如何讓電源關(guān)斷下電過程更加穩(wěn)定
簡介
日常生活中使用的電器經(jīng)常要關(guān)閉，例如關(guān)燈、電腦關(guān)機(jī)等。電器關(guān)閉會讓電源經(jīng)歷一個關(guān)斷的過程，這個過程要穩(wěn)定才能避免意外過沖。而穩(wěn)定的關(guān)斷過程就是使電源的輸入電壓 (VIN)平穩(wěn)下降至 0V。
為了實現(xiàn)穩(wěn)定的關(guān)斷，VIN下降需穩(wěn)定，而且無負(fù)輸出電壓(VOUT) 過沖，無 VIN?或 VOUT?反彈。本文將探討在電源關(guān)斷過程中可以觀察到的三種不穩(wěn)定波形：R 類（具有快速 VIN?和 VOUT?反彈）、G 類（負(fù) VOUT?過沖）和 B 類（具有延遲 VIN?和 VOUT?反彈）。下面將分別描述這三個類別的關(guān)斷。
R 類關(guān)斷（具有快速 VIN?和 VOUT?反彈）
圖 1 顯示了 R 類關(guān)斷波形。在這種類型中，VIN?隨著器件的關(guān)斷穩(wěn)定下降，在能量峰值期間VIN短暫升高，然后再次開始穩(wěn)定的下降。
R 類波形又分兩種類型，如下所述。
R類關(guān)斷（I型）
當(dāng)DC/DC?變換器?重啟時，會發(fā)生 R 類 I型關(guān)斷。
假設(shè)是一個標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)斷，當(dāng) VIN?降至芯片的關(guān)斷閾值時，芯片就會關(guān)斷。VOUT?在這個過程中的下降將導(dǎo)致電流突然減小。然而，如果在此過程中芯片的輸入線無處釋放感抗的多余能量，則 VIN?會急劇升高。
如果 VIN?超過了芯片的工作閾值，芯片將恢復(fù)工作并導(dǎo)致非單調(diào)的關(guān)斷波形。如果在 SW 側(cè)有開關(guān)，則 R 類波形被歸類為 I 型（參見圖 2）。
R 類I 型波形相對而言比較容易預(yù)防。芯片規(guī)格中通常會提供使能 (EN) 和 VIN欠壓鎖定 (UVLO) 參數(shù)。圖 3所示為?降壓電源模塊?MPM3683-7的EN和 UVLO 規(guī)格。
有了這些規(guī)格參數(shù)，就可以通過以下這兩種方法來避免不穩(wěn)定的關(guān)斷：
優(yōu)化輸入濾波，減小輸入電感，選擇容值較大、等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）較小的電容，并將輸入電容盡可能靠近IC放置，從而減少 VIN?反彈。
為 EN 選擇有合適上/下限電壓的電阻分壓器；當(dāng) VIN?降至其 UVLO 閾值時，EN 可以關(guān)斷，從而防止 IC 再次啟動。
R類關(guān)斷（II型）
如果負(fù)載突然減少，存儲在集成輸出電感或輸出線電感中的多余能量將無處釋放（見圖4）。這在短時間內(nèi)將顯著提高 VOUT。
圖 5 顯示了 G 類關(guān)斷波形。在這類關(guān)斷中，VOUT?先穩(wěn)定下降，然后快速下降至超過其目標(biāo)值（稱為負(fù)過沖），然后再回升至目標(biāo)值。
與 R 類波形類似，G 類波形也可以細(xì)分為兩種類型。
G類關(guān)斷（I型）
如果降壓電路的下管MOSFET (LS-FET) 在關(guān)斷期間沒有關(guān)閉，則電感電流會繼續(xù)反向流動。這種情況在空載和輕載條件下更為常見，它可能導(dǎo)致 VOUT?下降得太低。
為了防止出現(xiàn)此問題，DC/DC?變換器?通常會在關(guān)斷期間增加零電流檢測 (ZCD)；當(dāng)檢測到電流達(dá)到 0A（通常稱為 ZCD 點）時，將自動關(guān)斷 LS-FET（見圖 6）。這種方法可以有效防止關(guān)斷期間的負(fù)過沖。
G類關(guān)斷（II型）
輸出線上的寄生感抗也可能導(dǎo)致VOUT出現(xiàn)負(fù)過沖（見圖 7）。這種類型的關(guān)斷較多發(fā)生在重載或輸出短路故障期間。
最小化輸出線的感抗可以防止 G 類 II 型關(guān)斷。另外，還應(yīng)增大負(fù)載端電容。
B類波形（具有延遲 VIN?和 VOUT?反彈）
圖 8 顯示了重載情況下產(chǎn)生的 B 類關(guān)斷波形。在這類波形中，VIN和 VOUT?均急劇下降，然后短時間上升，再保持穩(wěn)定（與 VOUT?相同）或再次下降（與 VIN?相同）。這兩種情況都被稱為反彈。
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