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电源调试问题(TPS62133+TPS51312)

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?
Johnsin Tao:

Hi

   TPS62133的电路建议采用TI的webench仿真软件得到, 见官网: http://www.ti.com.cn/product/cn/tps62133 

   TPS51312的输出电感和电容选择,建议参照datasheet: http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/tps51312.pdf 第十二页计算。

   layout都建议参照其EVM板,特别注意其PowerPad的layout。

Johnsin Tao:

回复 Johnsin Tao:

Hi

   另外注意一下TPS51312的Cff(对应你的C6)是47pF, 而不是47uF.

    功率电感选型,除了感量之外,主要还要注意饱和电流足够。

sheng liu:

回复 Johnsin Tao:

你好。

对于TPS62133,我们按照datasheet的第43页的Figure 43来设计,我们的电路中,C3没有焊,输入端增加了电容C30=1uF,输出端增加了电容C10=0.1uF和C29=10uF;其余没有做任何更改;

对于TPS51312,我们按照datasheet的第11页的Figure 12来设计,并按照Step One到Step Seven计算,得到+3.3V的输出电感=3.9uH,+2.5V的输出电感=8.6uH,+1.8V的输出电感=3.5uH。这里我们将3.9uH用4.7uH代替,8.6uH用6.8uH代替,都是可以正常工作的,而3.5uH则用4.7uH、3.3uH、2.2uH都不行;而输入端增加了电容C31=10uF,C5=0.1uF,输出端增加了电容C7=10uF,C9=0.1uF;47uF的情况已经改正;

layout我们也严格按照datasheet上的要求来完成的。

个人认为电容只是对电压纹波有较大影响,电感对电流的带负载能力有较大影响,从我们的调试情况看,纹波情况还行,而带负载能力则影响较大。

希望TI专家能对照我们的电路原理图分析一下现象,给出一些建设性的建议,而不是简单地发个链接地址,给个芯片手册,否则也未必能解决实际的问题,认真的讨论而非简单的指导。

Coffee Ge73:

楼主,首先务必明确一下负载规格是多少特别是第一级电路,5V/0.2A是直接给负载供电的电流?另外还有3.3V、2.5V、1.8V这三路加起来都有5W~6W,都是由5V得到的,所以这些也都算是5V这路的负载5V的负载肯定是达到1A以上,先把规格弄清楚,你还需要评估3.3V、2.5V、1.8V的最大负载,这些数据在你的负载的芯片都是会有描述的。

sheng liu:

回复 Coffee Ge73:

你好。

可以明确的是我们的电源模块是采用二级稳压的模式。第一级是+12V转成+5V,第二级是+5V转成+3.3V、+2.5V、+1.8V。对于+5V,既是一个中间级的电压,也是一个输出电压。

原来我们的设备是不含任何电源的,所需的电源(+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V)均是由线性电源仪器接入,此时设备工作时所需的电流为:+5V(0.2A),+3.3V(0.8A),+2.5V(0.4A),+1.8V(0.9A),因此这时的+5V并不含有二级稳压的电流,仅仅是我们设备上的+5V电流,也就是电源模块中+5V输出电压直接给负载供电的电流,并不包括+5V二级稳压的功率。

在我们调试的步骤3中也能看到这一点,加上FPGA工作后,+5V的电流达到了0.95A(原文写成+12V,笔误),因此可以认为是+5V的输出电流没有达到要求,但+1.8V的电压被拉低了还是无法解释。

以上括号中的电流为我们调试设备时的实测电流,因此可以认为负载就是这么大的。

Scott Sun:

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。

sheng liu:

回复 Scott Sun:

你好。

我们的电源模块上选择的电容既有有极性的钽电容,也有无极性的陶瓷电容。钽电容有3528和7343两种封装的,陶瓷电容用的是0805封装的。但没有考虑输出电容的ESR,因为采购的时候供应商没有ESR的性能指标。不知道现在该如何计算和测量?如果需要很低,又该选择多少值合适?

Coffee Ge73:

回复 sheng liu:

按照你的描述建议留出20%的裕量,那么得到第二级规格是这样:

3.3V/1A,2.5V/0.5A,1.8V/1.13A

Coffee Ge73:

回复 Coffee Ge73:

第二级电路输出功率3.3W+1.25W+2W=6.55W,按照85%的效率来折算,第一级电路的规格为:5V/1.56A

sheng liu:

回复 Coffee Ge73:

你好。

我们也就是这么计算和考虑的。但是现在+5V的输出只有1A左右。主要表现在FPGA工作后+1.8V的电流增加,+1.8V变成+1.3V,电流也达不到1.5A了。

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