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Buck电源的Dropout Mode,你晓得不?

6月前浏览681


前段时间二火自己倒腾了一块电源评估板,就是用来测试电源环路稳定性/伯德图的那个电源板,部分同学已经拿到了。在家闲来无事,测一下电源评估板的启动波形,得到如下波形:


CH1黄色是SW,CH2紫色是Vin,CH3绿色是Vout。可以明显看出
①Vin(紫色)上电爬坡偏缓;
②Vout(绿色)中间有一段时间(4.8ms)是紧紧跟随Vin上升,Vout和Vin电压相差极小,如光标所标记的区间。

今天我们就聊聊中间这一小段有什么特别的。

     

一道问题


     

     


照例,先抛出来一道问题:上图中展示的Vout紧跟Vin爬升的那一段,Buck电源芯片处于什么工作模式?

外行看门道,内行看热闹。

如果不仔细去研究,这个电源启动波形可能看过了也就只是看过了,不会留下什么。但是从“看山是山”到“看山不是山”进阶,我们需要做有心人,需要自己去挖掘。

一说到Buck芯片的工作模式,同学的第一反应可能是CCM、BCM、DCM,再进一步是PFM、PSM、Burst Mode等。都不是!

   

开山门,进山!


   

   

要识别波形中的奥秘,不妨我们一层层将波形展开,看看究竟是怎样的。


通过上图,先了解爬升阶段整体的趋势。


如上,局部放大,可以看出在Vout爬升的初期:
①SW占空比很小且存在振铃;
②SW频率不是固定值,开关频率在逐渐增大


再进一步放大,尝试测量某一时刻下SW的开关频率,fsw约为641kHz。注意,这只是某一时刻下的开关频率,不是定制。


再将波形放大的窗口移动到今天我们要重点看的那一段,发现:
①SW的占空比极高,上管关断时间极短,波形只剩下一条竖线,甚至显示不出来;
②SW的开关频率降到了132kHz左右。通过左右移动窗口,发现这一段时间的频率都是这个频率。注意,前面SW的开关频率是在逐渐增大,而在这一段时间保持不变,而且数值比之前还小。

   

翻铁卷,解惑!


   

   

上面的波形分析,暂到这里,我们已经发现了SW波形开关频率和占空比的异常,需要在芯片规格书中寻找答案。电源评估板上使用的是TI的LMR33630芯片,在Datasheet中找到了相关的描述,如下图红线标记部分。当输入电压和输出电压非常接近时,上管的关断时间也接近最小关断时间。超过这个点后,开关操作会变得不稳定,输出电压也会不稳。为避免这一问题,芯片会自动降低开关频率以增加有效占空比并保持稳定。在这种情况下,开关频率会降低到140kHz左右。


输入电压和输出电压怎么才算非常接近呢?

规格书又给出了一个典型的界定值,Vin和Vout的差值在150mV左右,如下红框标注。我们再翻上面的波形,Vin和Vout基本重合,粗略估算差值应该不超过50mV,必然触发了Dropout mode。

而我们实测到的开关频率132kHz也与规格书提到的140kHz基本一致,也证明了这个分析。

   

搞实验,验证!


   

   

为了进一步验证上面的分析,我们在现有条件下尝试搭建一个实验:将Vin设定3.6V,而Vout设定5V,观察电源启动波形。


和前面的操作类似,先了解爬升阶段整体的趋势。可以看出电源芯片在使能后,Vin和Vout很快就进入了跟随的状态。


上面两幅图,和之前展示的波形类似,起初SW有振铃,开关频率在增大。随机取点,某时刻SW的开关频率约为333kHz。


通过上图可以看出,SW的左侧间距小,右侧间距变大,频率降为130kHz。


如上图,将观察窗口持续向右移动,SW的开关频率依旧约为132kHz左右。


如上图,我们对光标稍作处理,光标1的数据源设置为Vin,光标2的数据源设置为Vout,时间设置在同一个点为上(即△X=0s),可以看出Y1=3.53V,Y2=3.50V,△Y=30mV,符合前面规格书提到的Vdropout典型值150mV的说法。

另外,在上图中,还可以看出SW的占空比已经达到99.129%,fsw=130kHz。粗略计算,上管的关断时间约为67ns。这个关断时间已经挺进了规格书tOFF-MIN时间(Nom:50ns,Max:85ns)规格。


来源:硬件微讲堂
电源芯片
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-02-26
最近编辑:6月前
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