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Other Parts Discussed in Post: TPS61253, TPS61258

作者：Jasper Li

DC/DC 變流器IC可能在整個產品系統的并不起眼，但它們對產品的穩定可靠工作至關重要。盡管TI 提供詳細的規格書和應用文檔幫助客戶在系統上正確地實現變流器IC的功能，在實際應用中依然因為種種原因導致IC不正常工作問題，例如啟動異常，輸出電壓不穩定，紋波過大甚至IC損壞等等。大部分時候，引起IC異常工作的原因并不復雜，簡單的調試可以快速地定位并解決問題。這篇文章介紹幾點針對升壓變流器的調試經驗。

第一點： 能否在多塊板子上重復相同現象

當在一片系統板子上發現問題的時候，首先要做的是嘗試在另外一片或多片板子上重復現象。如果現象無法重復，那么問題可能是由于焊接不良或者IC損壞導致的。

焊接不良可能出現在DC/DC 變流器IC及其外圍器件上，分為兩種情況：相鄰pin腳短接和pin腳虛焊。短接問題可通過觀察pin腳焊接情況并且測試相鄰pin阻抗的確定。IC的pin腳虛焊可利用IC內部的二極管排查。

如圖1所示，因為電路需要，IC內部在GND pin腳與其他pin腳之間有一個二極管。使用萬用表測試二極管的檔位測試這些二極管壓降，可以間接排查IC的虛焊問題。二極管壓降一般在0.5V~0.7V之間。

圖 1: VIN pin 和 GND pin之間的二極管

變流器IC的損壞主要由ESD 過壓，PCB布板不好或者外接過壓電源引起的。測量不同pin腳和GND pin之間的阻抗，并且與正常IC相比較可判斷出IC是否損壞，以及損壞的位置。

第二點：是否選擇正確的器件

電感和輸出電容是關鍵的外圍器件。建議選擇規格書推薦的電感值和電容值。規格書在“Recommended Operating Conditions,” “Inductor Selection” and “Capacitor Selection” 這些章節提供電感和電容的參考值. 如圖 2所示，升壓變流器IC  TPS61253 規格書建議有效電容值 在3.5μF to 50μF之間，電感值在0.7μH to 2.9μH之間.

圖 2: TPS61253 建議工作條件

須注意陶瓷電容的有效電容值與其偏置直流電壓相關，小于標稱電容值。以村田0603封裝10 μF電容GRM188R60J106ME47為例，在5V偏置電壓下電容有效值僅為3μF。過小的輸出電容值導致輸出紋波過大甚至輸出電壓不穩定。選擇飽和電流足夠大的電感，否則在重載條件下電感可能飽和，電感量降低至推薦范圍之外，引起IC異常工作。

第三點：PCB布板是否合理

不合理的PCB布板會導致很多問題：電壓紋波過大，輸出電流能力受限甚至IC損壞。輸出陶瓷電容是升壓變流器PCB布板中最重要的器件，絕大部分布板問題是由輸出陶瓷電容位置和走線不合理導致的。參考應用文檔“Five Steps to a Good PCB Layout of a Boost Converter” 以及對應IC的規格書PCB建議章節的排查PCB問題。如果懷疑問題由某個器件的不合理位置導致的，可以在現有系統板上調整并實驗，進一步確認問題，以便于后續的PCB布板修改。

第四點：測試工作電壓波形

變流器的工作波形對找到問題的原因非常有用。在升壓變流器中，VIN pin、SW pin、VOUT pin 和電感電流ICOIL波形最為重要。圖 3 示意電感電流的測量方法：在電感中串聯一根電線，并用電流探頭測量流過電線的電流波形。

圖 3: 測量電感電流的方法

如果條件允許，最好同時測量這四個點的波形。圖 4 示意IC TPS61258的輕載和重載條件下正確工作波形，圖中通道1、通道2、通道3 和通道4 分別代表輸出VOUT, SW, VIN and ICOIL (電感電流)。 其中 通道1為直流耦合，偏置電壓設置等于輸出電壓5V，這樣可以同時獲知直流電壓值和電壓紋波的信息。

在輕載條件，TPS61258工作在輕載高效模式：IC工作一段時間，然后待機一段時間。在重載條件下，TPS61258工作在定頻模式，開關頻率約為3.5MHz，減小輸出電壓紋波。

在重載條件下，SW電壓等于0V或者輸出電壓值。當SW電壓等于零的時候，電感電流線性上升；SW電壓等于輸出電壓時，電感電流線性下降。

(a)    輕載條件                                                             (b)重載條件

圖 4: TPS61258工作波形 (通道1 VOUT, 通道SW, 通道VIN, 通道ICOIL)

規格書一般會提供IC的正常工作波形，如果實測波形與之不一致，則可能判斷出問題的原因，比如電感電流過高導致限流，輸出電壓不穩定，輸入電壓超過規定范圍等等。

最后：記錄調試數據和波形

對于一些和系統相關或與IC內部控制原理相關的復雜問題，以上四點方法可能不足以找到原因，需要聯系TI的現場應用工程師或者在TI E2E? 論壇上提問。最好的方法是記錄以上調試的數據和波形，并且附上電源IC的原理圖和PCB一起提供，這些資料幫助TI的工程師有效、快速定位問題，解決問題。