先介绍几个应用实例从这些应用实例中，了解如何分析DC/DC变换器设计中的问题及解决方法，从常见的buck电路，在平时设计和调试过程中，从DCDC变换器性能，功能设置，控制环设计，板子布局和测试技巧，通过这些分析实例能了解DCDC电路中在试机阶段快速解决掉一些常见的问题。

常见的电子产品的电源系统中， DC-DC开关电路中的Buck转换电路入手分析，Buck是最基本的DC-DC电路之一。有关Buck电路一些设计的主要原则，好多人已经熟悉了。

电子产品通常是从一个交流电取电，转成400V的一个高压，再通过一个高压的降压 DC/DC，转化为DC12V中间的直流母线，终端负载可能是一个FPGA，也可能是微处理器MCU，也可能是一个Flash存储器。如图的供电系统是给一个电子产品供电，最终的负载所需要的供电电频，可能不尽一样，这时就会在中间母线12V，会在终端的负载之间一般要加buck电路，把12V转化为负载需要的电压。

图1就是一个电源系统功率传递的简图，

图1一个电源系统功率传递的简图

电源中最常见的DC/DC中的buck变换器，是最简单最高效的DCDC变换器，应用非常广泛，当然它的工作原理也非常的简单。

图2 的Buck变换器的开关状态工作简图

它主要有两个开关管、一个电感和一个电容组成，其工作模态主要有两个，

上管导通的时输入电压通过Q1，电感被输出电源和负载供电，当上管关断的时候下管导通，

电感电流通过Q2续流，此时电感电流下降。图3是buck电路的一个工作波形，图的上面是开关节点的电压，图的下面是电感的电流。

图3 buck电路的一个工作波形

问题1：变换器的性能

先看一下图4中的两个图，从图中看，哪个器件更适合8A的输出电流呢？左边这个是芯片A 最高温度是59.6℃。右边的是芯片B ，最高温度是82.4℃。

但是这两个图的芯片，是在测试条件以及工作频率是一样的条件下测试的。

Vin：12V；Vout:1.8V；工作电流：8A；工作频率：700KHz

图4，两个测试条件一样的buck芯片温升的热仿真图

问题出来了，看图中芯片的仿真温度是怎么回事？

其实从这个图中可以非常直观看出，partB的温升比partA高了20℃

那它的温升面积也更大，但奇怪的是这两个器件的额定电流都是8A

这又是为什么呢

我们来看看它们究竟有什么区别，如图5是partA和partB 参数对比

图5是partA和partB 参数对比

通过图5表格对比可以看到，两个器件的输入电压范围、额定电流，以及尺寸都是相同的，唯一的不同就是在于它的Rds（on），partB的Rds（on）比partA的大了两到三倍

管子导通的时候，一个导通损耗也比较大，对于partB，它的温升接近60℃，如果环境温度是85℃的话，那么芯片将不能正常工作，所以在高温环境下partB是不能使用的。

另一方面，对于温升，我们通常需要考虑，平均电流或者说是持续电流，如果不需要长时间的工作，或者是散热条件比较良好的情况下，选择成本更低的partB ，也不失为一种明智的选择。

问题2：很多时候我们经常遇到的问题是，刚做好的板子，上电，发现启动不了。

示波器看数字电压的时，可能会看到这样的波形，数字电压上去了一点就掉下来，并且这个过程不停的重启，有时候甚至在非常轻的情况下，电感电流都会冲得非常高。

为什么呢？

为什么变换器不能正常启动

先假设几个可能：

1是输出被短路；

2是触发了过流保护；

3是芯片的最小导通之间受限了；

4是因为芯片温度太高；

5是触发了过温保护。

实际工作中，我们遇到这来问题，大部分电源工程师认为是是触发了过流保护，但也有人认为是最小导通时间受限，或者是输出电压被短路了。

图6，电感Vout和IL的测试图

其实这个是因为输出电容太大，而使得变换器在启动过程中对电容的充电电流太大，而触发了芯片内部的过流保护。

从图6，电感Vout和IL的测试图，可以看到，启动过了一段时间就会重新尝试启动，这是典型的自动重启功能在起作用。

那么如何解决这个问题，分析一下它启动时的电感电流

图7电路启动电容充电

电感电流是等于负载电流，加电容充电的电流，此时电容的电流和启动时间相关。

可以通过图7中的式子，启动时间越长，它的一个充电电流就会越小，而电容量越大，它的充电电流就越大，所以会在电感上看到更大的冲击电流。

图8启动电流测量

电路软启动的时间的确定，主要取决于采用较少输出电容，就可以减小电路的冲击电流，为了正常启动，我们必须避免冲击电流过大，触发过流保护，或者导致输出电压出现明显的下跌，其次，如果是多级电路，要按照一定的秩序去启动各路输出，来避免同样的问题。

问题3:控制环设计带来的波形问题

有时在测量波形时，会被开关波形大小波搞得一头雾水，看到如就是一个宽的，一个窄的这两个波形，那出现这种波形的原因

图8，增益裕量是5db开关波形大小波问题

是什么呢？

正确答案应该是增益裕量不足，我们从它的波特图就可以非常明显看出来，它的增益裕量只有5db ，是非常小的，可以看作是一个简单的反馈控制系统，这个很容易导致我们的环路不稳定。

通常来说，环路的增益裕量要大于10个db ，而相位裕量也要在60度以上。

图9，增益裕量调整到10db的波形和波特图

重新调整了环路参数，使其增益裕量在所有的工作条件下，都大于10db 。

这时候可明显看到，开关节点的波形就稳定下来了。

由此可见，足够的环路裕量对于系统的稳定工作，是非常有必要的。

问题4：板子布局带来的问题。

电路做好了，电压值不稳定，测量波形是开关节点的波形有很大的尖峰，也很振荡。

这个原因是什么：

我们从下面这几张图就可以看出来

图10 输入电容的位置问题

第一个是芯片附近根本没有输入电容，对应的波形就是我们刚才所看到的波形，振荡电压高达10V。第二个是我们在芯片的左边放了一个电容，但是没有很靠近芯片，结果振荡降下来的一点，但是还是比较大，然后我们又在芯片附近放了两个电容，这个时候振荡波形就降到5V了，已经有非常明显的改善，如果我们在芯片的两边都放电容，可以看到它的振荡就非常小2V左右，所以这个是跟我们芯片。两边的一个输入电容摆放的位置有关系。

图11 BUCK电路电感的续流回路对比

我们来看一下，对于buck变换器

它的主要功率回路有两个，一个是输入到输出的回路，一个是电感的续流回路，这两个回路的面积，会直接影响到我们的一些寄生参数，而减少它的环路面积，可以有效减少我们回路里面的寄生电感，同时也降低了电磁干扰。

还需要注意的是，把一些对噪声比较敏感的模拟线路，比如说Fb、comp这些引脚，原理噪声比较大的功率回路，像se或者是boot这些脚。另外加一个缓通电路或者门极电阻，来减慢它的一个开关速度，这个也是可以减小到它开关上面的一些振荡，但是这是以增加开关损耗为代价来实现的，并不是最优的办法。

问题5：测试技巧问题

DC-DC转换器可以看作是一个简单的反馈控制系统，有时在分析电路的反馈系统稳定性，而波特图是很方便的工具，而有时测出的波特图上面的一些看起来好像噪声很大，毛毛躁躁的

图12 没有优化的波特图

看到这种波特图，对自己搞的电路可能心里会很没底，到底是测试有问题，还是本来测试结果，是哪里出了问题呢？

图13 信号注入大的波特图

原因是注入交流小信号的幅值太高

为什么？我们在测量环路的波特图时，是从输出电压上面，注入一个交流的小信号，通常来说这个信号是远远小于我们的输出电压，如果注入信号太大的话，它就会影响我们电路的一个正常工作，有可能导致开关波形出现，上面所示的一个丢波现象，此时得到的波特图是没有任何意义的。

因为我们的电流已经不是在正常状态了，那我们减少注入信号的一个幅值，就会看到我们的

图14 优化后测量的波特图和Vout和开关节点SW的震荡波形

波特图又变平滑了。那如何设置注入信号的大小呢？如果注入信号太大的话，可能会导致电路的工作不正常，但是注入信号太小，又可能导致我们测量的不准确。

通常来说，我们如何去选择一个比较合适的信号，来得到准确的一个波特图，首先注入一个比较小的信号，然后慢慢增大到信号的幅值，直到在输入电压上可以观测到，看到一个比较规律而稳定的振荡。

另外，还可以在注入信号上面采用不同的频率，对应不同的幅值，来实现最佳测量的目的。

总结一下

从DC/DC变换器的一些基本工作原理，以及例举了一些常见的问题，，分析了BUCK电路常见的错误和解决办法，包括变换器的额定功率，以及它的一些热性能它对控制环路的补偿，和起机过程中得功能设置，然后PCB layout对我们一些开关波形的影响，以及一些波特图的测量技巧。

然后我们解释了这些问题发生的原因，以及如何避免这些问题的发生，可以作为在调试阶段，或者设计过程中，作为一个参考材料，帮助大家解决一些常见的问题。

该内容转载自面包板社区，仅供学习交流使用，如有侵权，请联系删除。如果你还想了解更多关于电子元器件的相关知识及电子元器件行业实时市场信息，敬请关注微信公众号 【上海衡丽贸易有限公司】

标签： #lol体验服转换器报错