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@21小跑堂
最新项目中的电源产品,在0.5A带载下电过程,输出电压有回勾平台的现象。这种启机非单调的情况回造成后级负载二次重启,而发生损坏后级负载的事情。下图黄色波形是输入12V电压,红色是输出5V电压。
这款产品的电源型号是MPQ4312,是参考原理图设计,由于原理图参数符合项目要求。就没有做调整的。
通过观察下电的输入输出波形,发现在输入电压接近输出电压的时候,才开始发生输出电压振荡。MPQ4312是一款同步降压芯片,占空比不能达到100%。由于BUCK芯片有最大占空比,比如95%。当输出电压接近输入电压,甚至高于输入电压的时候。芯片内部的上管MOS的开启时间就是最大占空比95%,在下管MOS的开启时间就只有5%,此时BOOST电容充电时间短,BOOST电压就低。在上MOS开启的时间内,D=95%,此时输出电压应该是接近输入电压,但是BOOST电容没有充满,就会造成上MOS的栅极驱动能力不够,就会被动关闭上MOS,此时输出电压就会下降。直到下MOS开启,才能重新给BOOST电容充电,但是充电时间只有D=5%,依然充不满,从而造成出输出电压振荡。
知道了原理分析,就可以对症下药的处理,一是下电过程输出电压一直高于输入电压一个gap,让占空比不要接近芯片的最大占空比。另一个是下电过程,及时输出电压低于输入电压,在这个时候,让芯片停止工作,也就不会发生输出电压的振荡。
首先按照第一种方法,使用1A的负载状态进行关机,这个时候输出电压没有振荡,是单调下降。但是这个方法治标不治本的,毕竟后级负载的功耗大小要根据具体的场景决定的。不可能大负载下电,输出就单调平滑。小负载下电,输出电压就是反复振荡,这对产品是不能接受的。
幸好还有第二种思路,那就是在下电的时候,在输入电压下降到某个时候,就关闭芯片的工作。随后输出电压就仅仅随着输出电容的指数放电趋势而放电。芯片的开启受到EN pin的控制,只需要将EN电压提高,那么就可以提前关闭电源芯片。EN电压的工作原理是这的,
EN电压阈值提高,比如EN电压是1V,输入12V,输出5V
i)分压电阻设置为10K和10k, 那么在输入降低为5V的时候,EN电压依然有2.5V,
电源芯片还是能工作,就会出现上文的现象;
ii)分压电阻设置为10K和1K, 那么在输入降低为10V的时候,EN电压就会小于1V
此时芯片就会停止工作,就不会出现输出电压振荡的问题
在输入电压从12V跌落到10V的过程,占空比和正常的时候差不多,BOOST电容依然可以在下MOS开启的时候,充满电,符合要求
随后通过调整EN的阈值电压,也可以实现输出电压单调平滑的关闭。
但是EN电压阈值提高,也会带来一个弊端,那就是上电的时候输出电压会延迟,毕竟输入端的电容容值较大,芯片的Vin-pin充电时间需要增加。所以需要在芯片的上电和下电中取一个平衡。
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