【導(dǎo)讀】在電子系統(tǒng)中電流通過(guò)直流或者交流的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)成低壓電源軌，供系統(tǒng)中的用電負(fù)載使用。而在這個(gè)過(guò)程中，少不了DC-DC降壓轉(zhuǎn)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(yán)格能效法規(guī)的需求，把關(guān)低壓直流電源軌轉(zhuǎn)換的最后一環(huán)。
在電子系統(tǒng)中電流通過(guò)直流或者交流的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)成低壓電源軌，供系統(tǒng)中的用電負(fù)載使用。而在這個(gè)過(guò)程中，少不了DC-DC降壓轉(zhuǎn)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(yán)格能效法規(guī)的需求，把關(guān)低壓直流電源軌轉(zhuǎn)換的最后一環(huán)。
因此DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)問(wèn)題將直接導(dǎo)致無(wú)法使用等情況。但造成DC-DC降壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器電路等，那如何排查故障呢？金譽(yù)半導(dǎo)體和大家詳解一下在設(shè)計(jì) DC-DC 降壓轉(zhuǎn)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(yīng)較慢。
此外，請(qǐng)記住大電感紋波電流意味著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(duì)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(chǔ)空間來(lái)支撐輸出；或C out ESR（等效串聯(lián)電阻）太高，導(dǎo)致C out中的 IR 壓降。
最后，低開(kāi)關(guān)頻率會(huì)導(dǎo)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(qū)動(dòng)（或上拉）？電源良好輸出也一樣。
啟動(dòng)失敗可能是因?yàn)槟吹竭^(guò)大的負(fù)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(shè)置得盡可能高以避免誤報(bào)，并與FPGA工程師協(xié)商以?xún)?yōu)化系統(tǒng)級(jí)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(cè)FET柵極提供電荷——否則，該 FET 可能無(wú)法完全導(dǎo)通，然后會(huì)燒毀電源。與升壓引腳串聯(lián)的電阻可用于調(diào)整開(kāi)啟以控制振鈴。
測(cè)量電源電路效率（尤其是90%以上）并非易事，因?yàn)樗枰娏鳒y(cè)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(duì)損耗的貢獻(xiàn)，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(fèi)熱量的主要來(lái)源。
顯示降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的效率與頻率的關(guān)系圖。繪圖取自 Linear Tech/Analog Devices 的LT8610 數(shù)據(jù)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(wěn)定
C out ESR 可能是不穩(wěn)定的原因，因?yàn)樗诃h(huán)路響應(yīng)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(dá)到 180° 之前增益不會(huì)超過(guò)零。
較便宜的轉(zhuǎn)換器芯片可能會(huì)進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償以節(jié)省外部零件，但請(qǐng)確保您的C輸出滿(mǎn)足它們穩(wěn)定的最小和最大C輸出ESR 范圍。
對(duì)不穩(wěn)定性的其他解釋可能包括不良電壓檢測(cè)或求和節(jié)點(diǎn)布局或噪聲。
請(qǐng)務(wù)必使用設(shè)計(jì)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(jiān)管不當(dāng)
對(duì)于遠(yuǎn)程V out感測(cè)，電源路徑歐姆壓降可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)不良，這可能是由于電源軌（單電源轉(zhuǎn)換器輸出線(xiàn)）分配給電路板上的太多負(fù)載。這就是為什么有時(shí)會(huì)避免使用多軌轉(zhuǎn)換器 IC（“PMIC”）以支持負(fù)載旁邊的多個(gè)轉(zhuǎn)換器。
如果您的電壓檢測(cè)引腳有噪聲，請(qǐng)保持該引腳的布局整潔，并確保與檢測(cè)信號(hào)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(wěn)定。
問(wèn)題 #7：瞬態(tài)響應(yīng)緩慢
這里的罪魁禍?zhǔn)资强赡苡刑嗟拇笕萘枯敵鲭娙莼蛱蟮碾姼衅鳌?/p>
另一個(gè)問(wèn)題可能是環(huán)路補(bǔ)償不良。如果沒(méi)有合適的設(shè)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(fù)載并觀察瞬態(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(shè)計(jì)負(fù)載發(fā)生變化，補(bǔ)償通常也必須發(fā)生變化。例如，您是否在其設(shè)計(jì)負(fù)載的一半時(shí)使用工廠評(píng)估模塊？你看到了問(wèn)題。
問(wèn)題 #8：低溫問(wèn)題
請(qǐng)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(shù)據(jù)通信總線(xiàn)上，確保在您不注意時(shí)另一個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)間歇性地抖動(dòng)。
此外，請(qǐng)確保您使用的上拉電阻足夠強(qiáng)：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(shù)量。考慮到這些概念后再去開(kāi)始排查，能有更加清晰的認(rèn)知減少試錯(cuò)的可能，同時(shí)節(jié)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(tǒng)無(wú)法對(duì)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(zhuǎn)換板、芯片或負(fù)載移動(dòng)。
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