TPS6102x startup issues with high load or capacitive load

Пациент: повышающие преобразователи TPS61020, TPS61024, TPS61025, TPS61026, TPS61027, TPS61028 и TPS61029

Симптомы: преобразватель не стартует с подключённой нагрузкой или работает нестабильно при подключении емкостной нагрузке в нормальном режиме

Лечение: у преобразователей серии TPS6102x есть встроенная схема мягкого запуска, вкратце описанная в даташите:

При включении устройства встроенная схема запуска начинает с первого этапа, предзарядки. В ходе предзарядки ключ выпрямителя включается до тех пор, пока выходной конденсатор не зарядится до величины, близкой к входному напряжению преобразователя. Ключ также обеспечивает ограничение тока в этой фазе. Ток увеличивается с увеличением выходного напряжения. Эта же схема ограничивает выходной ток при коротком замыкании на выходе

Фаза предзарядки не ограничена по времени, поэтому, если нагрузка подключена к преобразователю и потребляет ток, равный току предзарядки (100 мА), то фаза предзарядки никогда не закончится. Рекомендуется — хотя и не в даташите, а в отдельном документе SLVA387 — отключать нагрузку, пока выходное напряжение преобразователя не превысит 1,4 В. Для этого достаточно всего двух компонентов — P-канального транзистора и монитора напряжения с неинвертирующим выходом RESET (ADM810, MAX810, etc.).

Кроме того, схема ограничения тока довольно чувствительна, поэтому при подключении емкостной нагрузки (ёмкостью более 10 мкФ) в нормальном режиме работы выходное напряжение преобразвателя проседает. Если пороговое напряжение монитора близко к номинальному выходному напряжению преобразователя (например, MAX810L и 5 В), это просадка приведёт к бесконечному циклу включения-выключения нагрузки.

Чтобы избежать этого, выключатель нагрузки должен сам по себе иметь схему плавного пуска.

2016-11-27_14-54-55

На схеме выше IC2 — монитор напряжения MAX810 с неинвертирующим выходом RESET, выходной сигнал которого падает при достижении напряжением питания порога срабатывания монитора, тем самым открывая P-канальный транзистор Q1. Цепочка R3C2 обеспечивает плавный пуск, ограничивая ток сток-исток транзистора в течение короткого периода (когда C2 полностью разрядится через R3, даже при выходном напряжении преобразвателя 3,0 В ограничение тока IRLML2244 будет равно примерно 10 А, то есть, можно считать, что ограничение отсутствует).

NB: преобразватели TPS6102x не рассчитаны на работу с емкостными нагрузками со сверхнизким последовательным сопротивлением, поэтому расположенные непосредственно на выходе микросхемы конденсаторы ёмкостью более 2,2 мкФ должны быть электролитическими, а не керамическими.

***

Patient: TPS61020, TPS61024, TPS61025, TPS61026, TPS61027, TPS61028, TPS61029 step-up converters

Symptoms: DC/DC converter doesn’t start at all with the load connected or unstable when connecting capacitive load during normal operation

Cure: TPS6102x series DC/DC boost converters have soft-start circuit, as described in the datasheet:

When the device enables, the internal startup cycle starts with the first step, the precharge phase. During precharge, the rectifying switch is turned on until the output capacitor is charged to a value close to the input voltage. The rectifying switch is current limited during that phase. The current limit increases with the output voltage. This circuit also limits the output current under short circuit conditions at the output

Precharge stage is not time-limited, so if load is connected during precharge and load current consumption is equal to precharge current (100 mA), precharge stage will never end. It is recommended — although not by the datasheet, but separate SLVA387 application report, to disconnect the load until output voltage exceeds 1.4 V. It is possible with two additional components only — P-type MOSFET and voltage monitor with non-inverting push-pull RESET output (ADM810, MAX810, etc.).

Second, output current limiter is quite sensitive, which means that if capacitive load (anything over 10 uF) is connected during normal operation, output voltage of the TPS6102x will drop immediately. If the voltage monitors’ threshold is close enough to DC/DC nominal output voltage (e.g. MAX810L and 5V output), this drop will result in endless load cycling.

To prevent it, load switch itself has to have basic soft-start capabilities.

2016-11-27_14-54-55

On the figure above, IC2 is a MAX810 voltage monitor with non-inverting RESET output — its output drops when supply voltage reaches threshold, thus switching on logic-level P-channel MOSFET Q1. R3C2 works as a soft-start circuit, limiting MOSFETs’ drain-to-source current for a few moments (when C2 is fully discharged, even with 3.0V output voltage IRLML2244 current limit is above 10A, which means effectively no limit).

NB: TPS6102x converters are not designed to operate with ultralow ESR output capacitors. All the capacitors above 2.2 uF connected to Vout and located near IC must be of electrolytic type, not ceramic.

Эта заметка в LiveJournal. Текст тот же, но часто там бывает много комментариев.

Комментарии

TPS6102x startup issues with high load or capacitive load — 1 комментарий

Добавить комментарий