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关于在工作中遇到的BOOST电路,调试的一些问题汇总

问题起因

在工作中,带我的资深工程师甩给了几个板子给我Layout做验证,其中有一块为DC35V的板子,板如其名,跟DC35V有关。需要的是输入25V,输出35V的一个BOOST升压的电路,主控为LM3488。我自己布局的布线的板子我觉得是没有什么问题的,规则那些都是没有很大问题。再加上之前还是了解过电源板。

终于等到物料回来,以及板子打样回来

焊接ing....🧐

调试过程

1、-

首先上电的时候发现,输入设置的是25V,但是显示输入只有2.3V左右吧,很奇怪。排除了短路问题,以及其他一些焊接问题之后,就逐步排查,查阅数据手册可以看到在Functional Block Diagram里面有限流的存在,对应到原理图中就是有一个0.05R的电阻: 1 2

(🤬其实这个0.05R的电阻目前我还是有点困惑到底是个怎么意思,总之,对于这个0.05R的处理就是,在其他问题排除之后直接短接,是不影响芯片工作的,后面加上这个0.05R后,现象为:电压上升得很慢,在上电的时候会有一个电压上升的肉眼可见的过程)

2、-

后面去排除NMOS,好小子,直接烧掉啦,少穿的嘞。排除是把MOS的1脚(G)翘起来,不接信号,去打3、4脚电阻;然后把1脚接高电平之后上电,看是否导通,这边是导通的,然后把1脚接地之后上电,看输出部分,还有电压,那说明这个MOS是没起作用的,按道理,1脚接低电平,GS之间是没有压降,那么DS也不会通,所以可以大概判断是MOS烧掉了,我觉得应该是去就上25V烧掉的,加上最后我发现我们的电感感值严重不够(后文会具体分析)

Tips: 排除NMOS的时候,可以去打他的3、4脚的电阻,正反都打一下,如果都是几欧姆那必然是通了,如果是几十M欧姆,就是可以的

3、-深入的思考🧐

  • 电感值可能太小了

    根据《硬件工程师炼成之路笔记》中关于《手撕BOOST电路公式》可以得到的:

    3

    此时Vi = 25V;f = 100K;Io = 1A;Vd = 0.7。得到的电感值L = 131.25uH其中频率是更换MOS之后用示波器测量得到的,换输出电流算1A,实际工程上只用100mA就足够,Vd为二极管的压降,此处写标准理论值0.7V。

    于是乎我就想着降低输入电压看看能够加到多大的电压,电感达到饱和、首先设置输入3.3V,输出是能够到达35V的,然后逐步调高输入电压,当输入电压调整到7V的时候,电感出现了啸叫,并且芯片的PWM输出开始变得不稳定,此时应该是电感到达了饱和。此时验证出来一个事:那就是这个BOOST电路是没有问题的,只是有些细节的参数需要进行理论计算和实际调试进行调整。

  • 调整频率

    根据跟工程师讨论,发现电感如果重新购买比较耗时间,并且根据BOOST电路电感的公式可以知道一个信息:电感偏小的时候降低频率理论上是可以的。并且对于LM3488来说,更改输出的开关频率只需要进行一个电阻的匹配,数据手册说明如下: 4

    在原理图中7脚接的是30K的电阻: 5

    由此可见,在30K的时候频率2uS左右,然后根据BOOST电路电感的公式,6此时的L为确定值,其他的参数都跟上面算电感的时候一致,此时频率f为未知数,即可求出此时47uH电感对应的频率,从而得出一个周期,然后通过数据手册的表格可以得到此时需要更换的电阻。

    记得当时算出给了个200K的电阻,给电感留够足够的余量。换好之后上电就可以输入到12V了,但是又出现了一个问题:

    🙁当频率降下去了,上电时,输入只有2点几V,电流有0.5A 输出电压在慢慢增加,当输出电压到35.5V左右,输入就为12V,电流0.003A。输出电压上升就比较慢了诶,但是也无关紧要。

  • 带载之后 带载为0.1A的CC负载,带载之前输出有36V左右(具体原因不清楚)当负载带上,输出就为35.5V。输入12V,0.333A。带载之后目前来看是可以的,纹波由于时间不够,就来不及测量了,实际上应该进行输出纹波的测量。

心得体会

在这次的工作调试当中,调试的是一个BOOST电路,这对经验积累是非常有利的操作,至少,进行了一次理论与实际的结合推算,而且也证明了之前在《硬件工程师炼成之路笔记》中关于《手撕BOOST电路公式》看到的笔记是正确的。之后调BOOST电路也可以从这几个方面进行入手:电感的选择;电容的选择,MOS的选择,开关频率等这些因素进行综合考虑和设计。

“现在的工作一是为了挣钱,更多的是拿到工作中测试的数据,这对以后的工作是非常有利且必要的。并且在调试过程中,遇到问题,多思考,多去排除问题。”

2023-7-3更新

本次更新原因

因为在后面的工作中,因为某些原因让重新进行板子的测量。所以又针对之前遇到的问题又进一步的分析了一下。得到了一些新的数据以及调试经验。

  • 首先是关于在之前说的上电之后输入只有2点几V,电流只有0.5A,要等电压慢慢上升到35V才能稳定。

    这个问题其实就是输入电流不够大因为在调试的时候,开了限流,并且限流到0.5A。(因为之前工作的地方调板子的时候,那个电源板一上电就直接属于是爆炸跳闸的情况,给我这个害怕了,所以在之后的调试中我都又阴影了,开着限流的。)这就导致了上电瞬间他的电流其实是不够的.

    这个问题的发现:之前的时候在输入为7V的时候是可以输出35V的,但是电压调节得到8V时,空载输出电压一直在35V-36V的波动,然后使用示波器去MOS的门级PWM。PWM是非常有问题的,就是PWM的波形上不去。然后思考一下,为啥就是上电的时候电流会直接只有0.5A满了,可能真的就是“给的太少,要的太多,所以就只有多要点时间吧🤭”

  • 既然输入电压对应输出电压的问题解决了,其实可以看看频率的事。

    在之前就提到过LM3488的频率有他7脚的电阻有关系,现在换回到30K,即周期为2us,那么频率就是500kHz。上电之后也是没有什么问题的,并且也是可以在输入要求范围内的。

    然后还发现个问题就是电感的开关频率达不到要求其实。使用的电感的开关频率只有100KHz(真菜)。

总结

之后调试板子,在上电初期可以限流,其实到后期调试参数都可以不限流,敞开了。归根结底还是我对于上电的阴影需要克服

电源板的调试是一项非常繁琐的过程,对于参数的把控也大有讲究。其实在本次文章中,也是一些调试的问题记录,有些还是没有找到根本的依据,就例如:原本判断是电感值不够,所以上不去,其实是因为开了限流,然后想降低频率来满足电感不更换的,有可能也正好合适罢了正好更换之后是10us-100KHz,也正好是电感能够满足的开关频率。那么为啥后面频率加上去之后,还是可以呢??。