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2019.12.25 DC/DC

Vin低于Vout时的动作

开关稳压器的基础

降压开关稳压器可将输入电压Vin转换为比Vin低的电压。然而,由于Vin的波动,Vin低于设置的Vout的情况也并非没有。下面介绍在这种条件下可能发生的动作。

当降压转换器的Vin低于Vout时的动作

降压开关稳压器的Vin>Vout为正常关系。严格来讲,Vout加上输入输出间的电压降之后的电压得到正常工作的Vin。例如,相对于3.3Vout的最小工作电压为3.8Vin。

但是,由于某些原因,Vin可能会在短时间内降至Vout以下。例如,因共享相同Vin的其他元器件突然流入大电流而导致电压瞬间下降的情况等。

通常,当Vin低于Vout时,Vout也会下降,无法保持设置的电压。一般情况下,在一定程度之内,从下降的Vin中主要减去开关(晶体管)的电压降部分之后的电压被输出至Vout,但如果Vin进一步下降,则会导致工作异常,Vout可能会处于不稳定状态。这种状态不仅会致使所供电的元器件或系统运行不稳定,而且在某些情况下还可能导致损坏。为了避免这种情况,最近的降压开关稳压器IC大多数都具有被称为“UVLO(Under Voltage Look Out)”的输入电压下降时的保护功能,通常当Vin低于设置的UVLO的阈值时,IC会关断,并在Vin恢复正常后重新启动以保护系统。

在这里要指出并说明的是Vin在UVLO不工作的程度低于Vout,Vin恢复时可能会发生的动作。下面用图来说明。

右图是表示旨在使同步整流降压转换器的输出稳定的反馈电路以及Vin下降后的Vout动作示意图。

使输出稳定是反馈电压Error Amp根据电路图中Vo连接的分压电阻,与基准电压进行比较来控制开关。当输出电压低于设置值时,Error Amp的输出Error out变为High,通过开关控制电路,将高边开关(晶体管)ON、低边OFF。这样,由Vin供电,当Vo上升达到设置电压时执行反向动作,进行反馈控制以使Vo保持设置电压。

左侧的波形图是当输入电压Vin在不低于输出电压Vout(电路图中为Vo)的范围内下降时的动作。通常,即使Vin变化,Vout也几乎不会受影响。

中间的波形图就是本文的话题“当Vin低于Vout设置值时”可能发生的动作。条件是虽然Vin低于Vout的设置值,但还没有下降至UVLO工作的程度(红线)。如前所述,当Vin低于Vout设置值时,Vout的动作大致为Vin-开关的电压降程度。从反馈电路的角度看,这种状态是Vout低于设置值的状态,Error Amp检测到这种状态,并且输出Error out变为High,高边开关变为ON、低边开关变为OFF,处于给输出供电的状态。

在这种情况下,如果Vin迅速扩展,则来自高边开关的供电会急速增加,Vout也会突然上升,可能会在很短的时间内大大超出设置值。其后,检测到这种状态的Error Amp将高边开关OFF,执行降低Vout的控制,使Vout恢复设置值。这种现象是与Vin恢复的陡峭程度和Error Amp的响应速度等因素紧密相关的。由于Vout的上升如果超过供电的元器件等的额定值,可能会造成损坏,因此应该在实际使用条件下确认这种现象是否会发生。如果可能存在问题,则需要重新确认Vin和电源IC的响应特性。

顺便提一下,右侧的波形表示当Vin低于UVLO的阈值时,因UVLO工作而关断电源IC,当Vin恢复时Vout随着软启动而重新启动。

关键要点:

・使用降压开关稳压器,可在Vin低于Vout设置值时在Vin恢复的时间点大大提升Vout。

・如果可能存在问题,需要重新确认Vin条件和电源IC的响应特性。

线性稳压器与开关稳压器的基础