电路如下所示，一张为TPS62133，另一张为TPS51312，以+1.8V为例，其余+2.5V和+3.3V只是一个电感和两个电阻值不同。电感随调试随时更换，电阻如下：
+3.3V：RFB1=45K，RFB2=10K；
+2.5V：RFB1=38K，RFB2=12K；
+1.8V：RFB1=40K，RFB2=20K；
调试过程：
1、开始所有的电感都用3.3uH，不加任何负载，输出完全正确，+12V电流为0.01A；
2、加上负载后，直接加输入电压+12V，输出+5V变为+4V，+3.3V变为+3.2V，其余电压不变，开始负载工作正常，+12V电流为0.18A；
      后来ARM启动，输出+5V变为+3.8V，+3.3V变为+3.0V，其余电压不变，负载工作不正常，+12V电流为0.11A；
      这是因为ARM在启动的时候+3.3V电流会增大；
3、将TPS62133的输出电感和PG电阻去掉，直接用线性电源仪器接入+5V，将+3.3V的输出电感改为4.7uH，+2.5V的输出电感改为6.8uH，+1.8V的输出电感改为6.8uH：
      输出+3.3V变为+3.2V，其余电压不变，开始负载工作正常，ARM可以启动正常工作，+5V电流为0.46A；
      后来加上FPGA程序，输出+3.3V变为+3.1V，+1.8V变为+1.3V，其余电压不变，负载工作不正常，+12V电流为0.95A；
      这是因为FPGA工作时+1.8V的电流会增大；
4、将+1.8V的输出电感改为4.7uH、3.3uH、2.2uH，现象同3；
请问下面我们该如何调试？
  • 0 回复 Osial
    Intellectual 880 points

    你好。

    我们PCB的layout是两层板，如下：第一张是top层，第二张是bottom层。

    如果有不正确的地方请指导。

  • 0 回复 Osial
    Intellectual 880 points

    你好，原理图也给你。

    power_only.pdf
  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    布局确实说不上好，有些大电流回路不仅走了长路，围成的面积也偏大。

    针对1.8V，可以试试将R3翘起来，一端还是和R2连，另一端不要连PCB，而是用一根导线和右边连接器的1.8V对应针脚相连。

    此外，CFF是用来增加带宽和相位裕度，对于大变比下应用（5V转1.8V）尤其有用。它的值太大太小都不合适，只能在一个合理的范围内调整。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    sheng liu 说：

    你好。

    CFF的实验前几天做过。原来是按照资料上接的47uF，结果输出相应很慢，+3.3V由0变到+3.3V要好几秒时间，而换成47pF则很快就能达到输出响应值。说明CFF和输出相应的时间相关。

    将钽电容去掉后，没有焊别的电容，因为我的电路上旁边还并联有陶瓷电容。

    可以问一下并联电容的情况吗？10uF+0.1uF？

  • 0 回复 Scott Sun
    Intellectual 880 points

    你好。

    +1.8V的输出端有陶瓷电容（C9=0.1uF，C33=10uF）和钽电容（C7/C8=22uF），一共四个；

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    sheng liu 说：

    你好。

    +1.8V的输出端有陶瓷电容（C9=0.1uF，C33=10uF）和钽电容（C7/C8=22uF），一共四个；

    应该试过只有两个22uF陶瓷的配置吧。不好意思想再确认下。

  • 0 回复 Scott Sun
    Intellectual 880 points

    你好。

    已经试过了，现象一样。不过TPS51312的问题已经好了，不知道怎么回事，现在可以输出了。但前一级的TPS62133的问题还是不对，输出+5V一加电就被拉到+2.8V左右。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    那你TPS51312目前正常工作的原理图什么样，有更改的地方在这里也一起更新一下，谢谢。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    前级电路目前是不带后级电路工作不正常吗？

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    sheng liu 说：

    你好。

    已经试过了，现象一样。不过TPS51312的问题已经好了，不知道怎么回事，现在可以输出了。但前一级的TPS62133的问题还是不对，输出+5V一加电就被拉到+2.8V左右。

    这个。。。还是再确认下原因的好。

  • 0 回复 Scott Sun
    TI__Mastermind 43842 points

    对，先确认一下这个原因，都折腾那么长时间了

    Scott Sun 说：

    你好。

    已经试过了，现象一样。不过TPS51312的问题已经好了，不知道怎么回事，现在可以输出了。但前一级的TPS62133的问题还是不对，输出+5V一加电就被拉到+2.8V左右。

    这个。。。还是再确认下原因的好。

    [/quote]

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    TPS62133的问题首先不像是输出能力的问题。

    DCS和DCAP有些类似，VOS引脚与输出电容之间的距离应该尽可能短。在满足稳定的条件下，输出应只采用陶瓷电容，并考虑DC derating （6.3V耐压电容在5V偏置下实际容值低于一半）。

    看您现在的PCB布局，有些难调试。

  • 0 回复 TI 管理员
    TI__Expert 3662 points

    Kevin Chen1 说：

    Hi Osial,

    有没有相关的资料可以共享一下，谢谢！

    D-CAP2控制模式需要输出电容ESR很低，比如陶瓷电容，否则会有稳定性问题。

    Scott, D-CAP2模式是支持很低的ESR电容，如果输出的电容ESR比较大，实际上是帮助稳定性。

    [/quote]

    [/quote]

    http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/slva453/slva453.pdf

    你可以参考这篇经典的文章。D-CAP2实际上就是把文章中的RC挪到芯片内部了，RC时间常数产生的纹波，和电感电流三角波在ESR上产生的纹波类似，并且相位相同可以叠加。RC的等效ESR值固定，如果外部输出电容还有ESR，那么电路总得等效ESR也会越大，实际上是帮助稳定性的，但是以牺牲transient performance为代价

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 3662 points

    sheng liu 说：

    你好。

    我们PCB的layout是两层板，如下：第一张是top层，第二张是bottom层。

    如果有不正确的地方请指导。

    参考附件的Layout

    TPS51312 EVM PCB Layout.pdf
  • 0 回复 Scott Sun
    Intellectual 880 points

    你好。

    TPS51312的问题差不多就是布板的问题了，各位专家说的情况我们都已经验证过并全部排除了，非常感谢。

    下面就是调试TPS62133了，当系统一加电工作，输出的+5V就变成了+2.8V，下面该如何解决？

  • 0 回复 Osial
    TI__Mastermind 43842 points

    多谢Osial，有问题的话再跟你请教。

    Osial 说：

    Hi Osial,

    有没有相关的资料可以共享一下，谢谢！

    D-CAP2控制模式需要输出电容ESR很低，比如陶瓷电容，否则会有稳定性问题。

    Scott, D-CAP2模式是支持很低的ESR电容，如果输出的电容ESR比较大，实际上是帮助稳定性。

    [/quote]

    [/quote]

    http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/slva453/slva453.pdf

    你可以参考这篇经典的文章。D-CAP2实际上就是把文章中的RC挪到芯片内部了，RC时间常数产生的纹波，和电感电流三角波在ESR上产生的纹波类似，并且相位相同可以叠加。RC的等效ESR值固定，如果外部输出电容还有ESR，那么电路总得等效ESR也会越大，实际上是帮助稳定性的，但是以牺牲transient performance为代价

    [/quote]

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    楼主是单独调试第一级电路还是带后级电路一起调试？

    sheng liu 说：

    你好。

    TPS51312的问题差不多就是布板的问题了，各位专家说的情况我们都已经验证过并全部排除了，非常感谢。

    下面就是调试TPS62133了，当系统一加电工作，输出的+5V就变成了+2.8V，下面该如何解决？

  • 0 回复 TI 管理员
    Intellectual 880 points

    你好。

    我们电源模块单独供电时，是可以正常工作的，包括+5V的输出也是有+4.9V；就是接上我们的负载设备后，+5V就被拉到了+2.8V左右。我们希望是连后级电路一起调试。

  • 0 回复 TI 管理员
    TI__Mastermind 43842 points

    之前有建议过一些规格是否有实验验证一下

    Kevin Chen1 说：

    关于第一级电路原理图，感量用2.2uH注意一下容差和偏置电流，按照之前评估的规格来看需要达到1.88A，输入输出电容同样建议均采用X7R或X5R的陶瓷电容，可以得到更快的响应

    Optimizing the TPS62130/40/50/60/70 Output Filter

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    另外把当前的原理图再放上来看一下呢，如果有电感规格书也一起提供一下。

  • 0 回复 TI 管理员
    Intellectual 880 points

    你好。

    所有的指标都按照芯片手册验证过了，电感没有规格书啊。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    那按照之前推荐的电感规格以及电感选型的catalog先申请一下样品看看是否有改善。

    sheng liu 说：

    你好。

    所有的指标都按照芯片手册验证过了，电感没有规格书啊。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    第一级目前的输出电容用的是钽电容还是陶瓷电容？

    sheng liu 说：

    你好。

    所有的指标都按照芯片手册验证过了，电感没有规格书啊。

  • 0 回复 TI 管理员
    Intellectual 880 points

    你好。

    输出的电容共接了三个。陶瓷电容C10=0.1uF，陶瓷电容C29=10uF，钽电容C4=22uF。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Mastermind 43842 points

    C4改为同容量的X7R的电容有效果吗？另外，电感改为2.2uH饱和电流1.8A以上的同时验证一下。

  • 0 回复 TI 管理员
    Intellectual 880 points

    你好。

    如果我在电源板上用一个5欧的电阻直接从+5V到地，后级的负载断开，是不是可以当做真实的负载来验证？

  • 0 回复 Osial
    Intellectual 880 points

    请专家们再帮我看看TPS62133如何调试？问题还是没有解决。

    @Scott Sun @Kevin Chen1 @Osial

    谢谢！

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    这样调试是可以的。目前您的进展怎样?

  • 0 回复 Scott Sun
    Intellectual 880 points

    你好，目前没有实质性进展。我觉得是否可以换个思路。你们见过的情况多些，看能否具体定位到哪个问题。

  • 0 回复 sheng liu
    TI__Expert 6442 points

    如你所说，可以在62133的输出只接一个可变功率电阻，看看输出是否随负载电流变化，以及最大带载能力。

  • 0 回复 Scott Sun
    Intellectual 385 points

    TPS62133的问题解决了么？能否更新下？原理设计问题还是PCB问题，还是元器件选型的问题？

    对于较高开关频率的DCDC，功率电感的磁芯材料要求较高，市场上卖到的一半材料不一定能满足要求。