对于绝大部分buck芯片而言其上下两管都集成到芯片内部,那么该如何观测两管的工作状况呢?实际应用中我们通过观测上下两管交替点的电压来判断上下mos管的开通与关断情况,并将这一点称为sw,如下图所示。
怎么测sw
以mp2332为例,作为一款完全集成的高频、同步、整流、降压开关变换器,mp2332采用恒定导通时间 (cot) 控制实现了快速瞬态响应、简单的环路设计和快速输出调节。在宽输入4.2v到1.8v范围内可以满足 2a 的输出电流,除此外mp2332还有出色的负载和线性调节性能及优秀的待机功耗,其静态电流 iq 只有200μa。
应用实例
在ev2332板上,只需要将示波器探头钩住该sw测试点,探头接地端接gnd测试点,当正常上电后,即可在示波器上读出sw电压波形。线路连接图如下:
sw图像读取信息
通过sw波形可以判断出芯片工作状态:轻载降频pfm和ccm状态。
mp2232空载启动时sw波形:为了在短时间内建立输出电压,开关比较密集,当输出电压建立后开关波形稀疏间隔约2ms才会有开关动作。轻载条件下,mos管导通交叠区产生的开关损耗占据主导地位,为了提高效率,芯片将进入轻载降频模式pfm。当电感电流降为零时,low-side driver进入(hi-z)态。输出电容通过电阻r1和r2缓慢放电到gnd。当vfb下降到vref以下时,高边mos打开此时才会在示波器上看到sw波形。输出电压会通过电感与mos寄生电容进行lc谐振放电。
将上述pfm的sw波形展开即为下图,这里可以结合ch4电感电流进行分析。第一阶段:上管导通,vin给电感和负载供电,电感电流以固定斜率上升(u_l=l di/dt )。第二阶段:上管关断,下管续流,此时电感电流以固定斜率下降。第三阶段:电感储能释放完毕,续流回路断开,但此时上管还未打开,电感及回路中寄生电容会形成lc阻尼震荡,以vout为中心进行谐振。
mp2232 当电感电流不再为零,芯片将进入连续导通模式(ccm)。即上下管交替开通关断,当高侧mosfet (hs-fet)处于关断状态时,低侧mosfet(ls-fet)导通,两管交替导通,此时sw波形为固定频率下的pwm波形。
将ccm 的sw波形展开即为下图:
在此情况下sw我们可以读出上下管分别导通的时间,如图中高电平为上管开通时间,其电压值等于vin,低电平为下管的开通时间其电压值等于0。对于一个周期而言,上管开通时间ton与整个周期t的比值为占空比d。在ccm模式下,设输入电压为e,输出电压为u(平均值)。在整个周期内
化简后可以得到 d=u/e。
由此可知,在实际操作中,我们可以通过观测pfm和ccm 等不同状态下的sw波形,分析判断buck电路工作是否正常。
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