数字电源 UCD9224 与UCD7232 应用中输出电压关机负过冲的分析及解决

图 7：3.3V 与 SRE 信号

根据UCD9224芯片的硬件设计，其供电电压下降到2.8V时会处于reset模式。而其进入reset模式后，SRE_1A引脚和SRE_1B引脚变更为高阻态，SRE_2A引脚和SRE_3A引脚变为低电平态（被 UCD9224强制拉低到地）。

同时，由于UCD7232芯片内部对SRE管脚有弱上拉（上拉到3.3V），因此，SRE_1A和SRE_1B的电压信号会出现反弹并下降缓慢，而SRE_2A和SRE_3A的电压信号可以迅速下降到0。

4． 解决措施

考虑到SRE_1A和SRE_1B在UCD9224进入reset模式后变为高阻态，引脚电压下降缓慢，因此可以添加下拉电阻以快速拉低上述引脚的电压。下拉电阻的阻值需要小于3.74Kohm，以保证SRE管脚的残留电压低于低电平判定阀值0.9V。

图8显示的是添加两颗下拉电阻（1Kohm）后的关机波形（CH4为SRE_1A；CH1为SRE_1B；CH3为输出电压），负载电流为3A。可以观察到，SRE_1A和SRE_1B在关机过程中没有反弹，而是快速下降到0V。因此，输出电容只通过负载放电，没有负过冲。

图 8：添加下拉电阻后的关机波形图	图9：空载关机时的输出电压波形

5． 常规供电设计的输出电压负过冲

上述电源系统的特殊之处在于采用了3.3V和12V分开的供电架构。在该应用中，当关闭3.3V后，12V还处于稳定状态，即SRE_1A和SRE_1B进入高阻态后，UCD7232还正常工作，这让BUCK下管长时间导通成为了可能。然而，在采用常规供电设计时，同样会存在负过冲的异常情形。

5.1 常规供电设计及输出电压的负过冲

常规供电架构的设计为3.3V通过LDO由12V转换得来，因此整个电源系统的输入电压只有 12V。图10显示的即为采用常规供电架构设计的数字电源系统框图（局部）。

图9显示的是关闭12V时的关机波形（CH1为输出电压，CH3为SRE_1B），输出端空载。可以观察到，当关机动作发生后（对应于SRE_1B下降到0的时刻），由于是空载，输出电压几乎保持不变；经过大约2.8ms后，SRE_1B又上升，此时，输出电压快速下降到0V，并伴随有负过冲。

图 10：常规供电架构设计（局部）

5.2 输出电压的负过冲分析及结论

基于本文之前的分析，怀疑图9中 SRE_1B下降到0之后的上升依然是因为UCD9224 进入reset模式而使SRE_1B变为高阻导致。基于此，展开测试与分析。

图11测试了关机时12V（CH3），SRE_1B（CH4）和SRE_2A（CH1）的波形。可以观察到，SRE_1B再次变为高的时刻，SRE_2A依然保持为低。

图12测试了关机时V33D（CH4，3.3V），BPCAP（CH1，1.8V）和SRE_1B（CH3）的波形。可以观察到SRE_1B再次变高的时刻，UCD9224的3.3V下降到了2.6V左右，芯片处于reset 模式。

综合上述信息可知，常规供电架构设计中，空载关机时的输出电压负过冲依然是由于 SRE_1A和SRE_1B进入了高阻态导致。为消除该负过冲，同样可以在SRE_1A和SRE_1B引脚添加下拉电阻来完成。

图11：SRE_1B和SRE_2A引脚的波形	图12：SRE_1B，3.3V和1.8V的波形

5.3 其它规避措施

在关机动作发生后，12V电压逐渐下降，会首先触发欠压保护（欠压保护点由软件设置），系统关机，DPWM和SRE被拉低，输出关闭；随着12V的继续下降，触发UCD7232的欠压保护，FLT引脚变为高，并上报给UCD9224。图13完整的显示了上述过程。（图13的CH4为3.3V电压波形，CH3为SRE_1B引脚信号，CH1为FLT引脚信号）

由该波形可知，SRE_1B再次上升时，由于UCD7232还处于正常工作状态（FLT还为低），因此BUCK下管可以正常导通，造成输出电压的负过冲。如果将系统欠压保护点设置的略低一些，或减缓3.3V的下降速度，以保证UCD9224进入reset模式时，UCD7232已经处于欠压保护状态，则输出电压的负过冲亦可以避免。

图 13：SRE_1B 与 FLT

为减缓3.3V的下降速度，可使用Dropout电压较小的LDO，如TPS79333（VDROPOUT=0.18V）。由图11和图12对比可知，当前方案下使用的LDO具有较大的Dropout 电压（6.9V-2.6V=4.3V）。如使用TPS79333，当UCD7232触发4.1V欠压保护停止工作时，UCD9224仍能得到稳定的3.3V供电，也就避免了进入reset模式。

6． 结论

在只关闭3.3V的应用场景中，输出端无论是否带载，输出电压都会出现负过冲；而在采用常规供电设计的系统中，关闭12V时，如果输出端空载，同样会出现负过冲问题。输出电压负过冲的根因是UCD9224在处于reset模式后，SRE_1A和SRE_1B引脚变为高阻态，其电压有反弹并下降缓慢导致。解决措施是在SRE_1A和SRE_1B引脚各增加一颗下拉电阻。实测发现，该解决措施简单有效。

7． 参考文献

1. UCD9224 datasheet,