关于36V器件不能直接在36V输入下使用的原因分析

7272B是一个不完整的型号，但我知道网友在说什么，它是RT7272B的简称。根据规格书的定义，RT7272B是一个“3A, 36V, 500kHz Synchronous Step-Down Converter”，其推荐的输入电压范围是4.5V~36V，输出电压范围是0.8V~30V，负载电流可达3A，工作频率为500kHz，转换效率可以高达95%。实际上，Buck转换器的输出电流能力与其开关管电流限制值密切相关，而RT7272B的这个参数可在2A~6.3A之间调节，所以，我认为RT7272B的可输出电流能力远不是3A的描述那么简单的。说了这么多，和网友的问题有关的参数却还没有提到，这项参数是输入端能够承受的绝对最大额定值：40V。它在规格书中是这样表达的：

项目这么多，对我们的主题有用的就是第一行：Supply Input Voltage, VIN___-0.3V to 40V。但我还是喜欢把尽可能多的信息展示出来，对于新手来说，每一条信息都是有用的，我得兼顾到他们的需求，老手就原谅我吧！先谢谢啦！

推荐工作电压最高36V的器件却不能在36V输入下工作，原因已经被网友指出了：浪涌。

什么叫浪涌？百度百科是这样说的：“浪涌（Electrical surge），顾名思义就是瞬间出现（的）超出稳定值的峰值，它包括浪涌电压和浪涌电流。”有文字纠结症的我对这段话不太喜欢，只因为它说到了“值”。没有测量，哪里来的值呢？正确的描述应该是对现象进行的，但我们最好还是不要去纠结文字问题，你可以自己把这段话转换为形象的事物来理解，就像这个样子：

本来平静的海面，受到来自远处的水流的冲击，下面的陆地和海水将水面越抬越高并且开始回流，后来的水流无处可去，它们只好往高处走，最后再将空气击穿，狠狠地砸下来，让巨大的能量得到暂时的宣泄，海面重新回到平静状态。

在上面这个图中，我们把由RT7736构成的AC/DC转换器和RT7272B构成的DC/DC转换器连接在一起，构成我们想要谈论的系统，让我们来看看浪涌是如何形成的。

按我的理解，浪涌最容易形成的时候是负载发生急剧变化的时候。如果我们要看RT7272B本身的负载发生急剧变化时的浪涌，我们可以从其规格书中看到：

当RT7272B的负载从3A跳变为0.3A时，其电感中的电流对此变化是没有准备的，它们将继续流动，但由于负载已经减小，从电感流出的电流将进入输出电容并造成电荷的堆积，从而使输出电压急剧升高。RT7272B的反馈系统在感知到输出电压升高以后将使其占空比降低，减小甚至完全停止向输出端供应电流，直至输出电压恢复到常态才进入正常的连续开关状态。

借助免费的自动设计、仿真工具Richtek DesignerTM的帮助，我们可以看到上述过程是如何进行的：

当负载电流急剧减小的时候，PWM信号的占空比急剧降低，让电感电流有机会从高处急速降下来，但这些电流仍然会造成输出电压的升高。

这一仿真使用的模型是RT7257的，其控制架构和RT7272B（其模型还没有建立起来）类似，仿真中使用的电路及其参数如下图：

负载的突然降低造成的是输出电压的升高隆起，而瞬间大电流负载的出现则必然造成DC/DC输出电压的下跌和占空比的上升，下图是仿真系统告诉我们的真相：

跳出DC/DC本身的圈子，我们重新回到开头提到的大系统里去看问题。

作为负载的DC/DC转换电路的输入端总是存在电容的，而电容的内阻总是很低的。当你要把这个电路接入一个开着的电源输出端时，前级电源输出电容里现存的电荷就会顺着导线以极高的速度流入后级的电容中，能够限制其速度的因素就是传输线的寄生电感和电容的内阻。快速流入的电荷将迅速提升DC/DC输入端的电压，但也同时降低了供电源的输出电压，于是其反馈电路通知其调整电路加紧响应，开始调集新的能量补充其输出端的电压损失使输出电压得到提高。

经传输线流向负载的电流在传输线寄生电感中形成一个惯性系统，即使负载端的电压已经和电源输出端的电压相等了，电流仍然会继续流动，只是其电流会开始下降而已，但这仍将造成负载端的电压高过供应端的电压。高多少呢？不知道，这和多种因素有关：电流、电压大小及其变化，电容大小、电感大小等等。如果你一定要计算，这些公式你一定会用到：

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当负载端的电压高过供应端的电压以后，必然形成反向流动的电流。如果这波电流和供电源的自动响应生成的弥补其输出端电压损失而生成的电流撞击在一起，其形成的浪花一定会很好看，它们将共同推高AC/DC输出端的电压，而这升高了的电压最终也一定会出现在DC/DC的输入端。当AC/DC系统看到输出电压太高的时候，它又会调整其占空比试图使输出电压降低，这样的过程反复进行，我们就可能看到反复波动的电压振荡过程。

由波动过程造成的高电压对IC造成伤害的过程并不需要很久，只要有一个脉冲超过其耐受极限就够了。这种伤害通常造成芯片内部被击穿，漏电流出现，功能不再正常，甚至完全失去功用。在最近的一起客诉案件中，日本客户返回的样品RT8064就出现了类似的问题，在我们的样品分析报告中有这样的内容：

这部分内容提示我们芯片的输入端出现了异常的漏电现象，而这种损伤在打开芯片封装以后看起来是这样的：

这种损伤非常微小，必须借助显微镜才能看到，这些照片就是放大以后的结果呈现。

如果一个AC/DC必须面临某种特殊的负载接入方式，我们就必须对其响应特性进行调节，使之能够在面对相应的状况时不要出现过激的反应，避免对其负载造成冲击。只是这样的想法在现实中常常是一种奢望，根本没有实施的可能性。

上面所述的状况还仅仅是将DC/DC直接接入已稳定的电源输出端时可能发生的状况。如果再考虑DC/DC自身的工作和其负载的影响，我们将发现更多。Buck电路的输入电流是断续的，而断续的电流又会在电感上生成电压尖峰，我们在设计的时候都需要将输入电容紧靠输入端放置，就是为了将这样的问题消灭于无形之中，一旦我们的设计上存有缺陷，其影响就开始表现出来了。

了解了原理以后，我们就可以知道为什么可在36V工作的RT7272B在36V电源下工作时容易出问题，同时，问题的解决之道也可以被提出来。

第一 . 我们应当避免负载的急剧变化，避免供电源的激烈响应过程。要避免负载的急剧变化是不容易的，但我们至少可以确保将RT7272B和电源连接在一起以后再开启电源，这样就可以避免突然接入造成的冲击，只是这样做是有条件的，你得要把两个部分装配在一起。当传输线、接插头都是无法避免的时候，我们可以采取第二种方法。

第二 . 在RT7272B的输入端设置具有精确触发电压的过压抑制元件，还要保证其具有强大的能量吸纳能力，因为你很难保证过压的状况不会持续发生，如果其吸纳能力太低，可能很快就被烧毁了。（我本来猜想TVS管是可以被用于这样的场合的，但它们的精度大概不能满足要求。）

第三 . 终极的解决办法，把多出来的电压统统吸收掉，让RT7272B只能看到干净的36V电压，确保其输入不会超出40V的最高限制。这要怎么做呢？我曾经介绍过一款具有过压过流限制功能的高耐压器件——RT1720，其产品名称就被称为“具有故障定时器的60V热插拔控制器”，其输出电压最高可为60V，输入端则可在4.5V~80V的范围内工作，可以耐受-60V~90V的电压冲击，而输出电流则是根据需要来进行设定的。把这样的器件和RT7272B结合在一起来进行设计，你就可以把外来的过高电压统统滤除掉，使RT7272B工作在平安的环境里。