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2020.05.13 DC/DC

Vin低於Vout時的動作

開關穩壓器的基礎

降壓切換穩壓器可將輸入電壓Vin轉換為比Vin低的電壓。然而,由於Vin的波動,Vin低於設定的Vout的情況也並非沒有。下面介紹在這種條件下可能發生的動作。

當降壓轉換器的Vin低於Vout時的動作

降壓切換穩壓器的Vin>Vout為正常關係。嚴格來講,Vout加上輸入輸出間的電壓降之後的電壓得到正常工作的Vin。例如,相對於3.3Vout的最小工作電壓為3.8Vin。

但是,由於某些原因,Vin可能會在短時間內降至Vout以下。例如,因共用相同Vin的其他元件突然流入大電流而導致電壓瞬間下降的情況等。

通常,當Vin低於Vout時,Vout也會下降,無法保持設定的電壓。一般情況下,在一定程度之內,從下降的Vin中主要減去切換(電晶體)的壓降部分之後的電壓被輸出至Vout,但如果Vin進一步下降,則會導致工作異常,Vout可能會處於不穩定狀態。這種狀態不僅會致使所供電的元件或系統運行不穩定,而且在某些情況下還可能導致損壞。為了避免這種情況,最近的降壓切換穩壓IC大多數都具有被稱為“UVLO(Under Voltage Look Out)”的低輸入電壓時的保護功能,通常當Vin低於設定的UVLO的閾值時,IC會關斷,並在Vin恢復正常後重新開機以保護系統。

在這裡要指出並說明的是Vin在UVLO不工作的程度低於Vout,Vin恢復時可能會發生的動作。下面用圖來說明。

右圖是表示旨在使同步整流降壓轉換器的輸出穩定的回饋電路以及Vin下降後的Vout動作示意圖。

使輸出穩定是回饋電壓Error Amp根據電路圖中Vo連接的分壓電阻,與基準電壓進行比較來控制切換。當輸出電壓低於設定值時,Error Amp的輸出Error out變為High,透過切換控制電路,將高側切換(電晶體)ON、低側OFF。這樣,由Vin供電,當Vo上升達到設定電壓時執行反向動作,進行回饋控制以使Vo保持設定電壓。

左側的波形圖是當輸入電壓Vin在不低於輸出電壓Vout(電路圖中為Vo)的範圍內下降時的動作。通常,即使Vin變化,Vout也幾乎不會受影響。

中間的波形圖就是本文的話題“當Vin低於Vout設定值時”可能發生的動作。條件是雖然Vin低於Vout的設定值,但還沒有下降至UVLO工作的程度(紅線)。如前所述,當Vin低於Vout設定值時,Vout的動作大致為Vin-切換的壓降程度。從回饋電路的角度看,這種狀態是Vout低於設定值的狀態,Error Amp檢測到這種狀態,並且輸出Error out變為High,高側切換變為ON、低側切換變為OFF,處於給輸出供電的狀態。

在這種情況下,如果Vin迅速擴展,則來自高側切換的供電會急速增加,Vout也會突然上升,可能會在很短的時間內大大超出設定值。其後,檢測到這種狀態的Error Amp將高側切換OFF,執行降低Vout的控制,使Vout恢復設定值。這種現象是與Vin恢復的陡峭程度和Error Amp的響應速度等因素緊密相關的。由於Vout的上升如果超過供電的元件等的額定值,可能會造成損壞,因此應該在實際使用條件下確認這種現象是否會發生。如果可能存在問題,則需要重新確認Vin和電源IC的響應特性。

順便提一下,右側的波形表示當Vin低於UVLO的閾值時,因UVLO工作而關斷電源IC,當Vin恢復時Vout隨著緩啟動而重新啟動。

重點:

・使用降壓切換穩壓器,可在Vin低於Vout設定值時在Vin恢復的時間點大大提升Vout。

・如果可能存在問題,需要重新確認Vin條件和電源IC的響應特性。

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