背景:
最近在调试一个DC-DC电路,16V/20A的芯片,功率算是中等偏上。
DCDC工作不正常,空载有输出,接负载后,电压马上掉落到大概2.3V,一开始以为是电感选取不对,瞬态响应不足,调了电感和工作频率,都不怎么有效。
下图是EN(紫色) 和输出(黄色)测量波形图,可以看到输出电压在一开始为正常的3.3V后,又掉落到2.3V左右。
下图为输入电压和输出电压的波形图:
从以上时序图当中,基本排除了输入电压与EN信号的影响,这两个信号都是正常的。
最后发现是当时的工程师,将原理图画错,自举电容应该在电感之前,画在了电感之后。
知识点:
这里重新学习一下DC-DC芯片的自举电容的功能原理。
如图是自举电容两端的电压,紫色为上端,靠近芯片BS端,黄色为下端,靠近电感端。
可以看到,随着上下MOS管的打开关闭,上端的最低电压为3.3V,是内部LDO的输出。下端在0V和V INV之间跳变。
我们结合下面这张图来看。就相当于即使PWM的输出,BS端的电压永远比LX端高3.3V,这个电压可以打开芯片内部的高边MOS管,即大于Vgs(th)。
DC-DC之所以使用N MOS管,是因为从性质上,就比P MOS的导通电阻小,压降小,发热量小,效率更高。所以在比较大功率的DCDC上,都会选择N MOS,简单一些功率小的芯片,会选择P MOS,因为设计简单。
自举电容的意义是,由于使用了N MOS管,高边MOS的V g必须要大于V s,但V s基本就是V IN的电压,比如5V,12V,原则上芯片内部没有再比这个V IN更高的电压了,所以需要一个电容,本着电容两端电压不能突变的原理,使得高边MOS能够正常打开。
这是正常情况下的自举电容的电压。
如果将自举电容连接到电感后面,会由于输出是一个稳定的值,使得这个电容无法通过瞬间充电,达到开启高边MOS的作用。
异常时的电感端波形。