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如何排除DC-DC降压转换器故障

George Biner 2019-08-13

转换器故障排除的一般规则MkD电子头条

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在进行故障排除时,重要的是要考虑哪些变量在起作用并减少可能的故障原因。以下是一些可以帮助你的指南:MkD电子头条

  • 需要可靠地使系统无法对其进行故障排除。一个自行解决的问题又会自行解决。
  • 一次只更改一件事并注意效果。  
  • 如果电路停止工作,请问“什么改变了?”是否有与失败同时发生的事件?
  • 查看故障是否随转换器板、芯片或负载一起移动。

考虑到这些概念,以下是设计DC-DC降压转换器时可能遇到的九个常见问题以及一些可能的原因。MkD电子头条

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如何排除DC-DC降压转换器故障MkD电子头条

10×探头测量输出电压。图片来自Eric BogatinMkD电子头条

问题#1:太多纹波MkD电子头条

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如果看到太多的纹波,则电感可能太低,较高的值会产生较低的纹波,但会产生较慢的瞬态响应。此外,请记住,较大的电感纹波电流意味着较高的峰值电流和较大的电感饱和可能性,尤其是在高温时,FET上的应力更大。MkD电子头条

其他问题可能是Cout太低(没有足够的存储空间来阻止输出)或Cout ESR(等效串联电阻)太高(导致Cout中的 IR下降)。最后,低开关频率会引起更多纹波。MkD电子头条

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使用10倍探头测量噪音。图片由从《如何测量开关模式电源(SMPS)噪声》获得的Eric Bogatin提供MkD电子头条

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问题#2:启动失败MkD电子头条

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首先,问问自己这个问题:“启用”引脚驱动(或上拉)是否正确?电源良好输出相同。可能会出现启动失败,因为你看到负载电容过大(如FPGA),表现为短路并触发电流限制。一些芯片具有消隐和软启动功能。MkD电子头条

将电流限制点设置为尽可能高,以避免误报,并与FPGA工程师协商以优化系统级电容。最后,确保 Vin没有下垂,并且由于输入下垂而导致UV锁定未激活。MkD电子头条

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问题#3:关闭时输出电压存在MkD电子头条

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如果你的电路确实关闭却在输出端看到电压,则通常来自另一个电源电路。检查到其他活动轨道的路径是否不明显。MkD电子头条

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问题#4:管理不善MkD电子头条

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通过远程Vout检测,可能由电源路径欧姆电压降引起不良调节,这可能是由于导轨(单个电源转换器输出线)导致的,该电压分布在电路板上的过多负载上。这就是为什么有时避免使用多轨转换器IC(“PMIC”)以支持其负载旁边的多个转换器。如果电压检测引脚有噪声,请保持此引脚的布局清洁,并确保与检测信号相关的任何电阻都放在控制器附近。另一种解释是,过滤后的参考电压可能不稳定。MkD电子头条

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问题#5:慢瞬态响应MkD电子头条

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这里的主要原因是可能有太多的大容量输出电容或太大的电感。另一个问题可能是坏循环补偿。没有合适的设备,环路特性很难完全表征。但是,即使你没有网络分析仪,也可以使用步进负载并观察瞬态振铃。此外,在开发过程中,如果设计负载发生变化,补偿通常必须改变。例如,你是否在其设计负载的一半使用工厂评估模块?MkD电子头条

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问题#6:不稳定性MkD电子头条

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Cout ESR可能是不稳定的原因,因为它在回路响应中引入零,这使得增益曲线停止下降并开始横向移动,从而侵蚀或消除增益裕度。如果零是足够低的频率,则在相位变为180°之前增益不会通过零。  MkD电子头条

更便宜的转换器芯片可以在内部进行补偿以节省外部元件,但要确保你的C out满足最小和最大Cout ESR范围,它们将保持稳定。对不稳定性的其他解释可能包括不良电压感应或求和节点布局或噪声。务必使用设计软件生成波特图并检查相位和增益余量,包括温度过高。MkD电子头条

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问题#7:效率低MkD电子头条

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自举电容必须足够大,以便为高侧FET栅极提供电荷,否则,FET可能无法完全导通,然后会烧毁电源。与升压引脚串联的电阻可用于调节导通以控制振铃。测量功率电路效率(特别是高于90%)并非易事,因为它需要电流测量并且是两个功率量的比率。希望你通过电子表格工具表征每个组件对损耗的贡献,这通常会告诉你MOSFET和电感器电阻(“DCR”或直流电阻)是浪费热量的主要原因。MkD电子头条

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显示降压开关稳压器的效率与频率的关系图。图来自Linear Tech/Analog Devices的LT8610数据表。MkD电子头条

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问题#8:低温问题MkD电子头条

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请记住,低温下电解电容的ESR会上升,电容也会下降。MkD电子头条

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问题#9:PMBus问题MkD电子头条

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在共享数据通信总线上,确保在你不查看时,另一个节点不会间歇性地抖动。此外,确保你使用的上拉强度足够大:47kΩ上拉(如FPGA中)不如10kΩ。MkD电子头条