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PWM模式下TPS61088RHLT全集成同步升压转换器发热与纹波问题及解决方案

特性:

1.DC-DC

2.输入电压范围2.7V-12V

3.输出电压范围4.5V-12.6V

4. 10A 开关电流

5.可调开关频率:200kHz 至 2.2MHz

6.过压保护(13.2V

7.过流保护

7.热关断

8.效率高达 91%(VIN = 3.3V、VOUT = 9V 且 IOUT = 3 A 时)

9.模式选择;PWM模式与PFM模式。

功能框图

 

经典应用电路

 

应用场景

笔者选用TPS61088RHTL将输入5V升作10V作为TPA3110D2数字功放供电,负载电流约在2A以下,要求纹波电压小于100mv。选择PWM模式作为开关电源工作模式。


遭遇问题

1. 进行负载测试测试期间,发现负载超过2A时发热严重,工作约70秒后SW引脚温度超过120度,触发芯片热关断。

2. 本应用设置开关频率为500khz,电流上限为11.9A

根据数据手册公式:

计算电感值约为10uh,选用系统推荐输出电容搭配22uf*31uf电容*1。在实际测试中发现电压纹波超过300mv,纹波过大。

解决手段

1. Ipeak为电感温度升高的主要原因,基于经典boost电路拓扑结构中电感峰值电流

   推测由于电感值过大导致Ipeak过大,引起SW端发热严重。经测试,改用较小感值电感可大幅减小发热问题,在电感值为4.7uh时最为稳定。(测试负载为2A电流,测试时长为5min)。除解决发热问题外,选用较小感值电感还会减少约50mv的纹波。为保险起见,笔者还在芯片背面添加散热片,并在后续迭代版本的布板中增加SW引脚附近过孔数量及将多个SW脚通过覆盖SW网络的方式以增加散热能力。

2. 基于公式


以及电容对电压的稳定特性:


笔者决定采用增加并联电容以减小ESR以及增加容值的方法来减小纹波。

经测试,通过并联22uf陶瓷电容至约176uf时,在2A负载下可使纹波电压稳定在100mv以下。

焊接注意事项

TPS61088RHLT为一款VQFN封装的芯片,在电路验证过程中曾出现两次无法正常升压稳定输出4.7V的现象。首次问题经排查发现由于Ilim端限流电阻虚焊导致SW脚输出占空比过大的PWM波而升压出现错误;首次问题经排查发现是SW无法正常输出PWM波,通过给SW引脚加锡解决;以上可供读者参考作着手点排查类似电路故障。

建议有能力尽量选用焊台进行芯片焊接以减少虚焊风险。


(作者:冯子辰)

标签: 电源芯片
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