【導讀】在電子系統中電流通過(guò)直流或者交流的轉換，調節成低壓電源軌，供系統中的用電負載使用。而在這個(gè)過(guò)程中，少不了DC-DC降壓轉換器的身影，它們輸入電壓范圍較寬、效率高、封裝小巧，有利于滿(mǎn)足嚴格能效法規的需求，把關(guān)低壓直流電源軌轉換的最后一環(huán)。
在電子系統中電流通過(guò)直流或者交流的轉換，調節成低壓電源軌，供系統中的用電負載使用。而在這個(gè)過(guò)程中，少不了DC-DC降壓轉換器的身影，它們輸入電壓范圍較寬、效率高、封裝小巧，有利于滿(mǎn)足嚴格能效法規的需求，把關(guān)低壓直流電源軌轉換的最后一環(huán)。
因此DC-DC降壓轉換器出現問(wèn)題將直接導致無(wú)法使用等情況。但造成DC-DC降壓轉換器故障的原因很多，如開(kāi)關(guān)模式、低壓、DC-DC、單相、非隔離、基本降壓轉換器電路等，那如何排查故障呢？金譽(yù)半導體和大家詳解一下在設計 DC-DC 降壓轉換器時(shí)可能遇到的九個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題以及一些可能的原因。
問(wèn)題 #1：紋波太多
如果您看到太多紋波，電感值可能太低——較高的值會(huì )產(chǎn)生較低的紋波，但瞬態(tài)響應較慢。
此外，請記住大電感紋波電流意味著(zhù)更高的峰值電流和更大的電感飽和可能性，尤其是在高溫下——以及對FET的更大壓力。
其他問(wèn)題可能是C out太低，沒(méi)有足夠的存儲空間來(lái)支撐輸出；或C out ESR（等效串聯(lián)電阻）太高，導致C out中的 IR 壓降。
最后，低開(kāi)關(guān)頻率會(huì )導致更多紋波。
問(wèn)題 #2：無(wú)法啟動(dòng)
首先，問(wèn)自己這個(gè)問(wèn)題：“啟用”引腳是否正確驅動(dòng)（或上拉）？電源良好輸出也一樣。
啟動(dòng)失敗可能是因為您看到過(guò)大的負載電容（如FPGA）就像短路一樣并觸發(fā)了電流限制。一些芯片具有消隱和軟啟動(dòng)功能來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
將電流限制點(diǎn)設置得盡可能高以避免誤報，并與FPGA工程師協(xié)商以?xún)?yōu)化系統級別的電容。
最后，確保V in沒(méi)有下垂，并且UV鎖定沒(méi)有因輸入壓降而激活。
問(wèn)題 #3：效率低下
自舉電容器需要足夠大，以便為高側FET柵極提供電荷——否則，該 FET 可能無(wú)法完全導通，然后會(huì )燒毀電源。與升壓引腳串聯(lián)的電阻可用于調整開(kāi)啟以控制振鈴。
測量電源電路效率（尤其是90%以上）并非易事，因為它需要電流測量并且是兩個(gè)功率量的比率。希望您已經(jīng)通過(guò)電子表格工具描述了每個(gè)組件對損耗的貢獻，該工具通常會(huì )告訴您MOSFET和電感器電阻（“DCR”或直流電阻）是浪費熱量的主要來(lái)源。
顯示降壓開(kāi)關(guān)穩壓器的效率與頻率的關(guān)系圖。繪圖取自 Linear Tech/Analog Devices 的LT8610 數據表。
問(wèn)題 #4：關(guān)閉時(shí)輸出端存在電壓
如果您的電路確實(shí)關(guān)閉但您看到輸出端有電壓，則它通常來(lái)自另一個(gè)電源電路。檢查到其他活動(dòng)軌道的非明顯路徑。
問(wèn)題#5：不穩定
C out ESR 可能是不穩定的原因，因為它在環(huán)路響應中引入了零，這使得增益曲線(xiàn)停止下降并開(kāi)始橫向移動(dòng)，侵蝕或消除增益裕度。如果零頻率足夠低，則在相位達到 180° 之前增益不會(huì )超過(guò)零。
較便宜的轉換器芯片可能會(huì )進(jìn)行內部補償以節省外部零件，但請確保您的C輸出滿(mǎn)足它們穩定的最小和最大C輸出ESR 范圍。
對不穩定性的其他解釋可能包括不良電壓檢測或求和節點(diǎn)布局或噪聲。
請務(wù)必使用設計軟件生成波德圖并檢查相位和增益裕度，包括過(guò)溫情況。
問(wèn)題#6：監管不當
對于遠程V out感測，電源路徑歐姆壓降可能會(huì )導致調節不良，這可能是由于電源軌（單電源轉換器輸出線(xiàn)）分配給電路板上的太多負載。這就是為什么有時(shí)會(huì )避免使用多軌轉換器 IC（“PMIC”）以支持負載旁邊的多個(gè)轉換器。
如果您的電壓檢測引腳有噪聲，請保持該引腳的布局整潔，并確保與檢測信號相關(guān)的任何電阻器都放置在控制器附近。
另一種解釋是你的參考電壓可能在過(guò)濾不足時(shí)不穩定。
問(wèn)題 #7：瞬態(tài)響應緩慢
這里的罪魁禍首是可能有太多的大容量輸出電容或太大的電感器。
另一個(gè)問(wèn)題可能是環(huán)路補償不良。如果沒(méi)有合適的設備，環(huán)路特性很難完全表征。但是，即使您沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )分析儀，也可以使用階躍負載并觀(guān)察瞬態(tài)振鈴——它會(huì )告訴您很多便宜的事情。
此外，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果設計負載發(fā)生變化，補償通常也必須發(fā)生變化。例如，您是否在其設計負載的一半時(shí)使用工廠(chǎng)評估模塊？你看到了問(wèn)題。
問(wèn)題 #8：低溫問(wèn)題
請記住，低溫下電解電容的 ESR 會(huì )升高，電容也會(huì )下降。
問(wèn)題 #9：PMBus 問(wèn)題
在共享數據通信總線(xiàn)上，確保在您不注意時(shí)另一個(gè)節點(diǎn)不會(huì )間歇性地抖動(dòng)。
此外，請確保您使用的上拉電阻足夠強：47kΩ 上拉電阻（如 FPGA）不如 10kΩ 好。
以上不難看出：進(jìn)行故障排除時(shí)，重要的是要考慮哪些變量在起作用，并減少可能的故障原因的數量?？紤]到這些概念后再去開(kāi)始排查，能有更加清晰的認知減少試錯的可能，同時(shí)節省更多的時(shí)間。
以下是一些可以幫助您的指南：
1.您需要可靠地使系統無(wú)法對其進(jìn)行故障排除。一個(gè)自行消失的問(wèn)題會(huì )自行卷土重來(lái)。
2.一次只改變一件事并注意效果。
3.如果電路停止工作，問(wèn)“發(fā)生了什么變化？” 是否有與失敗同時(shí)發(fā)生的事件？
4.查看故障是否隨轉換板、芯片或負載移動(dòng)。
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