產品中心
0
DC-DC常見應用問題解疑（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補充討論問答。
目錄
1 靜態電流IQ，為什么單板上實測值與芯片規格書標稱值不一樣？
2 PSM(PFM)、USM、FPWM(FCCM)差別及優缺點？為什么有的DCDC存在電感嘯叫現象？
3 芯片Vin_UVLO含義
4 EN使能設計邏輯，如何規避上下電回勾震蕩問題？
5 Soft-start軟啟動，解決上電過沖超調、電子負載重載無法啟機等問題
6 如何理解熱阻參數和通過熱阻計算芯片結溫？
一、靜態電流IQ，為什么單板上實測值與芯片規格書標稱值不一樣？
靜態電流IQ規格書標稱值，是針對芯片單體進行測試和定義。是芯片內部MOS不工作（non-switching狀態）、只有芯片邏輯電路處于待機狀態時的值。
單板上，芯片正常工作起來后，芯片內部MOS正常開關（switching）存在開關損耗和驅動損耗、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，靜態電流也會大于芯片規格書定義的值。
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)差別及優缺點？為什么有的DCDC存在電感嘯叫現象？
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，芯片關機電壓(Voff)3.6V。
四、EN使能設計邏輯，如何規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；同時可設置啟動電壓(Von)和關機電壓(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誤開關問題。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設計邏輯：
1.Vout＞UVLO，通過EN設置的Voff電壓＞Vout；
2.Vout＜UVLO，通過EN設置的Voff電壓＞UVLO；
3.Vhys＞芯片Vin_UVLO_Hysteresis；
以SCT2A00(100V/0.6A DC-DC)為例，通過EN設置Von、Voff計算公式如下
根據計算公式：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致芯片反復重啟；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、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電源的限值而觸發保護；
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，容易觸發芯片過流保護而無法上電。
解決反復重啟問題：減小對開關電路本身以及后端負載的電流應力，減小輸出瞬態負載電流反應到輸入端，使輸入電壓跌落導致的芯片反復重啟。
解決過沖、抖動：SS功能利于輸出電壓“單調上升”，而不會出現抖動或上電速率太快出現電壓過沖超調。
這對上電時序有較高要求的數字器件尤其是FPGA類器件更加重要，避免導致后端數字器件或FPGA器件發生閂鎖效應(Latch-up)問題。
軟啟動電容&時間選擇
根據應用選擇合適的值，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，可能導致輸出電壓出現過沖等現象。
六、如何理解熱阻參數和通過熱阻計算芯片結溫？
下表是SCT2464Q（40V/6A BUCK, QFNFC4×3.5-14L Package)的典型熱指標
RθJA
定義：靜止空氣條件下結對環境的熱阻，熱量通過封裝體傳導，與PCB的關系小，如一些立式封裝的產品。
適用性：用于比較相同封裝類型下不同器件的熱性能，不適合用于結溫估算。
RθJC
定義：結與外殼表面(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。
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溫是不正確的，這可能導致估算的值比實際結溫高得多。
RθJB
定義：結到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。
如果實際應用中的PCB設計類似或更優化，則可使用此參數估算結溫，TJ=TB+(θJB*P)。
ΨJT/ΨJB
定義：熱特性參數，表示芯片結與參考點之間的溫度差與總耗散功率的比值，
適用性：在實際應用中，熱傳導路徑是多種多樣的，熱量通過多個通道傳導，熱特性參數Ψ表示芯片結與參考點之間的溫度差與總耗散功率的比值，更適合于估算結溫且更加準確，常用的結溫計算方式：TJ=TC+(ΨJT*P)。
期待交流
