Buck转换器是如何打嗝的?

RT6262A/B 是输入电压范围为 4.5V – 17V、负载能力为 2A、最高输出电压为 7V、采用ACOT® 架构、使用晶核倒装的TSOT-23-8封装的 Buck 转换器,其应用电路非常简单,如下图所示,其中也包含了各个关键元件的选择指引。

立锜注册了商标的架构名称 ACOT® 的英文表达是 Advanced Constant On Time,我对它的中文翻译是“改进型固定导通时间”,其实要说它是先进的、高级的也可以,但我觉得这样表达不够味,说它是改进的显得更实在,似乎还能看到旧的东西是同时呈现在脑子里的,有一种拉出来遛着做比较的意思。COT 架构本身是一种被广泛使用的控制架构,具有电路简单、瞬态响应速度快的特性,但是其工作频率会随着工作条件的变化而变化。当使用陶瓷电容作为输出电容时,使用COT架构的产品还容易出现不稳定的现象。 ACOT® 控制架构针对COT这两个缺陷进行了改进,使得它的工作频率几乎是稳定不变的,遇到使用陶瓷电容作为输出电容时也不容易出现不稳定的现象,因而具有更好的性能。再加上它的电路简单,外围元件少,使用成本很低廉,所以具有很广泛的使用机会,立锜有很多产品都采用了ACOT® 控制架构。

RT6262A/B 规格书中定义的产品名称是 ‘17V Input, 2A, ACOT® Buck Converter with Both FETs OC Protection’,我在翻译这种内容为中文的时候都会把其中的 ’with Both FETs OC Protection’ 忽略掉,因为觉得用中文去表达它太啰嗦了,不简洁,会让产品名称变得很冗长,不一定能起到好的提示效果,但我也从未想过要用怎样的语言来表达它才会比较贴切,直接就根据自己的感觉进行了忽略。我的这种想法从未与任何人沟通过,完全是自作主张的选择,也不知道读者们对这个问题会有什么想法。


‘with Both FETs OC Protection’ 这部分所表达的意思是说 RT6262A/B 这款转换器所实施的过流保护会从上桥开关和下桥开关上同时下手。当上桥开关里流过的电流超过其过流保护阈值时,上桥开关便会立即被关断以避免电感电流的继续增长,即使负载有更高的电流需求也不会予以满足,这属于峰值限流;当下桥开关里流过的电流高于过流保护阈值时,下桥开关便会继续维持导通状态以等待该电流继续下降,直至该电流低于过流保护阈值以后下桥开关才会关断,等待下一个导通时段的来临,属于谷值限流。这两种方法的同时使用相当于是给这种转换器加了一道保险,因而具有更好的过流保护效果。

当过流保护状况发生的时候,由于负载的消耗并没有降低,而电流的供应则被限制住了,转换器输出端电容里的储能便会被释放以满足负载的要求,因而会带来输出电压降低的结果。当输出电压低于输出欠压保护阈值的时候,欠压保护就会发生,RT6262A/B 就会暂停将输入端的能量输送至输出端的电压转换过程,这时候负载仍然在消耗能量,因此输出端的电压将继续下降直至为 0,而 RT6262A/B 内部的某个计时器则开始运作,它将在经过一段时间以后尝试着重启转换器的工作状态以恢复输出,如果这时负载的故障已经消除了,它便可以开始正常的工作;如果故障依然如故,上述的过流保护、欠压保护等过程又会重现。这里所述的这种工作状态很像我们打嗝,它总是过一会儿来一下,再过一会儿又来一下,有问题就会没完没了,没问题了就恢复正常,因而把这种工作模式称为打嗝模式。

当输出端发生短路的时候,过流、欠压的状况都在同时发生,而且也没有比这更糟的状况了,所以这时候的打嗝模式就是必然会启动的,下图所示的波形就是在这种情况下能够看到的,输出电压一直处于低位,电感电流在尝试启动期间一直处于发生过流保护的高位,但对输出端的电压则影响极小,完全不能将电压提升到应有的水平。

过流的发生一般都是由负载引起的,属于转换器自身的问题也有可能发生,这时候的根源多半是在电感上。

上图是 RT6262A/B 规格书中提供的电感电流峰值和电感电流纹波的计算公式,其中的 VIN 是由应用环境决定的,VOUT 和 IOUT 是由负载决定的,工作频率 fSW 是由器件的选型决定的,其他还能影响电流峰值的只有一个 L 即电感量的大小,如果这个参数不合适,太小了,ΔIL 便直接变大了,最后导致电流峰值 IL(PEAK) 的增加,从而就可能造成过流保护的发生。

电感量 L 太小有可能是器件选型的问题,也有可能是温度太高或是电感内部线圈出现短路状况了,遇到这样的问题时需要自己分析寻找出问题的根源来予以解决。

本文所有图片均摘录自 RT6262A/B 的规格书,有兴趣者可点击这里了解更多。

本文原文发表于立锜科技微信公众号,略有改动,欢迎扫码关注更多内容。




 

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