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凡亿专栏 | 你的测试电源有问题吗--由DCDC输出短路引起的实验室电源振荡引发的思考
你的测试电源有问题吗--由DCDC输出短路引起的实验室电源振荡引发的思考

我们在测试过程中往往优先考虑的是被测件(DUT)的状态,而忽略了测试系统的稳定性及可靠性,因此有时候观察到的现象可能会与我们预期的相反,情况变得更为糟糕,这种情况常常令人沮丧,项目进度也会停滞不前。可是如果因为排查出最根本的原因而使情况变得更糟时,距离真相也就不远了!


有一次,当我对一块DCDC PCBA进行重复短路测试时,虽然开关芯片的过载功能比较好,但可以肯定的是这种破坏性试验引起的结果就是IC损坏!


事实证明,短路DCDC输出端似的输入直流电源的输出失控,IC损坏;当以一定的频率重复短路时,情况更不理想。这时我意识到即使是实验室电源也存在内部反馈环路,引起振荡,以前没有遇到过,始终认为只有开关芯片才会发生振荡。


当DCDC输出短路,输入电压也会被拉低,此时也就是实验室电源的输出被拉低,所以电源反应剧烈,试图恢复正常,从而IC的Vin输入端会产生反复的上冲和下冲,当电压超过Vin的额定值,IC会损坏。


但是此时还不能判定具体原因,降低DCDC的输入电压,开关IC的损坏可能性降低了,看上去好像是过大的电压应力造成的IC损坏,而不是过流。这是想到如果利用实验室电源的环路矫正使输出电压抖动变小,肯定会减小DCDC开关芯片的损坏概率,因此将实验室电源的引线加长连接至DCDC的输入端,但是情况相反,电压抖动的更剧烈了!显而易见,电源的开关坏路设计的很差,我对这台电源的合格性严重怀疑,这时候我找同事拿了一台安捷伦的电源,一切又恢复了正常。


因此在进行测试之前必须先确认测试系统的好坏,结果:

1. 和预期的一致,短路时由于开关芯片具有限流功能,IC短路时未损坏;

2. 当反复短路时,IC环路不稳定,导致IC Vin引脚被冲击,IC损坏。


另外关于短路测试,以前觉得带有过载保护功能的IC损坏模式都是过压,但是后来发现也不尽然,这里摘抄一段Datasheet手册的翻译:过流限制,通过检测高侧MOS管的漏源电压来实现过流限制。然后将漏源电压与表示过流阈值限制的电压电平进行比较。如果漏源电压超过过流阈值限制值,则过流指示器设置为 true(真)。在每个周期开始时的前沿消隐时间内,系统将忽略过流指示器,以避免任何开启噪声干扰。一旦过流指示器设置为 true(真),就会触发过流限制。在传播延迟之后,高侧MOSFET在周期的剩余时间内关闭,这种过流限制模式称为逐周期电流限制。有时在短路等严重过载情况下,使用逐周期电流限制仍可能会发生过流失控。使用第二种电流限制模式,即断续模式过流限制,在断续模式过流限制期间,电压基准接地,且高侧MOSFET在断续时间内关闭。一旦断续时间结束,稳压器在慢启动电路的控制下重新启动。


建议:针对容易引起输出短路的应用,不建议选取电压控制模式的芯片,选一颗电流模式控制的芯片更合适些,因为电流控制芯片可以进行逐周期过流保护,限流更加容易,并且在特定开关频率处可以做到更快的负载动态响应。


备注:本文只提供一种测试案例,并非所有人都会碰到这些问题,绝大部分人在电路设计中碰到的问题都只是九牛一毛,有的由于选型与PCB Layout 布局的不同即使遇到相同的现象可能解决方案也不同,由于本人水平有限,思考问题难免有局限性,因此本文仅供参考!



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