數字電源 UCD9224 與UCD7232 應用中輸出電壓關機負過沖的分析及解決

摘要

UCD9224 可以與UCD7232 配合設計非隔離數字電源。在某項目中，采用1 片UCD9224 與4 片UCD7232 設計了四相交錯并聯輸出的數字電源，輸出規格為1.0V/80A。在測試中發現，關機時輸出電壓存在嚴重的負過沖，幅值可達-380mV。經過仔細定位發現，引起負過沖的根因是UCD9224 進入reset 模式后，SRE_1A 和SRE_1B 引腳變為高阻態，其電壓有反彈并下降緩慢。基于此，在SRE_1A 和SRE_1B 引腳各設計一顆下拉電阻，可以給上述兩個引腳快速放電，徹底解決負過沖問題。本文對定位過程給予了詳細的描述和分析，并最終給出了結論。

1. 數字電源系統設計

某非隔離BUCK數字電源系統的設計基于數字控制器UCD9224與驅動器UCD7232，采用四相并聯并配置于交錯模式，輸入電壓為12V，輸出電壓為1.0V，輸出電流最大為80A。

1.1 數字電源系統方框圖

UCD9224是內部集成ARM7核的非隔離數字電源控制器，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配合使用的增強型驅動器，與UCD9224之間有多個信號的交互，完成驅動信號接收，電流采樣，故障上報等工作。

圖1所示的是該數字電源系統的方框圖，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。該系統有兩個輸入總線，分別是3.3V和12V，其中3.3V用來給UCD9224供電，12V輸入到UCD7232和BUCK轉換電路，完成到1.0V的轉換。該供電架構區別于傳統的3.3V由12V通過LDO轉換得來的設計。

圖 1：數字電源系統框圖

1.2 UCD9224與UCD7232的關鍵信號連接

UCD9224共有4組關鍵信號與4片UCD7232連接，分別完成電壓轉換控制，同步整流模式配置和故障上報等功能，下面是這些關鍵信號的簡單介紹：

1) DPWM：由UCD9224輸出到UCD7232，是后級BUCK電路的驅動信號來源。其中， BUCK上管驅動信號與DPWM的邏輯相同，BUCK下管的驅動信號與DPWM的邏輯相反。

2)SRE：由UCD9224輸出到UCD7232。當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SRE為高時，BUCK的下管得到相應的驅動信號，該驅動信號由DPWM決定。當SRE為低時，BUCK電路的下管處于關閉狀態。

3)FLT：由UCD7232輸出到UCD9224。當UCD7232檢測到欠壓，過流或過溫等故障后，FLT引腳變為高，UCD9224識別之后會根據當前配置進行相應處理。

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

2. 輸出電壓的負過沖

對該系統做輸入關機測試時，如果只關閉3.3V，12V保持不變，發現輸出電壓有明顯的負過沖，幅值超過-300mV。如圖2所示，關機時輸出電壓(1.0V，CH3)的負過沖達到了-380mV，測試條件為輸出端空載。

3. 負過沖的定位及原因分析

在定位負過沖的過程中，發現關機時BUCK下管的驅動信號異常，進一步發現SRE信號異常，最終發現根因是SRE_1A信號和SRE_1B信號在關機過程中有反彈并且下降緩慢。

3.1 關機時BUCK下管驅動信號異常

保持輸入電壓12V不變，當關閉3.3V時，輸出電壓有很大的負過沖。在空載輸出時，輸出端亦有負過沖，據此初步判斷BUCK下管可能有長時間導通，輸出電容電壓通過長時間。導通的 BUCK下管泄放到地。而實測試發現，BUCK下管的確如此，如圖 3。可以觀察到，輸出電壓下降后，BUCK下管的驅動信號(藍色線)一直保持為高，時間超過了1s。而BUCK上管的驅動信號(藍色線)在關機過程中正常，如圖 4。

圖 3：BUCK 下管驅動信號異常 圖 4：BUCK 上管驅動信號正常