數(shù)字電源 UCD9224 與UCD7232 應(yīng)用中輸出電壓關(guān)機(jī)負(fù)過沖的分析及解決

摘要

UCD9224 可以與UCD7232 配合設(shè)計(jì)非隔離數(shù)字電源。在某項(xiàng)目中，采用1 片UCD9224 與4 片UCD7232 設(shè)計(jì)了四相交錯(cuò)并聯(lián)輸出的數(shù)字電源，輸出規(guī)格為1.0V/80A。在測試中發(fā)現(xiàn)，關(guān)機(jī)時(shí)輸出電壓存在嚴(yán)重的負(fù)過沖，幅值可達(dá)-380mV。經(jīng)過仔細(xì)定位發(fā)現(xiàn)，引起負(fù)過沖的根因是UCD9224 進(jìn)入reset 模式后，SRE_1A 和SRE_1B 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)，其電壓有反彈并下降緩慢。基于此，在SRE_1A 和SRE_1B 引腳各設(shè)計(jì)一顆下拉電阻，可以給上述兩個(gè)引腳快速放電，徹底解決負(fù)過沖問題。本文對定位過程給予了詳細(xì)的描述和分析，并最終給出了結(jié)論。

1. 數(shù)字電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某非隔離BUCK數(shù)字電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于數(shù)字控制器UCD9224與驅(qū)動(dòng)器UCD7232，采用四相并聯(lián)并配置于交錯(cuò)模式，輸入電壓為12V，輸出電壓為1.0V，輸出電流最大為80A。

1.1 數(shù)字電源系統(tǒng)方框圖

UCD9224是內(nèi)部集成ARM7核的非隔離數(shù)字電源控制器，可以靈活的配置為多路或多相模式，并帶有PMBUS接口。UCD7232則是與UCD9224配合使用的增強(qiáng)型驅(qū)動(dòng)器，與UCD9224之間有多個(gè)信號(hào)的交互，完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)接收，電流采樣，故障上報(bào)等工作。

圖1所示的是該數(shù)字電源系統(tǒng)的方框圖，包含有1片UCD9224和4片UCD7232，以及功率 MOSFET，輸出電感和輸出電容等。該系統(tǒng)有兩個(gè)輸入總線，分別是3.3V和12V，其中3.3V用來給UCD9224供電，12V輸入到UCD7232和BUCK轉(zhuǎn)換電路，完成到1.0V的轉(zhuǎn)換。該供電架構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)的3.3V由12V通過LDO轉(zhuǎn)換得來的設(shè)計(jì)。

圖 1：數(shù)字電源系統(tǒng)框圖

1.2 UCD9224與UCD7232的關(guān)鍵信號(hào)連接

UCD9224共有4組關(guān)鍵信號(hào)與4片UCD7232連接，分別完成電壓轉(zhuǎn)換控制，同步整流模式配置和故障上報(bào)等功能，下面是這些關(guān)鍵信號(hào)的簡單介紹：

1) DPWM：由UCD9224輸出到UCD7232，是后級BUCK電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來源。其中， BUCK上管驅(qū)動(dòng)信號(hào)與DPWM的邏輯相同，BUCK下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與DPWM的邏輯相反。

2)SRE：由UCD9224輸出到UCD7232。當(dāng)UCD7232的SRE_MODE引腳(圖1未示意)上拉至高電平后，UCD7232被配置為同步整流模式。當(dāng)SRE為高時(shí)，BUCK的下管得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)由DPWM決定。當(dāng)SRE為低時(shí)，BUCK電路的下管處于關(guān)閉狀態(tài)。

3)FLT：由UCD7232輸出到UCD9224。當(dāng)UCD7232檢測到欠壓，過流或過溫等故障后，F(xiàn)LT引腳變?yōu)楦?，UCD9224識(shí)別之后會(huì)根據(jù)當(dāng)前配置進(jìn)行相應(yīng)處理。

4)CS：由UCD7232 的IMON管腳輸出到UCD9224的CS管腳。該信號(hào)為輸出電流采樣信號(hào)。

2. 輸出電壓的負(fù)過沖

對該系統(tǒng)做輸入關(guān)機(jī)測試時(shí)，如果只關(guān)閉3.3V，12V保持不變，發(fā)現(xiàn)輸出電壓有明顯的負(fù)過沖，幅值超過-300mV。如圖2所示，關(guān)機(jī)時(shí)輸出電壓(1.0V，CH3)的負(fù)過沖達(dá)到了-380mV，測試條件為輸出端空載。

3. 負(fù)過沖的定位及原因分析

在定位負(fù)過沖的過程中，發(fā)現(xiàn)關(guān)機(jī)時(shí)BUCK下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)異常，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)SRE信號(hào)異常，最終發(fā)現(xiàn)根因是SRE_1A信號(hào)和SRE_1B信號(hào)在關(guān)機(jī)過程中有反彈并且下降緩慢。

3.1 關(guān)機(jī)時(shí)BUCK下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)異常

保持輸入電壓12V不變，當(dāng)關(guān)閉3.3V時(shí)，輸出電壓有很大的負(fù)過沖。在空載輸出時(shí)，輸出端亦有負(fù)過沖，據(jù)此初步判斷BUCK下管可能有長時(shí)間導(dǎo)通，輸出電容電壓通過長時(shí)間。導(dǎo)通的 BUCK下管泄放到地。而實(shí)測試發(fā)現(xiàn)，BUCK下管的確如此，如圖 3。可以觀察到，輸出電壓下降后，BUCK下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(藍(lán)色線)一直保持為高，時(shí)間超過了1s。而BUCK上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(藍(lán)色線)在關(guān)機(jī)過程中正常，如圖 4。

圖 3：BUCK 下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)異常 圖 4：BUCK 上管驅(qū)動(dòng)信號(hào)正常