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DC-DC常見應(yīng)用問題解疑（一）
時間:2024-05-28
來源: 芯洲科技
對于在工程師選型、測試的時候常會遇到的電源管理芯片問題，本期SCT做了歸納和整理，方便快速解答大家的疑惑。歡迎各位專家在留言區(qū)補充討論問答。
目錄
1 靜態(tài)電流IQ，為什么單板上實測值與芯片規(guī)格書標稱值不一樣？
2 PSM(PFM)、USM、FPWM(FCCM)差別及優(yōu)缺點？為什么有的DCDC存在電感嘯叫現(xiàn)象？
3 芯片Vin_UVLO含義
4 EN使能設(shè)計邏輯，如何規(guī)避上下電回勾震蕩問題？
5 Soft-start軟啟動，解決上電過沖超調(diào)、電子負載重載無法啟機等問題
6 如何理解熱阻參數(shù)和通過熱阻計算芯片結(jié)溫？
一、靜態(tài)電流IQ，為什么單板上實測值與芯片規(guī)格書標稱值不一樣？
靜態(tài)電流IQ規(guī)格書標稱值，是針對芯片單體進行測試和定義。是芯片內(nèi)部MOS不工作（non-switching狀態(tài)）、只有芯片邏輯電路處于待機狀態(tài)時的值。
單板上，芯片正常工作起來后，芯片內(nèi)部MOS正常開關(guān)（switching）存在開關(guān)損耗和驅(qū)動損耗、外圍器件如電感、EN管腳分壓電阻、FB反饋電阻均會有損耗。
因此單板上即使在無負載情況下，靜態(tài)電流也會大于芯片規(guī)格書定義的值。
以SCT2450Q為例，芯片IQ為25uA，demo板上電后電路工作起來的空載輸入電流約80uA。
二、PSM(PFM)、USM、FPWM(FCCM)差別及優(yōu)缺點？為什么有的DCDC存在電感嘯叫現(xiàn)象？
以SCT2A23 (100V/ 1.2A同步整流)為例，三種工作模式可選擇，不同工作模式差異如圖
三、芯片Vin_UVLO含義
UVLO Rising Threshold即芯片啟動電壓，即當輸入電壓上升到這個電壓值時芯片啟動工作；
Hysteresis即回差，即當芯片正常啟動工作后，如果輸入電壓跌落到VULO_Rising-Hysteresis時芯片停止工作。
如SCT61240Q，Rising電壓3.8V、回差0.2V，即芯片啟動電壓(Von)3.8V，芯片關(guān)機電壓(Voff)3.6V。
四、EN使能設(shè)計邏輯，如何規(guī)避上下電回勾震蕩問題？
EN主要用作芯片使能控制，在輸入電壓≥UVLO電壓時，可通過EN控制芯片上下電；同時可設(shè)置啟動電壓(Von)和關(guān)機電壓(Voff)回差，確保任何情況下芯片不會因為在啟機臨界點電壓附近出現(xiàn)誤開關(guān)問題。有效解決下電過程因負載釋放引起的電壓回勾、震蕩問題。
EN設(shè)計邏輯：
1.Vout＞UVLO，通過EN設(shè)置的Voff電壓＞Vout；
2.Vout＜UVLO，通過EN設(shè)置的Voff電壓＞UVLO；
3.Vhys＞芯片Vin_UVLO_Hysteresis；
以SCT2A00(100V/0.6A DC-DC)為例，通過EN設(shè)置Von、Voff計算公式如下
根據(jù)計算公式：EN上拉電阻越大則回差越大，越不容易因為輸入電壓的回勾導(dǎo)致芯片反復(fù)重啟；EN對地電阻阻值選擇建議小于Vin_fall/(I1+I2)；
五、Soft-start軟啟動，解決上電過沖超調(diào)、電子負載重載無法啟機等問題
什么是軟啟動
SS軟啟動（Soft-start）是為開關(guān)電源電路配置一個啟動時間，在啟動后能夠使輸出電壓單調(diào)上升到目標電壓值。
軟啟動時間SS time即輸出電壓從開始啟動至啟動結(jié)束的時間。
軟啟動作用
降低沖擊電流：有效抑制浪涌電流，避免在啟動瞬間對輸出電容充電的電流達到開關(guān)電源的限值而觸發(fā)保護；
通常電子負載帶載上電、輸出有大容量電容時，由于線性度較差，上電時形成較大沖擊電流，同時電壓建立給輸出大電容充電，疊加后在輸出電壓建立過程中形成大負載電流，容易觸發(fā)芯片過流保護而無法上電。
解決反復(fù)重啟問題：減小對開關(guān)電路本身以及后端負載的電流應(yīng)力，減小輸出瞬態(tài)負載電流反應(yīng)到輸入端，使輸入電壓跌落導(dǎo)致的芯片反復(fù)重啟。
解決過沖、抖動：SS功能利于輸出電壓“單調(diào)上升”，而不會出現(xiàn)抖動或上電速率太快出現(xiàn)電壓過沖超調(diào)。
這對上電時序有較高要求的數(shù)字器件尤其是FPGA類器件更加重要，避免導(dǎo)致后端數(shù)字器件或FPGA器件發(fā)生閂鎖效應(yīng)(Latch-up)問題。
軟啟動電容&時間選擇
根據(jù)應(yīng)用選擇合適的值，并不是電容越大、軟啟時間越長越好。電容越大則放電時間越長，若存在快速反復(fù)上下電場景，因軟啟動電容未完全放電，在重新上電時不走軟啟動流程，可能導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)過沖等現(xiàn)象。
六、如何理解熱阻參數(shù)和通過熱阻計算芯片結(jié)溫？
下表是SCT2464Q（40V/6A BUCK, QFNFC4×3.5-14L Package)的典型熱指標
RθJA
定義：靜止空氣條件下結(jié)對環(huán)境的熱阻，熱量通過封裝體傳導(dǎo)，與PCB的關(guān)系小，如一些立式封裝的產(chǎn)品。
適用性：用于比較相同封裝類型下不同器件的熱性能，不適合用于結(jié)溫估算。
RθJC
定義：結(jié)與外殼表面(頂部或底部封裝)的熱阻，所有的熱量都通過器件的單表面(殼體頂部或封裝底部)傳導(dǎo)。
適用性：適用于僅在封裝頂部或底部安裝散熱片的情況，其中90%以上的熱量從頂部或底部散熱。
對于沒有頂部散熱的典型塑料封裝SMD器件，僅通過測量外殼頂部溫度和計算器件功耗來估算結(jié)溫是不正確的，這可能導(dǎo)致估算的值比實際結(jié)溫高得多。
RθJB
定義：結(jié)到PCB(不是封裝底部)的熱阻，PCB是器件散熱的主要路徑，確保所有的熱量都流向PCB。
適用性：JEDEC標準：FR4、4層、1.6mm厚的高導(dǎo)熱PCB(High-KPCB)評估，頂層和底層銅箔厚度2oz,中間兩層1oz;單板尺寸通常為11.4×7.6cm或11.4×10.2。
如果實際應(yīng)用中的PCB設(shè)計類似或更優(yōu)化，則可使用此參數(shù)估算結(jié)溫，TJ=TB+(θJB*P)。
ΨJT/ΨJB
定義：熱特性參數(shù)，表示芯片結(jié)與參考點之間的溫度差與總耗散功率的比值，
適用性：在實際應(yīng)用中，熱傳導(dǎo)路徑是多種多樣的，熱量通過多個通道傳導(dǎo)，熱特性參數(shù)Ψ表示芯片結(jié)與參考點之間的溫度差與總耗散功率的比值，更適合于估算結(jié)溫且更加準確，常用的結(jié)溫計算方式：TJ=TC+(ΨJT*P)。
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