如何对 DC-DC 降压转换器进行故障排除

　　本文介绍了对不总是按计划工作的主要电子系统的故障排除：开关模式、低压、DC-DC直流转换器、单相、非隔离、基本降压转换器电路。

　　转换器故障排除的一般规则

　　在进行故障排除时，重要的是要考虑哪些变量在起作用并减少可能的故障原因数量。

　　以下是一些可以帮助您的指南：

　　您需要可靠地使系统无法对其进行故障排除。一个自己消失的问题会自己回来。 一次只更改一件事并注意效果。 如果电路停止工作，问“发生了什么变化？”是否有与失败同时发生的事件？查看故障是否随转换器板、芯片或负载移动。考虑到这些概念，以下是您在设计 DC-DC 降压转换器时可能会遇到的九个常见问题以及一些可能的原因。

　　问题#1：纹波太多

　　如果您看到纹波过多，则电感可能太低——值越高，纹波越低，但瞬态响应速度越慢。

　　此外，请记住，大电感纹波电流意味着更高的峰值电流和更大的电感饱和可能性，尤其是在高温下，并且对 FET 施加更大的压力。

　　其他问题可能是Cout太低（没有足够的存储空间来支撑输出）或CoutESR（等效串联电阻）太高（导致Cout 中的IR 下降）。

　　最后，低开关频率会导致更多纹波。

　　问题#2：无法启动

　　首先，问自己这个问题：“启用”引脚是否正确驱动（或拉起）？电源良好输出也是如此。

　　启动失败可能是因为您看到过大的负载电容（如 FPGA）表现为短路并触发电流限制。一些芯片具有消隐和软启动功能来解决这个问题。

　　将限流点设置得尽可能高，避免误报，并与FPGA工程师协商优化系统级电容。

　　最后，确保Vin没有下垂并且 UV 锁定没有由于输入下降而激活。

　　问题 #3：关闭时输出端存在电压

　　如果您的电路确实关闭，但您看到输出端有电压，则它通常来自另一个电源电路。检查通往其他活动轨道的非明显路径。

　　问题 4：不良监管

　　使用远程V输出检测时，电源路径欧姆压降可能会导致调节不良，这可能是由于分配给板上过多负载的电源轨（单电源转换器输出线）所致。这就是为什么有时会避免使用多轨转换器 IC (“PMIC”) 以支持在其负载旁边使用多个转换器的原因。

　　如果您的电压感应引脚有噪音，请保持该引脚的布局干净，并确保与感应信号相关的任何电阻都放置在控制器附近。

　　另一种解释是您的参考电压可能在欠滤波时不稳定。

　　问题 #5：缓慢的瞬态响应

　　这里的主要罪魁祸首是可能有太多的大容量输出电容或太大的电感。

　　另一个问题可能是不良环路补偿。如果没有合适的设备，很难完全表征环路特性。但即使您没有网络分析仪，您也可以使用阶跃负载并观察瞬态振铃——它会以低廉的价格告诉您很多信息。

　　此外，在开发中，如果设计负载发生变化，补偿通常必须改变。例如，您是否在其设计负载的一半使用工厂评估模块？你看到了问题。

　　问题 6：不稳定

　　CoutESR 可能是不稳定的一个原因，因为它在环路响应中引入了零，这使得增益曲线停止下降并开始横向移动，侵蚀或消除增益裕度。如果零是足够低的频率，则在相位变为 180°之前增益不会通过零。

　　较便宜的转换器芯片可能会进行内部补偿以节省外部部件，但请确保您的Cout满足它们将稳定的最小和最大CoutESR 范围。

　　对不稳定性的其他解释可能包括电压检测不良或求和节点布局或噪声。

　　确保使用设计软件生成波特图并检查相位和增益裕度，包括温度过高。

　　问题#7：低效率

　　自举电容器需要足够大，以便为高侧 FET 栅极提供电荷——否则，该 FET 可能无法完全开启，然后会消耗电力。与升压引脚串联的电阻器可用于调整开启以控制振铃。

　　测量电源电路效率（尤其是 90% 以上）并非易事，因为它需要测量电流并且是两个功率量的比率。希望您已经通过电子表格工具描述了每个组件对损耗的贡献，该工具通常会告诉您 MOSFET 和电感电阻（“DCR”或直流电阻）是浪费热量的主要贡献者。

　　显示降压开关稳压器的效率与频率的关系图。

　　问题 8：低温问题

　　请记住，在低温下电解电容的 ESR 会上升，而电容也会下降。

　　问题 #9：PMBus 问题

　　在共享数据通信总线上，确保另一个节点在您不注意时不会间歇性地颤抖。

　　此外，请确保您使用的上拉电阻足够强：47kΩ 上拉电阻（如在 FPGA 中）几乎不如 10kΩ。