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[经验] 【MPS电源评估板试用体验】之上电初步试用

6 天前  552 MPS
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5月上旬收到了ElecFans小助手的提醒,说有一个电源评估板活动可以申请了,点击去一看,是MPS针对Zynq的电源解决方案,正好我平时经常要做一些Zynq的系统,二次电源也是我非常感兴趣的地方,就申请了。由于正好物有所用,就非常幸运的通过了。
这次收到的是两个板子,一个是MP54304的单芯片评估板,另一个是一套完整的Zynq电源解决方案,上面集成了4颗DCDC,5个ldo,还有1个Vtt。下面单独说明。
第一个板子是MP54304的评估板,如下图所示,上面只有一个MP54304和一些电容,注意板子上连电阻都没有,这是由于该芯片支持pmbus接口,电压可通过PMbus总线直接修改,不需要外置分压电阻了。
微信图片_20200629195559.jpg

MP54304是单芯片集成了mos和电感的,可以输出4个通道,电流为3A/3A/2A/2A。现在的数字系统越做越小,二次电源也跟着一步一步做小,zynq需要多个通道的电源,如果采用常规的外置电感电路,电源系统将会非常庞大。
下图是我买的一个米尔科技的7z020开发板,板子上的电源系统已用红色进行标记。可以看到,由于采用了外置电感的电源芯片,电源系统已经占到了7Z020主芯片加两颗ddr3的面积。另外,外置电感还容易磕到,我这个板子上的一个电感(最右侧)还生锈了。
微信图片_20200629200001.jpg

看到mp54304简介后,我第一时间就想到了ADI的LTM4644芯片,和mp54304的功能类似,也是集成电感的多通道dcdc芯片,每个通道均可提供稳定4A,峰值5A的电流,且支持多种并联方式。当然这颗芯片的体积也是比较大的,同时要靠外置电压调节电压,下图是我设计的某个板子的电源部分截图。可以看到,除了大容量钽电容外,还需要需要不少分压电阻及Css电容的。
微信图片_20200629201138.jpg
从这些对比可以看出,mp54304还是有很大优势的,虽然电流没有ltm4644那么大,但事实上Zynq芯片的很多电源轨道是用不大那么大电流的,而且价格上也有很大优势。
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下面就对这个板子进行供电。从最上面那个图可以看出,评估板全部是垂直探针引出,这个设计确实不太好用,只能用夹子夹在上面。但动不动几安培的电流,使用夹子会非常不牢靠,交流群里也有人反应这个问题,但这个是mps官方的设计,只能接受。为了测试可靠,我决定焊接导线在上面,但探针明显没有焊接痕迹,板子还要回收,实在不忍心破坏探针,观察了一下,我决定把导线焊在板子上NC的电容位置上。
微信图片_20200629201818.jpg
台式电源我选用了比较厉害keithley的2260B,因为根据芯片手册,它最大可以输出70W的功率,没有足够强大的一次电源可不行。2260B可以输出360W,足够满足要求。
设定电压5V,限流3A,上电走起!万用表测量没有输出? 原来板子上还有一个手动开关,将开关拨到一边,OK了。ch1输出1.0039V,非常稳定。其它3个通道分布输出了1.5V,1.8V和3.3V。
微信图片_20200629203141.jpg
可以看到,空载下,板子消耗约50mA电流,即250mW,这个静态功耗还是有点高的,应该是工作在了强制pwm模式。
接下来启动上位机控制软件“VirtualBenchPro3.0”。
微信截图_20200629203535.png
1,查找设备地址,这个地址要先记住。
4.png
2,添加设备
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3,注意默认设备的地址是0x00,右键点击,更改iic地址为68,这样前面的绿色亮起。
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7.png
4,右边出现配置界面,先不要填,要按照 读-修-写的方式,先读一下默认的寄存器值。
8.png
可以看到各个通道的电压已经在列表中显示了,注意通道3,实际输出3.3V,设定的是1.1V,这是因为设定值最大只能到1.82V,但可以设定feed为1/3,所以1.1V的vref可以输出3.3V。
试试修改通道1的电压,将其改为1.150V,再写入。
9.png

寄存器修改后,会变为绿色,以告知修改,这个软件设计还是挺人性化的。
点击写入后,万用表立即变化,显示1.1542V,看来电压确实是可以在线修改的。
1.jpg
误差只有4.2mV,VeryGood!
看看电压设定范围,
11 - 副本.png
10 - 副本.png
12 - 副本.png

从0.55V~1.82V,增加3倍后,可以到5.46V,足以满足绝大部分的数字电源需要。
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对数字电源,上电时序是非常关键的,错误的上电时序会导致上电电流过大,甚至发生闩锁效应,烧毁芯片。常规的电源设计€€时,需要使用前一级的pg信号,来驱动后一级的run信号,但具体的延迟时间是太不好确定的。mp54304的pmbus接口支持可编程的上电时序,这个务必要好好用用。
示波器接起来!
微信图片_20200629211616.jpg
拨动EN开关,示波器触发抓取波形!
tek00000.png

ch1莫名其妙上电再掉电,初步怀疑是EN开关手工波动时的抖动造成的。
查看配置,ch1延迟0ms上电,怪不得不稳定。
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修改成ch1延迟1ms,电压1V;ch2延迟2ms,电压2V;ch3延迟2ms,电压3V;ch4延迟3ms,电压4V;同时ch2的斜率0.67,ch3的斜率2.67。上电走起!
14.png

tek00001.png

可以看出,各通道明显按照1ms的延迟开始输出,由于ch2和ch3设定的斜率不同,虽然ch3设定电压高,但还是先于ch2到达预定电压。
mp50304的各个电源轨道,不仅可以编程设定输出时序,还是可以设定爬电斜率。可以说是非常强大的了。
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前面提到芯片的静态功耗250mW,还是挺大的,这是由于DCDC控制器在低负载时,pwm的脉冲宽度不能小于最小的mos开启时间。在底负载情况下,一般的dcdc芯片会有两种工作模式,一个是强制pwm模式,此时高压mos输出的部分电流,会通过低压mos强制释放掉,开关频率不会发生变化,输出电压也会非常稳定,但功耗就会偏大;另一个是PFM模式,调整控制芯片的频率,其实就是跳过pwm中的一些脉冲,以此来实现低功耗的功能,缺点是纹波会变大。观察mp54304控制清单,可以更改。于是将4个通道全部改为pfm模式。
15.png
微信图片_20200629213413.jpg
电流一下就减到0了,只有万用表的读数告诉我芯片还在正常输出,但读数已经在跳了。观察示波器的波形,纹波明显大了很多。

tek00002.png

使用交流档,测量纹波如下。
tek00003.png

如果对功耗不是非常敏感,还是建议使用强制pwm模式,FPGA在大电流模式下,对噪声更加敏感,dcdc消耗的功耗反而不足为到了。
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后面有时间再进行一下满负载测试,看看满负载下的纹波,以及负载变化情况下的电压波动;根据之前的课题,还要驱动一个zynq开发板,这个可能要飞不少线了,要是线错了或者鼠标点错了,我的zynq板子可能就要报废了,还是先玩熟板子再说吧。


5.png

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