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周立功內部資料:電源軟啟動的實用設計技巧

發布時間:16-03-02 09:15  作者:admin

軟啟動電路的作用就是用于電源啟動時,減小浪涌電流,使輸出電壓緩慢上升,減小對輸入電源的影響。請看軟啟動是如何幫助燒錄器,提高燒錄的穩定性和可靠性的。

  軟啟動,相信硬件工程師都不會對這個名詞感到陌生。隨意打開一篇開關電源芯片的datasheet,都能看到對soft-start(軟啟動)的描述。隨著芯片集成度的提高,軟啟動電路也集成到了電源芯片內部,這樣在減輕工程師工作的同時,也導致部分工程師對軟啟動了解不夠、重視不足。那么軟啟動電路有什么作用呢?

  電源電路中通常會存在大容量電容,給電容加上電壓瞬間需要很大的浪涌電流,很可能造成輸入電源的降低。軟啟動電路就是用于電源啟動時,減小浪涌電流,使輸出電壓緩慢上升,減小對輸入電源的影響。讓我們一起來看看,在電源設計里面,加入了軟啟動的電路,是如何保障燒錄器穩定燒錄的。

  P800是周立功致遠電子推出的4通道、多功能的在線編程器。每通道都可以輸出相互獨立、在1.25V~7V范圍內可調的電源。在燒錄器內部,每通道的電源都采用同一路電源VDD,并通過下圖所示的開關電路,使各通道電源相互獨立。

電源軟啟動

電源軟啟動

對上圖電路簡單分析:當控制信號EN_VDDx為高電平時,Q2飽和導通,Q1柵極拉低,Q1迅速導通,電源VDD輸出到相應通道的VDD_OUT并供給待燒錄目標板。這個看似簡單的電路,卻在進行多通道異步在線燒錄測試時出了非常不穩定的現象,到底是怎么回事呢?

  我們用P800對4個ARM核心板進行異步燒錄測試過程中,發現當其中一個通道插入并上電初始化時,其他通道會出現燒錄失敗的現象。由于4個通道的信號線相互獨立,只有電源VDD是共用的,因此我們猜測可能是ARM板上電初始化對VDD產生了干擾并影響到了其他通道。

  為了驗證這一猜想,我們用示波器ZDS2022來觀察在VDD_OUTx上電過程中VDD的變化,并捕獲到了下面的波形圖。

  從波形圖可以看到,在VDD_OUTx上升過程中,VDD從3.12V瞬間跌落至2.14V,再緩慢回升至3.12V,最大跌落幅度達980mV.由于另外3個通道的電源也由VDD提供,因此這3個通道在線燒寫失敗也就在所難免。

  VDD_OUTx的上電為什么會造成VDD跌落呢?觀察波形圖我們還可以發現,VDD_OUTx從0V上升到2V只用了3μs,根據電容充電公式:I=C×dU/dt,VDD_OUTx的去耦電容4.7μF,據此估算出浪涌電流達3A!正如前面所述,過大的浪涌電流最終造成了輸入電源的降低。

電源軟啟動

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為了限制浪涌電流,可以將軟啟動引入開關電路中,利用Q1的導通阻抗RDS(on)隨VGS變化的特性,通過延緩Q1導通的速度,使VDD_OUTx緩慢上升到VDD.引入的軟啟動電路如下圖的C1、R4所示。

  當Q2集電極變低時,C1通過R4放電,Q1柵極電壓隨之緩慢下降,從而控制Q1緩慢導通,使VDD_OUTx不會發生突變。用示波器ZDS2022觀察VDD_OUTx上電過程中VDD的變化,得到如下波形。

  和加入軟啟動之前的波形圖對比可以看到,VDD_OUTx的上升時間延長到了400μs,VDD的跌落問題也得到明顯改善。經過長時間反復測試,都沒有再出現燒錄失敗現象。

  就是這樣一個不起眼的軟啟動電路,卻大大提升了編程器燒錄的穩定性。生活中的一些小細節總能給人帶來意想不到的驚喜,工作也是如此。

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