调试升压转换器遇到问题怎么分析

1.前言

解决转换器无法启动、输出电压不稳定等问题的最有效方法是进行一些基本调试。基本调试可以排除一些明显的问题，如装配故障或错误的组件，调试数据可以帮助 我们快速找到根本原因。在这篇文章中，我们将讨论调试升压转换器的技巧。

2.检查另一个板子的问题

如果我们发现一个升压转换器板出现问题，我们的第一个行动应该是确认另一块板的行为。如果只有一块板出现异常，则问题可能是由于焊接不良或IC损坏引起的。

焊接 IC 或其外部组件时可能会发生焊接问题。焊接不良有两种。如果相邻引脚短接在一起，则会发生一种情况；如果引脚及其焊盘焊接不好，则会发生另一种情况。测量相邻引脚之间的电阻排除前一个问题，测量内部二极管排除后一个问题。

图 1 显示了 IC 中 GND 引脚和其他引脚之间的内部二极管。我们可以使用万用表测试该二极管并检查是否存在焊接问题。如果焊接良好，万用表将显示大约 0.7V。对于一些特殊的管脚，可能串联两个二极管而不是一个。在这些情况下，万用表将显示 1.4V。

图 1：VIN 和 GND 引脚之间的二极管

我们可以通过在断电期间测量 GND 引脚和任何其他引脚之间的电阻来检查 IC 损坏情况。如果电阻远低于普通 IC，则连接到引脚的电路（内部或外部）可能会损坏。损坏主要是由电压过应力引起的，这可能是由于错误处理、不良印刷电路板 (PCB) 布局或来自外部来源的超出 IC 规格的高压导致的静电放电 (ESD)。

3.检查原理图和元件选择

再次仔细检查原理图，看看外部组件是否在数据表建议范围内。电感器和输出电容器是升压转换器的关键部件。电感和电容应在数据表中推荐的值范围内。我们可以在数据表的“推荐工作条件”、“电感器选择”和“电容器选择”部分找到建议。图 2 显示了 TPS61253 的推荐工作条件。建议的有效电容范围为 3.5µF 至 50µF。建议的电感为 0.7µH 至 2.9µH。

图 2：TPS61253 的推荐工作条件

陶瓷电容器的有效电容与其直流偏置电压有关。例如，10μF/0603 电容器（例如 Murata 的 GRM188R60J106ME47）的有效电容在 5V 偏置电压条件下仅为 3μF。在任何情况下，流经电感的电流都应低于饱和电流。否则，电感可能会降低到推荐范围以下，这可能会导致意外问题。

4.检查布局

糟糕的 PCB 布局会导致许多问题：IC 损坏、高输出纹波、低输出电流能力等等。损坏主要是由 SW 引脚处的高压尖峰引起的，它使 IC 的内部功率 MOSFET 承受过大的压力。

输出电容是 PCB 布局中最关键的元件。如果发现有问题，输出电容的走线不好，尝试在IC附近放置一个1μF的陶瓷电容，并用最小环路连接。如果此方法解决了我们的问题，我们就会知道根本原因。

5.检查工作波形

在寻找升压转换器问题的根本原因时，转换器的工作波形非常有用。其中 VIN 引脚、SW 引脚、VOUT 引脚和电感电流的波形最为重要。图 3 显示了一种测量电感器电流的方法：插入与电感器串联的导线，并使用电流探头测量流过导线的电流。

图 3：测量电感电流

如果可能，测量同一张图片中的四个波形。图 4 显示了 TPS61258 在轻负载和重负载条件下的波形。波形中CH1、CH2、CH3、CH4分别为VOUT、SW、VIN、ICOIL（电感电流）。CH1 设置为具有 5V 直流偏移的直流耦合。因此，我们可以轻松检查TPS61258输出电压的直流电压和交流纹波。

在轻负载条件下，TPS61258以省电模式运行，在此期间，器件会切换多个周期并停止一段时间。在重负载下，TPS61258保持以 3.5MHz 频率切换。

在器件开关期间，ICOIL 在开关约为 0V 时线性增加，在开关约为 5V 时线性减小。

图 4：TPS61258（CH1 VOUT、CH2 SW、CH3 VIN、CH4 ICOIL）在轻负载、省电模式下的工作波形 (a)；和重载 (b)

一个设备的工作波形如果与图4中的波形不相似，则可能会异常工作。 我们可以从波形中确定问题的根本原因，例如限流触发、设备不稳定、VIN超出规范等。

6.更多建议

一个简单的转换器可以帮助从一开始就避免许多问题。TPS61xxx 系列升压转换器是高度集成、易于使用的设备。固定输出电压转换器（例如TPS61253）仅需要三个外部电源组件：输入电容器、电感器和功率电感器，如图 5 所示。只需遵循数据表中的组件选择和 PCB 布局建议。我们可以轻松实现所需的升压转换器。

图 5：TPS61253升压转换器原理图

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