DQZHAN技術(shù)訊：開關(guān)電源芯片軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)
開關(guān)電源軟啟動(dòng)電路的作用就是用于電源啟動(dòng)時(shí)，減小浪涌電流，使輸出電壓緩慢上升，減小對(duì)輸入電源的影響。請(qǐng)看軟啟動(dòng)是如何幫助燒錄器，提高燒錄的穩(wěn)定性和可靠性的。
軟啟動(dòng)，相信硬件工程師都不會(huì)對(duì)這個(gè)名詞感到陌生。隨意打開一篇開關(guān)電源芯片的datasheet，都能看到對(duì)soft-start(軟啟動(dòng))的描述。隨著芯片集成度的提高，軟啟動(dòng)電路也集成到了電源芯片內(nèi)部，這樣在減輕工程師工作的同時(shí)，也導(dǎo)致部分工程師對(duì)軟啟動(dòng)了解不夠、重視不足。那么軟啟動(dòng)電路有什么作用呢?
電源電路中通常會(huì)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(dòng)電路就是用于電源啟動(dòng)時(shí)，減小浪涌電流，使輸出電壓緩慢上升，減小對(duì)輸入電源的影響。讓我們一起來(lái)看看，在電源設(shè)計(jì)里面，加入了軟啟動(dòng)的電路，是如何保障燒錄器穩(wěn)定燒錄的。
P800是周立功致遠(yuǎn)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(dú)立、在1.25V~7V范圍內(nèi)可調(diào)的電源。在燒錄器內(nèi)部，每通道的電源都采用同一路電源VDD，并通過(guò)下圖所示的開關(guān)電路，使各通道電源相互獨(dú)立。
對(duì)上圖電路簡(jiǎn)單分析：當(dāng)控制信號(hào)EN_VDDx為高電平時(shí)，Q2飽和導(dǎo)通，Q1柵極拉低，Q1迅速導(dǎo)通，電源VDD輸出到相應(yīng)通道的VDD_OUT并供給待燒錄目標(biāo)板。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的電路，卻在進(jìn)行多通道異步在線燒錄測(cè)試時(shí)出了非常不穩(wěn)定的現(xiàn)象，到底是怎么回事呢?我們用P800對(duì)4個(gè)ARM核心板進(jìn)行異步燒錄測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)其中一個(gè)通道插入并上電初始化時(shí)，其他通道會(huì)出現(xiàn)燒錄失敗的現(xiàn)象。由于4個(gè)通道的信號(hào)線相互獨(dú)立，只有電源VDD是共用的，因此我們猜測(cè)可能是ARM板上電初始化對(duì)VDD產(chǎn)生了干擾并影響到了其他通道。
為了驗(yàn)證這一猜想，我們用示波器ZDS2022來(lái)觀察在VDD_OUTx上電過(guò)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(guò)程中，VDD從3.12V瞬間跌落至2.14V，再緩慢回升至3.12V，*大跌落幅度達(dá)980mV。由于另外3個(gè)通道的電源也由VDD提供，因此這3個(gè)通道在線燒寫失敗也就在所難免。
VDD_OUTx的上電為什么會(huì)造成VDD跌落呢?觀察波形圖我們還可以發(fā)現(xiàn)，VDD_OUTx從0V上升到2V只用了3μs，根據(jù)電容充電公式：I=C×dU / dt，VDD_OUTx的去耦電容4.7μF，據(jù)此估算出浪涌電流達(dá)3A!正如前面所述，過(guò)大的浪涌電流*終造成了輸入電源的降低。
為了限制浪涌電流，可以將軟啟動(dòng)引入開關(guān)電路中，利用Q1的導(dǎo)通阻抗RDS(on)隨VGS變化的特性，通過(guò)延緩Q1導(dǎo)通的速度，使VDD_OUTx緩慢上升到VDD。引入的軟啟動(dòng)電路如下圖的C1、R4所示。
當(dāng)Q2集電極變低時(shí)，C1通過(guò)R4放電，Q1柵極電壓隨之緩慢下降，從而控制Q1緩慢導(dǎo)通，使VDD_OUTx不會(huì)發(fā)生突變。用示波器ZDS2022觀察VDD_OUTx上電過(guò)程中VDD的變化，得到如下波形。
和加入軟啟動(dòng)之前的波形圖對(duì)比可以看到，VDD_OUTx的上升時(shí)間延長(zhǎng)到了400μs，VDD的跌落問(wèn)題也得到明顯改善。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)測(cè)試，都沒有再出現(xiàn)燒錄失敗現(xiàn)象。
就是這樣一個(gè)不起眼的軟啟動(dòng)電路，卻大大提升了編程器燒錄的穩(wěn)定性。生活中的一些小細(xì)節(jié)總能給人帶來(lái)意想不到的驚喜，工作也是如此。
