电源软启动的实用设计技巧

Diabloa

' M, {: j: R  \4 P

电源软启动的实用设计技巧

软起动电路的作用就是用于电源启动时，减小浪涌电流，使输出电压缓慢上升，减小对输入电源的影响。请看软启动是如何帮助烧录器，提高烧录的稳定性和可靠性的。
& P2 c3 Y' w! T0 r9 r- v
软启动，相信硬件工程师都不会对这个名词感到陌生。随意打开一篇开关电源芯片的datasheet，都能看到对soft-start（软启动）的描述。随着芯片集成度的提高，软启动电路也集成到了电源芯片内部，这样在减轻工程师工作的同时，也导致部分工程师对软启动了解不够、重视不足。那么软启动电路有什么作用呢？
7 y5 @! \) w/ {9 T, C0 o. N- _
电源电路中通常会存在大容量电容，给电容加上电压瞬间需要很大的浪涌电流，很可能造成输入电源的降低。软启动电路就是用于电源启动时，减小浪涌电流，使输出电压缓慢上升，减小对输入电源的影响。让我们一起来看看，在电源设计里面，加入了软启动的电路，是如何保障烧录器稳定烧录的。


6 z$ O! ?" ~: e$ z3 h
每通道都可以输出相互独立、在1.25V~7V范围内可调的电源。在烧录器内部，每通道的电源都采用同一路电源VDD，并通过下图所示的开关电路，使各通道电源相互独立。



; T# T" s1 V6 U- G! S+ U. U! R对上图电路简单分析：当控制信号EN_VDDx为高电平时，Q2饱和导通，Q1栅极拉低，Q1迅速导通，电源VDD输出到相应通道的VDD_OUT并供给待烧录目标板。这个看似简单的电路，却在进行多通道异步在线烧录测试时出了非常不稳定的现象，到底是怎么回事呢？
% p* l- h4 A! e9 y
我们用P800对4个ARM核心板进行异步烧录测试过程中，发现当其中一个通道插入并上电初始化时，其他通道会出现烧录失败的现象。由于4个通道的信号线相互独立，只有电源VDD是共用的，因此我们猜测可能是ARM板上电初始化对VDD产生了干扰并影响到了其他通道。

为了验证这一猜想，我们用示波器ZDS2022来观察在VDD_OUTx上电过程中VDD的变化，并捕获到了下面的波形图。

' Y( E: i6 x% K" U& w
- f7 r: Z( ]0 o% T. n
从波形图可以看到，在VDD_OUTx上升过程中，VDD从3.12V瞬间跌落至2.14V，再缓慢回升至3.12V，最大跌落幅度达980mV.由于另外3个通道的电源也由VDD提供，因此这3个通道在线烧写失败也就在所难免。

VDD_OUTx的上电为什么会造成VDD跌落呢？观察波形图我们还可以发现，VDD_OUTx从0V上升到2V只用了3μs，根据电容充电公式：I=C×dU / dt，VDD_OUTx的去耦电容4.7μF，据此估算出浪涌电流达3A！正如前面所述，过大的浪涌电流最终造成了输入电源的降低。

为了限制浪涌电流，可以将软启动引入开关电路中，利用Q1的导通阻抗RDS（on）随VGS变化的特性，通过延缓Q1导通的速度，使VDD_OUTx缓慢上升到VDD.引入的软启动电路如下图的C1、R4所示。


) {1 A" e  H3 B# ?/ o& O7 G2 U# n
当Q2集电极变低时，C1通过R4放电，Q1栅极电压随之缓慢下降，从而控制Q1缓慢导通，使VDD_OUTx不会发生突变。用示波器ZDS2022观察VDD_OUTx上电过程中VDD的变化，得到如下波形。
; X2 \% v- h1 E: v! v


和加入软启动之前的波形图对比可以看到，VDD_OUTx的上升时间延长到了400μs，VDD的跌落问题也得到明显改善。经过长时间反复测试，都没有再出现烧录失败现象。

就是这样一个不起眼的软启动电路，却大大提升了编程器烧录的稳定性。生活中的一些小细节总能给人带来意想不到的惊喜，工作也是如此。

6 e0 p, I. L9 i2 I1 i6 I

th2010-gc01

学习了，谢谢分享！