DC-DC测试基础篇 :SW的解读

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,

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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。
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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。
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将CCM 的SW波形展开即为下图:
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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 image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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不是,是连接到驱动电路的

测量的时候不适应接地环 防止干扰吗

您好,测量SW波形可以使用接地环进行测试,好处是可以最小化测试环路,测到的SW波形尖峰电压更真实。

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您好,请问一下MPS2315在上电中间某段时间SW出现大小波以及LC震荡,稳态后SW波形正常。可能是由于哪方面因素导致的呢

SW波形可以看出很多的信息,可以了解到DCDC 工作模式、开关频率、PCB布局是否合理等。

CCM过程是否会有上下管均关闭,靠下管体二极管来续流的过程?

测试的时候示波器探头要尽量夹在mosfet两端,不要隔很远,总之离mosfet要尽量短近。

个人认为,不存在,有上下管是同步整流,只有上管是异步整流,不存在既有下管又有二极管的,或者说同步整流自身的下管的体二极管,带着部分二极管的功能,下图是MP8794的框图

[quote=“Simo.Li, post:1, topic:2139”]
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
[/quote]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,恒定时间是如何控制输出呢、。?

SW波形在稳态后正常,说明问题仅出现在启动阶段;
可能由以下情况导致:

  1. 启动过程中的环路稳定性:控制环路(比如电压模式或电流模式控制)在启动时可能需要时间来稳定。如果环路补偿不足,可能导致瞬态振荡,表现为SW波形的大小波。

  2. 输入电压的突变或噪声:输入电源如果有较大的波动或噪声,可能会干扰PWM控制器的正常工作,导致SW波形异常。

  3. 电感和电容的谐振:LC滤波器在启动时可能因为储能元件的充放电过程,引发谐振,尤其是如果电感和电容的值选择不当,或者存在寄生参数的影响。

  4. 软启动功能的问题:很多BUCK芯片有软启动功能,用于缓慢增加占空比,避免启动时的电流冲击。如果软启动时间设置不当或功能失效,可能导致启动过程中的不稳定。

  5. 负载突变的影响:如果负载在启动过程中有变化,比如容性负载较大,可能导致环路响应不及时,出现振荡。

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又学习到了,每天看官网的论坛,能学习到很多实用知识,这比千篇一律的书强太多!

测试DCDC的SW波形可以很好的观测DC芯片的运行情况,环路是否稳定、内部功率芯片电压应力等等都可以观测,同时还可以测试出DC芯片的上电过程波形和瞬态响应波形。方便工程师的调试。