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TPS54020给FPGA供电，FPGA的电源引脚经常短路坏片子

jianmei kang
Prodigy 60 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS54020

各位，

         我用的TPS54020的demo原理图做的PCB，给KC705供电，一开始上电都是能用的，但是用着用着就出问题，已经出过好几次问题了，K7的1.0V曾经短路过（电源芯片没坏，换了FPGA就好了），TPS54020也输出短路过（FPGA没坏，换了电源芯片就好了），K7的3.3V短路过（电源芯片没坏，换了FPGA就好了），基本上FPGA都没有外围电路，可以直接排除外围电路的影响，各位，能不能帮忙分析一下原因？

       如下是我的TPS54020电源图纸

  • 0
    TI__Guru**** 308311 points

    Hi

       K7是指什么芯片？   K7的1V是由什么提供？

       另外在TPS54020输入输出都有电感并联？ 请问电感量是多少？

  • 0
    TI__Expert 4395 points

    楼主，你先不接FPGA,单独对TPS54020做短路实验看一下会不会有问题。另外，你前后加的小滤波电感，注意一下允许通过的最大电流，要留够裕量。

  • 0
    TI__Expert 4395 points

    楼主，你说的 TPS54020曾经短路过，芯片坏了，还有K7的1.0V短路，你TPS54020的输出不是1.0V么？TPS54020短路坏掉了，坏的情况是怎样的？SW对地短路么？

  • 0 回复 Johnsin Tao
    Prodigy 60 points

    K7是XC7K325T，Xilinx的FPGA。

    TPS54020的输出不是电感，是磁珠。

    另外我的邮箱，elecyueling@163.com，电话：18890366597，方便的话给我来个电话，有几个问题想请教你们。

    1、最近又坏了两个TPS54020，我板卡的信号地和机箱的外壳地是直接的大面积连接在一起，这种会不会导致TPS54020损坏。

    2、我的BOOT引脚采用的0.1uF电容是0402的封装，这是给高MOS驱动电路供电的，是否需要换封装大一点的。

    3、磁珠不是储能器件，是否也会造成后面的FPGA烧坏？

  • 0 回复 George Luo1
    Prodigy 60 points

    您好，

            板子刚焊接好，调试都是正常的，输出电压都是配置好的电阻。只是在使用过程中，偶尔会出现TPS54020的SW对地短路，将芯片吹下来，直接用万用表测试PH和GND之间的电阻是1.8欧姆。

           专门针对TPS54020这个电路，我有几个疑问请教一下你们。

           1、我的使能电路是通过电阻对输入的12V电压进行分压到3.4V左右连接到芯片的EN端，同时在EN端还增加了1uF的电容到地。这样会不会导致在上电的一瞬间，电容对地短路，EN的电压有12V，烧坏TPS54020。

            2、BOOT端的电容我采用的是0402封装的0.1uF，这个是否需要换大一点的封装。

            3、我的信号地和机箱的外壳地是直接连接在一起，不清楚这样是不是导致芯片不正常的原因。

            我的联系方式  elecyueling@163.com ， 电话  18890366597,。

            如果方便的话，还请进一步的交流，谢谢！

  • 0 回复 jianmei kang
    Prodigy 60 points

    第一条不会，电容对地短路也不会烧坏TPS54020。

  • 0 回复 jianmei kang
    TI__Expert 4395 points

    楼主，第1条倒不至于，你芯片现在出问题，EN脚没有坏吧。你是SW对地短路，内部的MOSFET坏掉了。最好看一下在测试当中是不是有瞬时过流出现。

    2. 你的系统对ESD和雷击是不是也要测试，如果试，建议把BOOT电容换成0603或者0805封装，间距取大一些。

    3. 一般来说，系统中是把功率地和机壳地连接在一起，信号地是敏感的地，外壳上的干扰很大，不建议直接与机壳连接在一起。你可以信号地连在一起，最后单点接地接在一起。

  • 0 回复 George Luo1
    Prodigy 60 points

    1、内部的MOSFET坏掉了，瞬时过流是由什么引起的呢？ 我后面的FPGA最大也不可能超过10A啊。回头我用电流探头测试一下。

    2、不做ESD和雷击，但是我决定把BOOT电容换成0603.

    3、这次我会把机壳地和信号地分开。 但是不知道这是不是引起电源芯片坏的原因。

  • 0 回复 George Luo1
    Prodigy 60 points

    另外，demo里面推荐用的电感值是1.1uH，我用的是2.2uH，会不会可能因为电感值太大，在输入切断的时候，电感反向放电，把MOSFET给烧掉了。

  • 0
    Prodigy 180 points

    12V输入纹波是否过大，3.3V/1.0V纹波又有多大，你的输出储能电容都是电解电容吗，

    建议并接陶瓷电容，降低ESR，减小纹波，另外磁珠也可能会影响电源质量，可以尝

    试用0欧电阻取代。

  • 0
    Prodigy 31 points

    是不是供电不稳？

  • 0 回复 jianmei kang
    Guru 56631 points

    你好！我经常设计FPGA及供电的板卡，我们一般使用凌特的电源芯片，

    最近也有很多TI的电源产品，K7的内核电压1.0V你预留了多少A？

    差不多16A吗？

    你先不要给FPGA加很多的逻辑，检测一下内核电压的变化，我们设计一般留有余量，比如调到1.08V

    TPS54020参考EVM板就没问题    串联磁珠也没有问题    建议并联保证电流足够就好

  • 0 回复 user4109994
    Prodigy 50 points

    12V输入和输出的纹波都很小，只有50mV左右。

    另外我的输出电容是用的polymer胆电容，ESR很小。

    我会尝试用0欧电阻来代替磁珠。

    感谢你的回复，谢谢。

  • 0 回复 Fule Wang
    Prodigy 50 points

    有时候出现故障的情况是电源接口接触不良，但有时候不是这种情况。

  • 0 回复 mangui zhang
    Prodigy 50 points

    1.0V我是用的TP54621 一个15A的片子。

    TPS54020我完全就是用的demo设计，但是真不知道为什么会出问题。

    我现在怀疑是不是买到假片了，因为我买的量少，是从一些贸易商那里买的散货。

    我已经从贸泽那采购了10PCS回来做一下验证。

    因为这个电源芯片是偶尔出问题，所以前期没有重视起来，后续现在要改板的话，时间上有点紧。

  • 0 回复 mangui zhang
    Prodigy 50 points

    我主要是因为觉得凌特的电源模块比较贵，而且封装比较大，又是BGA的封装，维修性比较差才没用凌特的电源芯片。

  • 0
    Prodigy 100 points

    电路原理设计没问题，很大可能是不是手工焊接的问题导致的虚焊之类的

  • 0 回复 hongmin Fang
    Prodigy 40 points

    是回流焊。不是手工焊，焊接问题引起的可能性不大。谢谢。

  • 0
    Intellectual 336 points

    输出还是弄个稳压管钳位  这样子好点  要不电源有波动的话 是不是就导致烧FPGA了；

  • 0 回复 wufei
    Prodigy 40 points

    FPGA也确实烧过一块了。。

    还在继续找为什么电源芯片会坏的原因。

  • 0 回复 jianmei kang
    Prodigy 40 points

    1.你可以将HICCUP引脚引出 通过电阻接地；出现过电流时芯片要等待16384 cycle才能保护，这个是过流TPS54020损坏的原因吧。

    2. boot 的电容一般不用换，要换就换成100nF的0402. 封装基本不用换。

    3. C222修改为2.2nF（6.3V以上）的电容，C226修改为18pF的电容；C224换成4.87K，R176换成22nF；

       C220 C221 C223 你换成1个22uF（低esr）的陶瓷贴片电容； C225 不用焊接。你再试试

    我个人感觉是你comp引脚和输出引脚的Cout与2.2uH的的电感间匹配不当造成的，还有就是保护时间设置太长了，导致芯片损坏。

    相关的参数计算TPS54020规格书上给了，在规格书的后面。

    你可以试试看，祝你好运！

  • 0 回复 Sam Lee2
    Prodigy 40 points

    您好，

             感谢您的回答，按照您这么说，是不是我将输出电感按照demo换成1.1uH就能解决问题，谢谢！

  • 0 回复 yueling chen2
    Prodigy 40 points

    是的，不过过流保护的引脚通过电阻接地，确保出现问题芯片不会损坏。

    最好是，用示波器量测一下芯片几个引脚的波形demo板手册上的对比一下看看每个波形是不是符合

    这样会好些

  • 0
    Guru 42467 points

    短路是什么原因造成的，建议在焊接后，通过蜡封或者热胶封，封闭管脚与外界可能的连接，我见有不少管脚细密的板子都是采用这种技术，不知道他们用的是什么封的，比较硬一点，还是透明的。

  • 0 回复 yueling chen1
    Prodigy 180 points

    x7这个片子的功耗不小，首先看看这个片子电流能不能够fpga供电，再就是这个fpga电源上电顺序有一定要求，一定是1v内核电压起来。你好好看看，电源原理图看似没多大问题，。。在comp脚可以做一些调整。

  • 0
    Genius 4275 points

    上电的先后顺序问题？按照道理 上电顺序只会影响启动啊 ，没烧片子的道理。

  • 0
    Intellectual 525 points

    首先不清楚你的供电结构图是个什么样子，还有你的K7芯片的连线是否正确。

    最重要的一点，你的PCB布线是否合理。

    纹波有多大，是否有测量过。对于低电压供电系统来说。这些都足以破坏系统的稳定性。

  • 0 回复 yueling chen2
    Guru 42895 points
    你的系统功率有多大？如何散热的？ 电源很重要！
  • 0 回复 da qin zheng sheng
    Prodigy 40 points

    现在已经排除FPGA那边的问题了，我用TPS54020做了一个DEMO板，对SSD 5V进行通断电测试， 500PCS里面也出现了电源片子对地短路烧毁的情况。