DC-DC降壓轉換器常見的九個問題

本文針對無法始終按計劃工作的主要電子系統進行故障排除：開關模式、低壓、DC-DC、單相、非隔離、基本降壓轉換器電路。

轉換器故障排除的一般規則

排除故障時，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。

以下是一些可以幫助您的指南：

您需要可靠地使系統無法排除故障。一個問題自己消失了，它自己又回來了。?

一次只改變一件事并注意效果。?

如果電路停止工作，詢問“發生了什么變化？”是否有與失敗同時發生的事件？

查看故障是否隨轉換板、芯片或負載一起移動。

考慮到這些概念，以下是您在設計 DC-DC 降壓轉換器時可能會遇到的九個常見問題以及一些可能的原因。

測量輸出電壓的 10× 探頭。圖片來源：埃里克·博加廷

問題#1：紋波太多

如果您看到太多紋波，則電感可能太低 - 較高的值會產生較低的紋波，但瞬態響應較慢。

另外，請記住，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，并且對 FET 造成更大的壓力。

其他問題可能是C?out太低（沒有足夠的存儲來支持輸出）或C?out?ESR（等效串聯電阻）太高（導致C?out中的 IR 壓降）。

最后，低開關頻率會導致更多紋波。

使用 10× 探頭測量噪聲。Eric Bogatin 的“如何測量開關模式電源 (SMPS) 中的噪聲”的屏幕截圖

問題#2：無法啟動

首先，問自己這個問題：“啟用”引腳是否正確驅動（或上拉）？電源良好輸出也是如此。

啟動失敗可能是因為您發現負載電容過大（例如 FPGA），就像短路一樣，觸發了電流限制。有些芯片具有消隱和軟啟動功能來解決這個問題。

將電流限制點設置得盡可能高以避免誤報，并與 FPGA 工程師協商在系統級別優化電容。

最后，確保V輸入不會下降，并且 UV 鎖定不會由于輸入下降而激活。

問題#3：關閉時輸出端存在電壓

如果您的電路確實關閉，但您在輸出上看到電壓，則該電壓通常來自另一個電源電路。檢查是否存在通往其他活動導軌的不明顯路徑。??

問題#4：監管不力

通過遠程V輸出檢測，電源路徑歐姆壓降可能會導致調節不良，這可能是由于分配到電路板上過多負載的電源軌（單個電源轉換器輸出線）造成的。這就是為什么有時避免使用多軌轉換器 IC (“PMIC”)，而是在負載旁邊使用多個轉換器。

如果您的電壓檢測引腳有噪音，請保持該引腳的布局整潔，并確保與檢測信號相關的任何電阻器放置在控制器附近。

另一種解釋是您的參考電壓在濾波不足時可能不穩定。

問題#5：瞬態響應緩慢

這里的罪魁禍首是可能有太大的大容量輸出電容或太大的電感器。

另一個問題可能是環路補償不良。如果沒有合適的設備，則很難完全表征環路特性。但即使您沒有網絡分析儀，您也可以使用階躍負載并觀察瞬態振鈴，它會以低廉的成本告訴您很多信息。

此外，在開發過程中，如果設計負載發生變化，補償通常也必須改變。例如，您是否以設計負載的一半使用工廠評估模塊？你看到問題所在了。

問題#6：不穩定

C?out?ESR 可能是不穩定的一個原因，因為它在環路響應中引入了零，這使得增益曲線停止下降并開始橫向移動，從而侵蝕或消除了增益裕度。如果零頻率足夠低，則在相位達到 180° 之前增益不會過零。?

較便宜的轉換器芯片可能會進行內部補償以節省外部部件，但請確保您的C輸出滿足最小和最大C輸出ESR 范圍，在該范圍內它們將保持穩定。

不穩定的其他解釋可能包括電壓感應不良或求和節點布局或噪聲。

確保使用設計軟件生成波特圖并檢查相位和增益裕度，包括溫度范圍。

問題#7：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 可能無法完全導通，然后會消耗功率。與升壓引腳串聯的電阻器可用于調節開啟以控制振鈴。

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，并且是兩個功率量的比率。希望您已經通過電子表格工具描述了每個組件對損耗的貢獻，該工具通常會告訴您 MOSFET 和電感器電阻（“DCR”或直流電阻）是造成熱量浪費的主要因素。

顯示降壓開關穩壓器的效率與頻率的關系圖。該圖取自?Linear Tech/Analog Devices的 LT8610 數據表。

問題#8：低溫問題 ?

請記住，低溫下電解電容的 ESR 會上升，電容也會下降。

問題 #9：PMBus 問題

在共享數據通信總線上，確保當您不注意時另一個節點不會間歇性地喋喋不休。

另外，請確保您使用的上拉電阻足夠強：47kΩ 上拉電阻（如在 FPGA 中）遠不如 10kΩ。

結論

如果您完全不知道該怎么做，請獲取更多數據，這將為您提供分析、創造想法和促進團隊討論的東西。

審核編輯：黃飛

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