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TPS65251带上负载后电压输出降低问题

时间:10-02 整理:3721RD 点击:

              楼主WEIDONG HAN想使用TPS65251设计一款降压转换的电压,,但是对其功能以及如何使用不太明白,在使用过程中,出现了输出电压偏低的问题,故发帖求助:   我的电源芯片选用的是TPS65251,空载输出时,三路输出电压都正常,但是带上负载后,输出电压都变低?不知道是什么原因请帮助分析一下!三路输出电感都没有发烫,电感没有饱和。

帖子链接如下所示:http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/power_management/f/24/t/49974.aspx?pi2132219853=1

             TI FAE: Johnsin Tao 解答了楼主的问题,并且提出了相关的设计疑问:将电路图上传上来看一下?  可以的话包括layout? 芯片底部的PowerPad是需要接地的,并且要打孔到其他层,用于扩展散热面积,协助芯片散热,散热不好是会使得带载能力变差的。是完全不能带载,还是带载能力变差,建议你用负载机测试一下实际的带载能力。

          TI FAE: Jim Chen也提出了相关的疑问,如下图所示:

         下面我们看看楼主对于相关问题的进一步描述吧:空载时都有电压,基本正常,只要一带负载,电压就降低,BUCK1是:0.5V,BUCK2是:0.2V,BUCK3是:0.05V,LI,L2.L3都是TDK电感,VLC5045T-4R7M, 滤波电容是22UF.

         还有就是楼主的原理图设计文件,如下图所示:

           我们再来看看楼主的PCB文件,看看是否有问题:

            对于楼主的原理图的设计,以及PCB文件的布局,我们来看看TI的技术人员是如何回答的吧:你的电路和TI提供的方案:http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/slvu399a/slvu399a.pdf 基本上是一致的,差异主要是电流限制,以及反馈回路中与40.2k电阻并联的电容(这个电容在bom表中确实是470pF)。 经计算应该是取4.7nf。 按照你的描述,你还是没有确认三路负载的大小或者说保护点? 无法推断是过流保护,还是电感饱和导致的输出电压被拉低。或者你可以测试一下输出电压的波形,如果是过流保护了,芯片会每隔10mS启动一次,然后再保护,所以在输出波形上应该是可以表现出来的。从layout看,是乎没有体现出,你需要再确认一下你芯片底部的powerpad是否有打孔到中间层的GND用于散热,原因是作为三路内部开关的降压芯片,芯片的温度会很高的,必须要有效的散热设计,这个是影响带载能力的。

         对于TI技术人员的疑问,我们需要看看楼主PCB的背面文件,看看是否有问题:芯片底部的散热焊盘中间打孔了,连到反面的电路板,我是双面板,并且TPS65251芯片温度不高!楼主的解释如下:

  楼主的背面PCB文件如下所示:

             对于楼主的疑问,我们看看TI的技术人员是如何回答的吧:之所以现在芯片不烫,是因为芯片没有带载(目前芯片基本上处于shutdown状态). 建议尽快做带载测试,以及测试一下输出的波形。

        对于TI技术人员的回家,楼主的疑问如下:我给反面的芯片底部过孔通过四根铜丝连到了覆铜地,带上模拟负载电阻1k欧母.上电后,芯片有温度上升,将22UF电容换成100UF电解电容,BUCK3电压还是没达到要求,3.3V的电压只有2V,BUCK1DE 的电压1.2V,接近要求只有1.18V.BUCK1的电压波形基本正常,但BUCK3的波形不正常,波形跳动,1V位置是一条直线,上面有跳动波形.

           下面我们再来看看TI FAE: Johnsin Tao 的回答吧:输出电容22uF没有问题, 不需要增加到100uF来稳压。  也就是说3路输出带1~3mA左右的电流就会导致输出电压异常吗?能确认到芯片温度上升到多少?  按照你这么小的负载,应该不会很有明显的温升的。PowerPad是要接GND的,如果是2层板,对于芯片背面应该是用尽量大面积的GND铜箔协助芯片散热的。见datasheet关于4层板热阻的描述。

       楼主补充了一下测试的问题:只要一带负载,电压就降低,一开始带了LED灯,电压就变低了!无论负载大小,电压都降低!不知道原因在哪里?

       我们看看TI 技术人员的建议:之前提过电路图没有问题,重新layout一版再看看,参考EVM板layout,另外芯片采用TI免费样片或者来自TI授权代理商。

              以上就是对于楼主使用TPS65251 一些控制以及使用的问题的回答。我们可以好好学习一下。

             那么TPS65251究竟是一款什么样子的芯片呢?我们改如何正确的使用TPS65251 来设计电源呢。这些都是我们在设计中需要学习的问题,下面我们就一起去学习一下TPS65251这款芯片的详细功能,如下图所示,是TPS65251的封装结构图:


             关TPS65251的封装,其实就是很简单的QFN 40PIN的结构,整体的设计非常简单,下面我们来看看TPS65251的的输入输出参数,如下图所示:

              如上图所示,我们可以看到TPS65251 的输入电压范围为4.5V到18V,输出电压范围为0.8V到17V。最大输出电流为3A,最大的工作频率为2MHZ,可以说频率是相当的高了,对于PCB画板也有很高的要求,典型的控制拓扑结构为BUCK,也就是说TPS65251只能实现降压输出。了解了TPS65251的这些参数。这个对我们的设计就简单多了.

             下面我们再看看TPS65251 的典型的应用电路图,如下所示:

            下面我们就来详细的了解一下TPS65251的设计中需要注意的一些问题,首先看看TPS65251的工作温度范围,如下图所示:

       从上图中我们可以看到TPS65251的工作温度范围是从-40度到125度。已经是很宽的范围了,我们在设计的时候还需要注意TPS65251的热阻的参数,如下图所示,计算一下内部的温升:

            了解了TPS65251的相关参数,我们就要知道如何计算TPS65251的电路参数了,如下图所示,输入电容的计算:

           如上图所示,对于TPS65251的输入电容个,最好使用10uF的X7R的陶瓷电容,那么对于输出电容的计算呢,我们也一起看看:

           对于输出电容的选择,正如前面所说的,22uF以上的陶瓷电容是很好的选择,对于输出电感的计算可以参考下面的公式:

         我们还需要关注电流与阻抗的关系,如下图所示:

           还有就是输出电压的计算公式了,如下图所示:

            最后需要所需要注意的就是PCB布局的问题了,这一点也是最容易出现问题的地方,尤其是热焊盘的布局,我们可以参考TI推荐的方案。


                  以上就是关于TPS65251带上负载后电压输出降低问题的分析学习,以及使用于TPS65251设计电路需要注意的一些问题,与大家分享一下。

需要补充一点的是,关于TPS65251的设计中还需要注意的一个地方就是环路补偿的部分,如果这个部分的补偿不合理的话,可能导致电源工作不稳定,甚至出现无法带载的情况,关于环路的计算,可以参考TI提供的计算公式,如下图所示的部分:

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