基于XL7005A的系統(tǒng)帶載啟動(dòng)異常剖析（2）

在電源帶載啟動(dòng)時(shí)，尤其是 BOOST 結(jié)構(gòu)的電源（以下稱 BOOST 調(diào)整器），您是否常遇到下面的事情：

BOOST 調(diào)整器帶載上電時(shí)，前級(jí)電源正常開啟，使用熱插拔上電，可以正常啟動(dòng)，但控制電源 ON/OFF 來上電，卻無法正常工作。

BOOST 調(diào)整器帶載上電后，輸入端的電流特別大，同時(shí)芯片發(fā)熱嚴(yán)重。有時(shí)過幾秒可以恢復(fù)正常，有時(shí)卻一直無法正常工作，輸入端、輸出端電壓一直沒有達(dá)到設(shè)定值。

這些，往往都是 BOOST 調(diào)整器啟動(dòng)時(shí)所需要的大電流導(dǎo)致的。我們都知道，電源有一定的電流能力，當(dāng)所需要的電流大于電源所能提供的電流時(shí)，電源將會(huì)進(jìn)入限流狀態(tài)（輸出電壓下降）或者進(jìn)入復(fù)位等狀態(tài)。下面，我們以 XL6006 為例，看一下 BOOST 調(diào)整器啟動(dòng)時(shí)所需要的電流。

XL6006 是一款專門為 LED 設(shè)計(jì)的大功率升壓恒流驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)置功率 MOS，最大開關(guān)電流為 5A，輸入電壓為 5V～ 32V，輸出電壓最高可達(dá) 60V，基本應(yīng)用電路圖如圖 1 所示：

XL6006 啟動(dòng)波形

使用上面的電路圖，VIN=12V，輸出端接 12 串 1W LED 燈，輸出電壓約為 38V，電流設(shè)定值為 0.324A，假設(shè)效率為 90%，那么可以估算，穩(wěn)定后，輸入端電流應(yīng)約為 38V*0.324A/12V/0.9=1.14A，但此時(shí)，如果選擇一個(gè) 1.5A 或者 2A 的電源，往往會(huì)出現(xiàn)上述的啟動(dòng)問題（前端電源限流，輸出電壓無法建立）。XL6006 正常啟動(dòng)時(shí)波形見圖 2（電源設(shè)定限流點(diǎn) 8A，熱插拔上電，黃色：輸入電壓，綠色：輸入電流，藍(lán)色：SW 點(diǎn)電壓，下同）。

上電后，輸入端電流有兩個(gè)高峰，分別放大后觀察見圖 3：

圖 3 左側(cè)圖顯示輸入端電流高達(dá) 30A 以上，但持續(xù)時(shí)間較短（從開始到最后約 50us），此電流產(chǎn)生的原因是輸入電源給 XL6006 系統(tǒng)的 CIN 與 COUT 電容充電，具體電流有多大，時(shí)間有多長(zhǎng)，取決于電容的容量，電容的 ESR，線上電阻、電感等參數(shù)。

圖 3 右側(cè)圖顯示輸入端電流接近 6A，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（右圖從開始到最后約為 1.4ms）。此電流是 BOOST 升壓至需求電壓的過程產(chǎn)生的（從圖中可以看到 SW 點(diǎn)電壓逐漸上升）。在 FB 點(diǎn)電壓未達(dá)到穩(wěn)定工作時(shí)的值之前，芯片會(huì)以最大的占空比工作，從而導(dǎo)致電流逐漸上升。當(dāng)輸出電壓達(dá)到設(shè)定值后，芯片占空比恢復(fù)正常，輸入電流逐步下降至正常工作時(shí)的電流。

以上兩個(gè)過程中，第二個(gè)過程是導(dǎo)致啟動(dòng)問題的主要原因。電源需要較長(zhǎng)時(shí)間的大電流輸出，如果該電流超出了電源的 電流能力，則很容易出現(xiàn)上述問題，即輸入電源的電壓被拉低，輸入端電流過大，從而導(dǎo)致芯片發(fā)熱嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)電感磁 飽和。

關(guān)于熱插拔上電和開關(guān)上電

為了說明插拔上電與通控制電源 ON/OFF 來上電的區(qū)別，我們同樣將電源設(shè)定為 12V，輸出接 12Ω水泥電阻做為負(fù) 載，測(cè)試水泥電阻兩端的電壓波形，見圖 5。

從圖中可以看到，插拔上電僅需 10us 不到即可完成上電，而開啟電源來上電卻需要 200ms 左右的時(shí)間（具體時(shí)間還 要看具體的電源）。這也就是控制電源 ON/OFF 來上電容易導(dǎo)致前級(jí)電源被拉低的原因。

改善方式

通過添加欠壓保護(hù)電路（見圖 6）來限制芯片最低工作電壓，是簡(jiǎn)單有效的改善措施；同比典型應(yīng)用電路，增加穩(wěn)壓管 DZ1 與電阻 R1，其中 R1 通常取值 10K，DZ1 一般取最小工作電壓的 0.8 倍左右，此處 DZ1 選擇 8.2V 穩(wěn)壓管。

按照之前的測(cè)試條件：VIN=12V，輸出端接 12 串 1W LED 燈，輸出電壓約為 38V，電流設(shè)定值為 0.324A。設(shè)置電 源限流點(diǎn)為 2A。下面，我們分別對(duì)比有無欠壓保護(hù)的啟動(dòng)情況。

圖 7 為插拔上電時(shí)的情形。在未加欠壓保護(hù)的時(shí)候，啟動(dòng)后，輸入電流逐漸上升，當(dāng)超過了設(shè)置的限流點(diǎn)后，輸入端電 壓被拉低。最終輸入端電壓穩(wěn)定在 3V 稍多，輸入端電流在 2A（電源設(shè)置限流點(diǎn)處），輸出電流只有 100mA 左右，芯片 一直無法正常工作。增加欠壓保護(hù)后，電流上升超出設(shè)置的限流點(diǎn)后，輸入端電壓被拉低，當(dāng)電壓被拉低到 9V 左右（穩(wěn)壓 管的值+EN 腳關(guān)斷電壓），XL6006 停止工作，輸入端電流降至 0A，電壓開始上升，當(dāng)輸入電壓上升到 10V 左右時(shí)（穩(wěn) 壓管的值+EN 腳開啟電壓），芯片再次啟動(dòng)。此過程可能會(huì)重復(fù)若干次，最后啟動(dòng)成功，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

圖 8 為控制電源 ON/OFF 來上電時(shí)的情行，未加欠壓保護(hù)時(shí)，上電之后，輸入端電壓逐漸上升至 XL6006 的最低工 作電壓，芯片開始啟動(dòng)，輸入電流增加，超過限流點(diǎn)后（2A），輸入電壓被拉低，最終電源電壓穩(wěn)定在 3V~4V 之間，啟動(dòng) 失敗。增加欠壓保護(hù)后，輸入端電壓需要上升到 10V 左右（穩(wěn)壓管的值+EN 腳開啟電壓），XL6006 才開始啟動(dòng)，此時(shí)啟 動(dòng)后所需電流要遠(yuǎn)小于 3V 時(shí)的情形，故可以很容易的啟動(dòng)成功。

結(jié)果 添加欠壓保護(hù)電路后，插拔上電與控制電源 ON/OFF 上電，XL6006 均可以電源限流點(diǎn)比較小的情況下帶載啟動(dòng)。

審核編輯：黃飛