調試升壓轉換器遇到問題怎么分析

1.前言

解決轉換器無法啟動、輸出電壓不穩定等問題的最有效方法是進行一些基本調試。基本調試可以排除一些明顯的問題，如裝配故障或錯誤的組件，調試數據可以幫助 我們快速找到根本原因。在這篇文章中，我們將討論調試升壓轉換器的技巧。

2.檢查另一個板子的問題

如果我們發現一個升壓轉換器板出現問題，我們的第一個行動應該是確認另一塊板的行為。如果只有一塊板出現異常，則問題可能是由于焊接不良或IC損壞引起的。

焊接 IC 或其外部組件時可能會發生焊接問題。焊接不良有兩種。如果相鄰引腳短接在一起，則會發生一種情況；如果引腳及其焊盤焊接不好，則會發生另一種情況。測量相鄰引腳之間的電阻排除前一個問題，測量內部二極管排除后一個問題。

圖 1 顯示了 IC 中 GND 引腳和其他引腳之間的內部二極管。我們可以使用萬用表測試該二極管并檢查是否存在焊接問題。如果焊接良好，萬用表將顯示大約 0.7V。對于一些特殊的管腳，可能串聯兩個二極管而不是一個。在這些情況下，萬用表將顯示 1.4V。

圖 1：VIN 和 GND 引腳之間的二極管

我們可以通過在斷電期間測量 GND 引腳和任何其他引腳之間的電阻來檢查 IC 損壞情況。如果電阻遠低于普通 IC，則連接到引腳的電路（內部或外部）可能會損壞。損壞主要是由電壓過應力引起的，這可能是由于錯誤處理、不良印刷電路板 (PCB) 布局或來自外部來源的超出 IC 規格的高壓導致的靜電放電 (ESD)。

3.檢查原理圖和元件選擇

再次仔細檢查原理圖，看看外部組件是否在數據表建議范圍內。電感器和輸出電容器是升壓轉換器的關鍵部件。電感和電容應在數據表中推薦的值范圍內。我們可以在數據表的“推薦工作條件”、“電感器選擇”和“電容器選擇”部分找到建議。圖 2 顯示了 TPS61253 的推薦工作條件。建議的有效電容范圍為 3.5µF 至 50µF。建議的電感為 0.7µH 至 2.9µH。

圖 2：TPS61253 的推薦工作條件

陶瓷電容器的有效電容與其直流偏置電壓有關。例如，10μF/0603 電容器（例如 Murata 的 GRM188R60J106ME47）的有效電容在 5V 偏置電壓條件下僅為 3μF。在任何情況下，流經電感的電流都應低于飽和電流。否則，電感可能會降低到推薦范圍以下，這可能會導致意外問題。

4.檢查布局

糟糕的 PCB 布局會導致許多問題：IC 損壞、高輸出紋波、低輸出電流能力等等。損壞主要是由 SW 引腳處的高壓尖峰引起的，它使 IC 的內部功率 MOSFET 承受過大的壓力。

輸出電容是 PCB 布局中最關鍵的元件。如果發現有問題，輸出電容的走線不好，嘗試在IC附近放置一個1μF的陶瓷電容，并用最小環路連接。如果此方法解決了我們的問題，我們就會知道根本原因。

5.檢查工作波形

在尋找升壓轉換器問題的根本原因時，轉換器的工作波形非常有用。其中 VIN 引腳、SW 引腳、VOUT 引腳和電感電流的波形最為重要。圖 3 顯示了一種測量電感器電流的方法：插入與電感器串聯的導線，并使用電流探頭測量流過導線的電流。

圖 3：測量電感電流

如果可能，測量同一張圖片中的四個波形。圖 4 顯示了 TPS61258 在輕負載和重負載條件下的波形。波形中CH1、CH2、CH3、CH4分別為VOUT、SW、VIN、ICOIL（電感電流）。CH1 設置為具有 5V 直流偏移的直流耦合。因此，我們可以輕松檢查TPS61258輸出電壓的直流電壓和交流紋波。

在輕負載條件下，TPS61258以省電模式運行，在此期間，器件會切換多個周期并停止一段時間。在重負載下，TPS61258保持以 3.5MHz 頻率切換。

在器件開關期間，ICOIL 在開關約為 0V 時線性增加，在開關約為 5V 時線性減小。

圖 4：TPS61258（CH1 VOUT、CH2 SW、CH3 VIN、CH4 ICOIL）在輕負載、省電模式下的工作波形 (a)；和重載 (b)

一個設備的工作波形如果與圖4中的波形不相似，則可能會異常工作。 我們可以從波形中確定問題的根本原因，例如限流觸發、設備不穩定、VIN超出規范等。

6.更多建議

一個簡單的轉換器可以幫助從一開始就避免許多問題。TPS61xxx 系列升壓轉換器是高度集成、易于使用的設備。固定輸出電壓轉換器（例如TPS61253）僅需要三個外部電源組件：輸入電容器、電感器和功率電感器，如圖 5 所示。只需遵循數據表中的組件選擇和 PCB 布局建議。我們可以輕松實現所需的升壓轉換器。

圖 5：TPS61253升壓轉換器原理圖

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