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TPS65131: TPS65131无带载能力问题

Part Number: TPS65131
Other Parts Discussed in Thread: TPS55340

各位好

我使用TPS65131配置±15V电压,使用电路为规格书推荐电路,同样PCB Layout也与其拓展板中类似。

但目前发现,空载能实现设定的±15V电压。但是带载调试(电阻100R、1K、12K)在负电压端都呈现0V电压,正电压会有电压下降。

还请帮忙分析一下原因,感谢。

  • Hi

        带载能力下降,首先需要确认功率电感饱和电流足够,其次layuot上确认功率回路尽量小。

  • 功率电感饱和电流5.6A,在做带载调试时采用飞线形式直接从IC输出电压后端电容处引出,功率回路已经较小。

  • Hi
        严格参考datasheet第27页。

  • Hi 您好。我目前采用跳线的形式使得负电压模块也与datasheet中的布局方式一致(元器件摆放位置一致,但由于我选用的元器件封装都比规格书中大一号,所以显得整体较大)。但是带载能力仍然与之前无变化。负电压接入12K电阻负载,压降就从-15V降低至-9.4V。想请教一下,还有什么情况可能造成这个TPS65131无带载能力的情况出现?

  • Hi

        一般就上面提到的2种可能,在电感确认没有问题的情况下,建议你确认layout。

        同时测试时,不建议用电阻,建议用电子负载。

  • Layout我参照tps65131 EVM板,EVM规格书中说参照其设计。还请帮我审阅一下我的Layout图,小萌新一枚实在不太理解功率回路。。。谢谢大佬。

  • HI

        Layout在datasheet上描述更加清楚,建议直接看datasheet。

        功率回路,例如升压,输入,电感,MOS, GND的回路,以及输入,电感,肖特基,输出的回路。

  • 好的。谢谢指导。另外,我提问中贴的图片可以看到功率回路,我感觉其实回路并没有很大。如原理图所示,会是因为我BSW没接MOS的原因嘛?我不考虑低功耗和节能模式,所以没有将Vin输入通过MOS管再进入升压回路。另外,我测试了10块板子都是一模一样的问题,后端接入运放(视为轻载)后就统一±15V降为+11V、-0.27V。

  • Hi

        建议重新layout。

  • 找到部分原因。原理图设计错误,R7为100欧电阻,不应接入INN。将R7去除后,目前能带轻载(20mA),但负压纹波有400mV,正压纹波有300mV。带重载仍然存在电压下降,与IC规格书上的带载能力差别巨大,哈哈哈。

  • HI

       是的R7是不应该要的,会导致输入上脚较大压降造成功耗,甚至无法启动(如果带载较大)。

       纹波大,要确认是否是测试问题,也可能是layout不好导致。

  • 首先,感谢您一直以来的解答,受益匪浅。另外,还有一个比较严重的问题,就是TPS65131自身电流需要那么大吗?我后端带载10mA电流,源端电流(TPS65131供电电流)测试结果达到111mA。我后端带8个运放(静态电流2mA),源端电流测试结果达到441mA,运放空载电流都这么夸张了,我运放想带载基本不可能了。请问这可能是什么原因导致的,请给个方向,我再继续后续实验验证一下。

  • Hi

        可以测试一下静态电流看是否正常,规格上是uA级别(不超过1mA), 所以芯片自身需要的电流非常小。

        从你描述看,消耗太大,是否所有板子都这样?  一般这种情况,都是芯片问题造成的。

  • 您好,测试了一下静态电流4.37mA。追述一下上面的情况,所有板子都是这样。我昨晚抓取了一下电流数据,负电压负载24mA,INN通道164mA,供电电流188mA(数据可能不一定很准,因为正电压负载19mA、INP通道应该也有电流)可以看出一定的方向,个人怀疑是不是电感电流过大导致的?毕竟INN通道从原理上仅有负载、电感这两路电流支路。假设是流经电感电流过大,如何解决?

  • 从功率角度来看上述试验结果,负载功率仅消耗0.36+0.36=0.72W(正负电压15V),输入功率消耗4.75V*188mA=0.89W。还算较为接近。

  • Hi

        也就是静态电流异常?

       请问你的芯片在哪里买的?

  • 芯片是公司内部采购的,应该是走的正品供应商订单。今天借了电流钳抓取电流(TPS65131供电端、负载端),现将图片提供给大家参考。

    图1为空载时,TPS65131供电端VIN电流,可以看到有很大的负电流杂波(-100mA)。

    图2为带载时,TPS65131供电端VIN电流,波形更为杂乱了,峰值有180mA。而此时,负载状态如图3(正电压12V)、图4(负电压11V)所示,都仅为10mA左右。

    可以看到该TPS65131芯片从供电端获取的电流还是很有问题的。

    目前有什么解决方案可以验证吗?

  • 其实目前就两个问题啦。嘿嘿。1) 只看平均电流的话,负载的平均功率等于源端的平均功率,合理。但是负载稳定的情况下,源端峰值功率(峰值电流)过于大,会直接导致芯片带载问题。2)空载电流有瞬态大电流(这可能也是解决问题1的关键)。还请指教。谢谢大佬。

  • HI

        波形上,我倾向于是测试原因。

        静态电流过大,建议还是确认一下芯片来源,要么来自TI,要么来自你们长期合作的渠道上,不要购买自电子市场或者淘宝等。

  • 好的,了解了。目前我后端的负载电流需求很大,电流范围从600mA 至 -600mA波动(负载电压为方波),好像TPS65131最大电流带不动此类负载。请问有没有更大的升压IC可以可以推荐(5V输入、正负12V双电压输出)。还请推荐一下。

  • HI

        负压确实不够600mA。

        如果是这样的,建议用2个芯片来做,升压做12V,  降压芯片做负压输出。

  • 的确是的,我贴一个带载测试的波形图上来,图中下方波形是输入波形,上方波形是负载两端波形。可以看到,的确存在负电压带载能力不够引发负电压抬升问题。

    那请教一下,如果选用2个芯片来做的话,正负电压的产生分别推荐什么芯片?(最大输出功率暂定±12V、±1A)

  • 但实际,我测试用的负载电流应该没有那么大,大概±450mA峰值左右。但也出现了这个带载问题。有没有可能是我开着power save mode的原因?我的PSN和PSP都上拉使能了。

  • HI

        和powersaving没有关系,主要是电感,以及layout影响比较大。 从datasheet 第7页图6-4看,负压输出450mA都很勉强。

        升压芯片,选择开关电流大于12V*1A/85%/5*1.2*1.1=3.7的升压芯片,见升压芯片list:  https://www.ti.com.cn/zh-cn/power-management/non-isolated-dc-dc-switching-regulators/step-up-boost/boost-converters-integrated-switch/products.html#p634max=12;84&p834typ=3.7;16     设置开关电流大于3.7A, 输出电压大于12V, 再细选,例如TPS55340之类的芯片都是可以的。

        降压芯片,选择输出电流大于1A/(1- 12/17)= 3.4A,  输入电压大于17V的降压芯片: https://www.ti.com.cn/zh-cn/power-management/non-isolated-dc-dc-switching-regulators/step-down-buck/buck-converter-integrated-switch/products.html#p238max=17;120&p451max=3.4;6    

        可选择的芯片都非常多,你可以再细选,例如价格,电压范围等再做限制。

  • Hi ,大佬,您好!好久不写邮件,我还在研究TPS65131的输出功率问题,哈哈哈。遇到一个比较奇怪的问题,想请教一下。从输出功率的角度来看,输出电压越高、输出电流越低。我用示波器抓取,输入Vin=5V,VPOS=12V,VNEG=-12V,此时最大输出电流为±0.225A(100KHz方波)(电流再高升压芯片就会异常,负电压跌落);为了获得更大的输出电流,我调低升压,VPOS=6V,VNEG=-6V,理论上来说,最大输出电流应该能提高不少,但实际上,只从±0.225A(100KHz方波)变为了±0.265A(100KHz方波)。输出电压降低一倍,能带动的负载电流仅仅增长这么一点,感觉不合逻辑。还望指教一下~

  • HI

          带载能力下降本身就是异常,而且在降低输出电压的情况下,如你所说输出电流也应该会提更上去更多一些。

          或者你可以参照datasheet 第17~19页看看电路的效率是否正常?

  • 这种情况下,是只能更换芯片去验证芯片是否异常了嘛?因为手头电流钳寄走了,目前抓取不了电流,有什么单从电压角度去验证芯片是否异常或者电路是否异常的策略?

  • HI

       没有方法。

       只能修改layout验证,建议严格参照datasheet layout。

  • 好的,我会同步再重新Layout做测试。今天测试的时候发现一个有趣的现象,想分享一下,不知道对电路分析有无帮助。因为TPS65131是给一个跟随运放电路供电,当运放接负载在一个临界点(同负载,有时候接入负载,TPS65131带载正常;有时候接入负载,TPS65131带载异常),当S1闭合,1端为正常波形电压时,断开13端信号输入,此时1端电压变为电压缓慢下降的直流,在降为-2V后,不再下降(波形会有明显的平稳现象),之后再重新打开13端信号输入,TPS65131就异常工作;而只要在降为-2V之前重新打开13端信号输入,TPS65131就正常工作。比较神奇,哈哈哈,也不太理解TPS65131是进入了什么奇怪的状态。

  • HI

       我也觉得这个现象很奇怪,从你描述看是时序造成的,但是就电源启动而言,不应该出现这个问题。

       

  • Hi ,我已经放弃了,我决定重新布局Layout。目前遇到一个问题,还望指导一下,谢谢。就电感和续流二极管而言,感觉电感更像是升压功率回路里的主元器件,那为什么在datasheet中的推荐Layout布局中,都是将续流二极管挤在电感和IC中间,更靠近IC。这样做是有什么理由吗?

  • HI

       没有什么明确理由,只是要注意功率回路尽量小,layout上更加紧凑。