具有多個(gè)電壓軌的FPGA和DSP電源設(shè)計(jì)實(shí)例

實(shí)現(xiàn)電源軌的受控單調(diào)上升

最后推薦的電源設(shè)計(jì)方案是在啟動(dòng)時(shí)單調(diào)上升，在圖4的上圖所示。

大容量電容的容量過(guò)大將迫使POL轉(zhuǎn)換器在啟動(dòng)期間進(jìn)入電流限制，進(jìn)而可能使轉(zhuǎn)換器反復(fù)進(jìn)出熱停機(jī)狀態(tài)而永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到期望的穩(wěn)壓輸出。對(duì)快速啟動(dòng)型線性穩(wěn)壓器而言，一個(gè)很常見(jiàn)的啟動(dòng)問(wèn)題是，如果輸入電源在啟動(dòng)時(shí)電壓下降，在輸入電容重新充電之前將暫時(shí)激活該穩(wěn)壓器的欠壓鎖定(UVLO)。這引起該調(diào)解器重復(fù)地短時(shí)停機(jī)然后恢復(fù)，導(dǎo)致輸出電壓振蕩并最終鋸齒狀上升到終值電壓。圖5顯示了由一個(gè)樣板電源供電的快速啟動(dòng)型線性穩(wěn)壓器的例子，輸入電源的電壓下降，激活UVLO并停機(jī)，該過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，最終達(dá)到期望的穩(wěn)壓輸出。

只有少數(shù)線性穩(wěn)壓器帶有可以控制啟動(dòng)過(guò)程的軟啟動(dòng)功能。在啟動(dòng)時(shí)，除非進(jìn)入熱限制或輸入軌電壓被拉下來(lái)，這些穩(wěn)壓器向輸出電容提供最高到其電流限定值的充電電流(如圖5所示)。不管是內(nèi)部固定的還是外部可調(diào)的，所有的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器都帶有某種軟啟動(dòng)。把跟在直流/直流轉(zhuǎn)換器之后的FET用作電流限制開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。圖6和圖7顯示了此類(lèi)應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例和軟啟動(dòng)的結(jié)果。

線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的常用方案有兩種，即參考電壓控制或電流限制控制。在這兩種方案中，都使用一個(gè)小的外部電容(在皮法到1μF的范圍)來(lái)控制軟啟動(dòng)定時(shí)。電壓控制的軟啟動(dòng)通常通過(guò)慢慢提升參考電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榉答伃h(huán)迫使該轉(zhuǎn)換器提供足夠的電流使輸出電壓跟隨參考電壓，輸出電壓提升的速度(dv/dt)正比于在軟啟動(dòng)期間提供參考電壓的啟動(dòng)電容。設(shè)定輸出電壓的上升速度所需要的外部電容值由一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)方程來(lái)決定。假設(shè)突入電流(inrush current)由充電大容量電容CBulk決定，突入電流將是固定的(i = CBulk ??dv/dt)，如圖4所示。讓兩個(gè)這類(lèi)軟啟動(dòng)共享同一個(gè)的軟啟動(dòng)電容可以實(shí)現(xiàn)在本系列論文第一部分所討論的比率(ratiometric)排序。

當(dāng)使用電流限制控制的軟啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換器緩慢地或以步進(jìn)方式把電流限制提升到最大值。此時(shí)，該轉(zhuǎn)換器看起來(lái)像一個(gè)電流源，把一個(gè)慢慢提高的電流提供給負(fù)載。由于電壓反饋環(huán)仍然試圖提供期望的輸出電壓，所以該轉(zhuǎn)換器將提供電流限制和各種熱保護(hù)所允許的最大電流。輸出電壓的提升速率(dv/dt)是輸出電壓的絕對(duì)數(shù)值(即一個(gè)1.2V軌將比3.3V軌提升的更快)、該軌上的阻性和容性裝載以及該轉(zhuǎn)換器的電流限制設(shè)定值的函數(shù)。