R课堂|升压型DC-DC转换器关断时的工作

本文的关键要点

・二极管整流升压型DC-DC转换器关断时，输出不会变为0V，而是会输出V_IN-V_F的电压。

・同步整流升压型型DC-DC转换器关断时，受高边开关所用FET的寄生二极管影响，也会输出V_IN-V_F的电压。

・由于关断时输出的电压很低，因此负载电路可能会发生误动aa作，流经负载电路和电压设置电阻的电流会导致待机功耗增加。

・具有背栅控制功能的同步整流升压型DC-DC转换器，可以通过取消寄生二极管来使关断时的输出变为0V，从而防止负载电路误动作和待机功耗增加。

通过关断降压型DC-DC转换器停止其开关工作，使输出电压变为零，停止向负载电路供电，此时电源消耗的唯一功耗是电源电路关断时的自耗电流。然而，对于升压型DC-DC转换器而言，大多数情况下，即使因停止开关而停止升压工作，电源电压V_IN在输出时也不会被升压。受流入与输出端连接的电路的电流影响，可能会流过比电源电路关断时的自耗电流更多的电流，这可能会导致计算待机消耗电流时出现问题。

在本文中，我们将分“二极管整流升压型DC-DC转换器”、“同步整流升压型DC-DC转换器”、“流经电压设置电阻的电流造成的待机电流消耗”和“带背栅控制功能的同步整流方式”几部分，来介绍升压电源关断时对输出电压的影响及对策。

在二极管整流方式中，由于存在从V_IN经过电感器和整流二极管的路径，因此即使开关工作因关断而停止，V_OUT也会输出（V_IN-V_F）的电压。由于电压仍然施加在负载电路上，在某些V_IN电压条件下，负载电路会消耗电流，待机消耗电流会增加。另外，向负载电路施加半途而废的低电压可能会导致误动作，某些情况下需要配备输出截止电路。

在同步整流的情况下，高边开关使用的是FET，在关断时，高边开关会因为没有栅极驱动而处于OFF状态。然而，FET的寄生二极管会形成电流路径，因此V_OUT还是会输出（V_IN-V_F）的电压。

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电源有连接到V_OUT的电阻分压器，用来设置输出电压。在工作时，会有V_OUT÷（R1+R2）的电流流过该电阻。当电源关断时，V_OUT电压下降，流过电压设置电阻的电流减少，但待机消耗电流会增加。可以通过增加电阻值来减小该电流，但该电阻器需要能够承载误差放大器输入偏置电流100倍以上的电流。如果不能承载这样大的电流，则输出电压V_OUT将因温度等因素导致的输入偏置电流波动而发生较大变化，从而影响输出电压误差，因此不能随便增加电阻值。2000年以前的电源IC，很多是双极型产品，输入偏置电流为数十微安（μA）级，因此需要从电压设定电阻上流过数毫安（mA）级的电流。然而，2000年以后的电源IC，CMOS产品已经普及，输入偏置电流已降至纳安（nA）级，流经电压设置电阻的电流也降至数十微安（μA）级。即便如此，如果是移动设备等通过电池供电的应用，微安（μA）级的电流消耗也会影响续航时间，甚至导致问题发生。

为了消除电压设置电阻造成的电流消耗并减少待机消耗电流，一些电源产品会内置可在关断时将电压设置电阻与GND断开的开关。

在IC中内置有高边开关FET的同步整流方式电源IC，有些产品具有向FET的背栅施加偏压的电路，可通过控制该电路来消除寄生二极管。这个开关可以切断FET的寄生二极管形成的电流路径，因此在关断时输出电压会变为0V，从而可以防止负载电路发生误动作，并确保电源复位，还能消除电压设置电阻和负载电路导致的电流消耗（使该消耗电流为零）。