锂电池的纹波 TPS61088-EVM评估板（10A step-up DC-DC）到手简测，效率，纹波和瞬态|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

TPS61088-EVM评估板（10A step-up DC-DC）到手简测，效率、纹波和瞬态

最新消息，论坛开发板流动站刚刚又添置了一块TI官方的TPS61088-EVM-677评估板，幸运的，第一手就落入了我的魔掌中

简单测试评估了一下，顺便把测试情况发个贴详细记录下，免得日后自己都忘记了。

这块TPS61088的高效率升压DCDC可以用单节锂电池输出最高12V的电压，输入开关电流可达10A，大约就是能输出30W的功率，对于一些便携音响方面是很适合的。先来看看这块芯片的简介和评估板的图纸

拆箱照片

学习官方评估板的电路和布线是个非常好的途径，这块板子布线非常简洁，TPS61088芯片引脚的排列布局很方便布线，正面没有几根走线，电路板的背面就是整块GND平面。

有两点疑惑

一、关于芯片的PGND和AGND，通常理解所有AGND的线连接在一起，然后再跟PGND连接，从该评估板的布线上来看，都没有区分AGND和PGND，就是整张的地平面，两面的GND都是通过大量密集的过孔打通。

感觉就是很随意的布线，没有过多的考虑。还有就是DCDC 蓄能和释放的回路似乎没有刻意地追求二者环路面积相等。这块评估板看起来很轻松就布线出来的样子，不知道这样布线的效果到底会怎么样。

布线直接影响到纹波噪音的好坏，特别的对于应用在便携音响上的话，喇叭出来的噪音可是要命的。不过回头想想既然是官方的评估板肯定是能保证芯片性能指标的吧，应该也不会差。

二、关于电感，见到过有些DCDC官方评估板，在电感下方的铜箔都是挖空的，这样大概是考虑到电感磁力线对下方布线的影响吧，不过大部分都是没有挖空的，这块评估板也没挖空。

关于这个电感下铜箔挖空，我也是很迷茫的，希望有经验的大神能指点。这个评估板用的PWM开关频率是600KHZ，电感用的1.2uH，这个是合金电感，体积小，才9X8mm，功率很大，DCR才9毫欧，当然了价格也很贵，适合高频应用。貌似现在电脑显卡主板里面用的挺多的。

手上的器材，DS2072A 300MHZ示波器， 2台3位半万用表，IT 8511电子负载，固炜双路30V 3A线性电源。输入电压都放在3.6V左右，单节锂电池电压。因为电流非常大所以电线上的压降也很大，所以实际上是调整线性电源输出电压，输入电压测量点是在评估板输入端TP1和TP2两端，这两端电压调整至3.6V左右；同样的，输出电流可以直接读自IT8511电子负载的读数，但是输出电流是测试TP5 / TP6两端的，这样避免了大电流情况下电缆线阻带来的压降，提高测量准确程度。IT8511电子负载也可以采用4线REMOTE测量模式，但是懒得搬设备接线了。

接下来是进行一些简单测试

一、上电，EN跳线是置OFF位置的，发现这时候仍旧有输出，比输入低约0.3V，开始愿意是微弱的漏电，但是接了电子负载实测，输出电流可以很大，估计是相当于串联了一只肖特基二极管，所以在TPS61088 EN OFF的情况下，输出端千万不能短路，否则电池就相当于给短路了，这个EN并不能做电源开关用，ON的时候正常升压输出，OFF的时候芯片实际上成了个肖特基二极管了，实际应用的时候是要注意的！

二、空载测试。 TPS61088是可以选择PWM和PFM模式的，轻载的时候PFM模式效能更高些应该。空载情况下对比了二者的静态电流

1、PWM模式下空载输出是8.918V，此时静态输入电流大约是66mA左右

2、PFM模式，输出空载电压是8.983V，此时静态输入电流仅0.5mA左右。

三、输出1A测试，电子负载设置CC 1A

1、PWM模式，输入 3.605V 2.61A ，输出8.928V 1A 效率=94.8%

2、 PFM模式，输入 3.631V 2.60A ，输出 8.927V 1A 效率=94.6%

四、输出2A电流， IT8511 置 CC 2A ，由于手头上的顾伟双路电源单路最大3A输出，两路并联后最大也只有6A，因此无法测试大于2A的输出了。

输入： 3.661V 5.23A 输出： 8.939V 2A 效率=93.4%

上面测试表明TPS61088在使用单节锂电池3.6V的情况下效率非常高，9V 2A就是18W输出了，仍旧超过93%的效率，而且用手摸电感和芯片，都并没有什么显著的升温，再高输出因手头设备限制没法测试了，按官方PDF显示9V 3A情况下仍旧有91%的效率。关于PWM和PFM模式，从测试看，PWM在空载情况下静态电流达66mA，损耗比较大，轻载在小于1A应用的时候，PFM模式应该比PWM更有效率些。

五、 SW引脚波形观察，评估板留出了SW端观察的接头，可以观察下波形，如下图接法

1、PWM模式下空载时SW的波形

2、PWM模式， 1A负载 SW波形

3、PFM 空载 SW波形

4、PFM模式 1A负载 SW端波形

六、通常DCDC效率问题大家是最关注的，官方PDF里示出的效率通常采用合适的元器件都能做到官方宣称的指标，这个通常是有保障的。电源还有非常重要的指标还有瞬态响应和纹波噪音情况。

瞬态响应这个是我个人最关注的，它涉及到电源设计控制回路的性能，电源其实本质上就是放大器，就跟运放一样，有频响带宽有相位延迟，频带足够宽、相位裕量大，才能保证电源有足够好的瞬态响应和稳定性，这个不好是很致命的，比方说负载波动的瞬间输出电压产生大的尖峰，尤其现在低电压的芯片越来越多，比方说3.3V的MCU，FPGA内核1.2V，电源不好很容易就把昂贵的芯片给损坏了。

瞬态响应稳定性这些通常最好是用网络分析仪，给电源注入一个信号，然后测量反馈端频率和相位延迟。这个也就是评估板上为什么在反馈电阻上端又串入一个49.9欧姆电阻的原因，这个电阻是故意留出来用来注入测量信号进行波特图分析用的。这些说开就复杂了，就到这里吧。

瞬态响应测试采用IT8511电子负载的动态负载测试功能，设置为1KHZ频率，电流低是0.1A 电流高为1A，测试接线如下图，电子负载通过夹子连接到输出，同时连接线是手工双绞起来，以减少引入外接的干扰；示波器探头去掉头和地线，直接用探头附带的地线弹簧，用最短的连接至评估板的输出端，减少干扰。另外为了减少电缆线阻的影响，我在评估板的输入端并联了一只1500uF的高速电解电容，在评估板输出端接了1只150uF/25v的固态电容，同时也是方便测试夹夹住。

1、PWM_0.1~1A@1khz瞬态响应

2、PFM_0.1~1A@1khz瞬态响应测试

根据上面的瞬态波形分析，首先PWM模式瞬态响应要稍好于PFM模式，二者都没有明显震荡波形，说明控制回路的相位裕度还可以，尖峰过冲都是200mV左右，对于9V的输出来说，200mV的过冲也不是什么大问题了，况且这个还是开关DCDC，没毛病；再看过冲恢复时间超过300uS，对于一个开关DCDC来说可以了；另外注意到PFM模式下瞬态下冲是300mV，大于PWM的200mV，这些也都没什么毛病。

TPS61088的性能是可以的。当然了，我只测试到1A的，如果能测试100mA到3A动态响应的情况就更能暴露问题了，不过手头上器材的限制只能到这了。

七、纹波和噪音的测试。对于电源输出来说，纹波和噪音二者是经常是混在一起的，各种噪声总是叠加在纹波之上的。要测纹波噪声就必须有正确的姿势了，尽量力求避免外界引入干扰。我直接用的刚充满电的三洋红袍18650锂电池。示波器设置非常有讲究，设置成AC模式以及20MHZ带宽限制，示波器探头也是必须要注意的，必须按上面讲的，把头和地线去掉，用短的弹簧夹连接到电源的输出端，否则探头的地线就成了天线了，把不该有的干扰都引入了。

正确的姿势如下图展示。另外为了测试带负载情况我加了个40欧姆的功率电阻，这样算起来输出大约是200mA左右吧，为了减少干扰这里就不接电子负载了，引线太长。

1、PWM模式，空载时纹波和噪声情况

2、PWM模式，40欧姆负载时纹波和噪声情况

3、PFM模式，空载时纹波和噪声情况

4、PFM模式，40欧姆负载时纹波和噪声情况

从上面看TPS61088评估板的输出纹波噪音情况很不错，对于一款开关升压DCDC来说，200mA负载情况下，输出的纹波噪音只有不到30mVpp峰峰值，就纹波来说PFM模式略微要好过PWM模式，不过这些个短促尖峰的高度主要是来自开关管的切换。手头上暂时没有找出8欧 4欧的功率电阻，而且我的锂电池也无法输出太大的电流，所以没有进一步测试更大负载下的纹波噪音情况，通常应该负载越大情况越糟糕，不过就目前所测的200mA负载的情况来说，一款开关电源能做到不到30mVPP的纹波噪音，已经是相当不错了，看来这款芯片很轻松布线就能达到相当不错的水平了，确实很容易用好。是款非常不错的升压DCDC，剩下的问题就是看芯片的价格几何了。

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充电机直流母线上的纹波会影响电池寿命吗？

这个问题，是国康问题的，我回家准备把这个问题稍微详细一些展开。从原则上来说，这个问题“Does the current ripple influences the lifetime of the battery?”其实还是比较平常的。

在群里还有兄弟提了以下的假设电机驱动器对电池的电流倒灌对电池的影响超过充电对电池的影响。电动汽车中的电机驱动器对电池的电流倒灌分三个方面，一是电机状态转换时，比如突然停车等；二是电机磁场控制时，现在的控制算法是FOC的力矩控制模式，当电流或者磁场矢量突变时；三是每一个开关周期，此时直流母线上是一个震荡电流，负载越轻，震荡越大。电池的分布参数，与驱动器中一些高频成分引起的共振会超过高频成分本身。

电池是一个不同SOC和频率存在较大响应差异的，纹波的迭代主要在频率响应上对电池产生影响。