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TPS63001: 碱性电池电量偏低时,开机后加载出现震荡且输出3V3走低

Part Number: TPS63001
Other Parts Discussed in Thread: TPS631000

项目中使用3节LR6 AA碱性电池供电,产品开机后会逐渐点亮更多的LED进行自检,在此期间,如果电池电量偏低就会出现电压被该DCDC拉的过低的情。

在电压低于TPS63001 VINA的UVLO门限时,电源会关机,于是电池电压回升,然后因VINA电压回升电源又再次启动,这个过程由于电源输出电容容量较大,此时MCU电路没有关闭,所以LED负载仍然使能,导致死循环---震荡,同时输出的3V3走低。 3V3走低影响了MCU的ADC基准电压3V,于是MCU不能可靠的检测到电池电压跌落以进入关机程序。

于是我想了个方案,在VINA的线路上串入一个顺向的LL4148,并在LL4148的阴极通过一个4k3的电阻连到3V3,用以在电池电压过低时维持VINA,从而维持3V3,以支持MCU可靠的检测电池电压过低并关闭负载LEDs和进入关机程序。实际测试中,我使用的是1k的电阻,结果看起来OK,并且还测试过用一个二极管替代这颗电阻,结果也OK,只是PCB空间有限,觉得电阻更好加进去。

请问这个方案是否允许?您对这个方案有什么看法或提醒? 另外,电源在带载运行中VINA的电流有参数范围吗?我通过压降估算下来大概300uA(远大于datasheet中列出的空载时Iq≈40uA), 所以推测4k3的阻值产生1.29V的压降,3V3 - 1.29V = 2.01V > VINA UVLO max 1.8V. 

或者是否有其他建议?

非常感谢

  • Hi

        电池电量偏低具体到多少?  建议你将功率电感饱和电流适当放大一点点。

  • 3节电池,电量低的时候,比如从初始的3.6V跌落到2V以下,然后VINA的UVLO应该是被触发了。您是怀疑反复开关(震荡)是电感感量降低导致峰值电流触发到了current limit吗?这么低的电压,是不是更应该是出发了VINA的UVLO呢?

    另外,如果想试一下提高饱和电流,那么我试一下更高感量的电感,是不是能达到类似的试验目的?

  • 刚刚我试了同样感量更高饱和电流的电感,结果几乎没有变化;我又试了更高饱和电流且更高标称感量的电感,结果也是几乎一样。

    下面的3张图是原始电路在不同电池电量(参看波形中的电池电压)下的测试表现。可以看出都引起了震荡,电量越低约严重,并且会影响到输出的3V3。

    请帮忙看看我想的方案是否可行,或者有什么建议。 谢谢

  • Hi

       从你描述看我倾向于是输入电压瞬态降低导致的欠压保护引起的不稳定。

  • 那么我最开始说的通过输出电压支撑一下VINA,来维持PMIC的正常运行,让MCU能在基准电压不受影响的情况下完成欠压检测,并进入关机程序。这个方案,从TPS63001的角度看,TI支持我这样使用吗? TKS!

  • HI

        不支持这样做。

        将输入电容适当加大,并尽量靠近芯片Vin脚。

  • 我会尽快测试一下这个方案的情况。 我初步推测一下,加大输入电容后,输入电压的震荡幅度会减小,对MCU 检测输入电压有好处,但由于电压检测电路的RC很大(该项目的国外同事设定好的,曾经因为改小后影响抗扰测试,所以不让改小。),所以最终改善有悬念,待测试结果。

    还请帮忙解释一下,借输出电压支撑VINA的方案不被支持的原因。我需要给项目组解释情况。谢谢

  • HI

      通过输出电压支撑一下VINA?

      如果是VINA可以做选择性供电是绝对可以的(就像一些芯片单独出来的供电VCC脚)。VINA是直接的供电,如果再连接Vout, 输入供电有可能混论。

  • 你说的输入供电“混论”我大概理解了。 你看看下图TPS63001 datasheet中的典型应用电路图。VINA是单独给内部逻辑电路供电的,VIN才是主功率输入,这么看VINA是不是可以理解为单独的供电VCC?这样是不是就可以通过输出电压支撑一下VINA了?

  • 补充一下TPS63001的内部框图,这个应该就是单独引出来的VCC吧?

  • HI

        不一样,差异是上述芯片没有供电上的路径管理。

  • 根据datasheet里的下面这个信息,我开始以为VINA是单独管理逻辑供电的。那既然这个方案不允许,就还是要往其他方向考虑了。

    你建议适当加大VIN电容,并尽量靠近VIN。本来是10uF+0.1uF,我分别改成了47uF+0.1uF和100uF+0.1uF进行了测试,结果是绝大多数情况可以正常检测到欠压并被MCU关机,但是在某些情况,比如3.1V电源串2ohm电阻模拟电池内阻时,出现电源和MCU反复重启停不下来的情况。这个情况是否有什么建议措施? 谢谢

  • Hi

       2ohm电阻上的压降太大。要测量直接用电池,不要模拟电池。

  • 我绝大多数测试都是用电池进行的,只是有时电池的电量消耗超过了出问题的区间,会考虑使用DC source +电阻来模拟一下。实际上,我测试了5组不同电量的碱性电池的内阻,电量几乎耗尽的内阻达到了45ohm,电量高些的<2ohm。

    就目前测试结果看,TPS63001: 稍微加大VINA的电容有较明显的改善,VINA电容加大可明显改善输入的震荡幅度,但是对我的电路里的输入电压检测改善不是很明显,除非加非常大的电容,不易实现; TPS631000:这颗IC没有单独引出来的VINA,所以只考虑了给VIN加电容,结果对输入震荡的幅度几乎毫无改善,我猜测是这颗芯片的环路响应比TPS63001快很多,一旦输出电压被负载拉低,IC能极快的加大占空比导致输入电压急剧下降,下降到VINA的UVLO以下,导致大幅震荡。

    所以目前的计划就是使用TPS63001, VINA电容使用约1uF, VIN电容尽量争取加大,另外还会加快MCU关闭电源的硬件速度以尽量减少因为MCU重启导致的反复开关机死循环现象。

    针对这个暂定方案,我们还在进行全面的测试ing……

    个人觉得TPS63001这颗芯片也有点老了,以后如果它EOL了,这个问题还有比较棘手的。

  • 根据后面的测试结果分析,TPS631000在每次输入欠压关闭时,电压回升后再次启动都会经历一个softstart过程,从而电池电压停留在较高位的时间占比较高,这个导致了输入电压检测的RC滤波后,电压较其他芯片(比如TPS63001)要高很多,这就导致了MCU认为输入电压没有低到需要关机。

    目前,使用TPS63001, VINA电容使用约1uF, 并加快MCU关闭电源的硬件电路速度,测试下来都OK.

    感谢支持!如有其他提醒,也烦请告知我!:)