短路恢复过冲原因及解决方法

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1、汽车电子Buck变换器短路恢复输出过冲分析刘松,丁宇,杨启峰(万代半导体元件上海有限公司,上海201203)摘要：本文详细分析了MOSFET开通延时、电流取样信号延时和前沿消隐时间所决定的系统最小导通时间是峰值电流模式下脉宽限流不能起作用的原因；探讨了用于汽车电子系统降压型Buck变换器在输出短路保护后恢复时输出电压产生过冲的问题，响应慢CCM模式导致COMP脚电压不能迅速放电；讨论了短路时输出二极管和引线电压使电感逐渐饱和的过程。输出过冲前沿尖峰产生于电感和输出电容的谐振，功率管直通导致稳定后输出电压等于输

2、入电压。最后给出了解决此问题的电路和测试结果。实验的结果表明：此电路有效的抑止了短跑恢复中的输出电压过冲。关键词：变换器，输出过冲，短路恢复，最小导通时间AnalysisofOutputOvershootingDuringShortCircuitRecoveryofBuckConverterinAutomobileElectronicSystemLiuSong,DingYu,YangQifeng(AOSSemiconductorCo.,Ltd.,Shanghai201203)Abstract:Thereaso

3、nwhycyclebycyclecurrentlimitcannotfunctionevenatpeakcurrentmodePWMisanalyzedindetail.OutputovershootingduringshortcircuitrecoveryofBuckconverterinautomobileelectronicsystemisdiscussedinthispaper.Theprocessoftheinductorgoingintosaturationgraduallyowingtodrop

4、voltageofcatchdiodeandtraceduringoutputshortcircuitisalsodiscussed.Spikevoltageofoutputatleadingedgeiscausedbytheinductorandoutputcapacitance.PowerMosfetholdingalwaysonmakesoutputvoltageequaltoinputvoltage.Thesolutiontotreatthisissueandtestresultsaregivenin

5、theend.Keywords:converter;outputovershoot,shortcircuitrecovery,minimumonduration1引言目前在汽车电子系统中，输入使用12V/24V的电压[1]，然后采用Buck降压变换器，得到5V、3.3V，2.5V，1.8V，1.2V等多种电压以提供给系统的各种逻辑数字芯片，模拟芯片，MCU或DSP的内核、I/O口等负载。系统要求电源芯片在输出短路时要有保护功能，暂态的输出短路状态消除后系统可以恢复。在一些Buck变换器应用中发现，在输出短路恢

6、复的过程中，输出产生过冲，稳定后输出电压等于输入电压，由于汽车电子系统的输入电压高，这样就会损坏后面所带的芯片负载。本文将探讨这些问题及其产生的原因，并给出相应的电路以解决这些问题。2短路恢复过程输出过冲通常在汽车电子系统中的Buck降压变换器采用纹波电流小、传输功率大和EMI特性好的CCM峰值电流模式控制，同时具有过流和输出短路保护的功能，通过对电感峰值电流的逐周期自动控制，直接限定了电感峰值电流以及电感的平均电流。在输出短路时，保护电路就将其工作频率降到正常频率的1/8左右。因为工作频率较低，电感的平均电

7、流也很低；当瞬态的输出短路状态撤除，变换器经过软启动电路重新启动。在实际的应用中发现，将输出短路再去除短路时，输出会出现较大过冲尖峰，超过输入电压，而且最后稳定到输入电压值。如图1所示。Buck变换器输入电压为12V，输出为5V，工作频率500kHz。IL为电感电流，VCOMP为COMP脚的电压，VOUT为输出电压，Vsw为开关节点电压。iL/5A/格VOUT/5V/格VCOMP/3V/格VSW/6V/格t/20ms/格图1：输出短路恢复过程波形从图中可以看到：输出短路后系统在内部处于保护状态，开关频率降低到

8、48kHz，短路去除后，输出电压振荡到16V，然后降低到12V。而且很明显，在恢复的过程中，电感进入饱和，电感的电流由锯齿波变为一段稳定的电流，其电流值为峰值保护点。3输出过冲产生原因分析在短路过程中，VCOMP电压为高的电压值，系统进入频率折返保护。峰值电流模式具有脉冲限流功能，为什么还要频率折返保护？因为在输出短路时，输出并不完全如同理论分析的那样，输出电压为0，由于续流二极管和引线电阻的存在，