具有多個電壓軌的FPGA和DSP電源設(shè)計實例

實現(xiàn)電源軌的受控單調(diào)上升

最后推薦的電源設(shè)計方案是在啟動時單調(diào)上升，在圖4的上圖所示。

大容量電容的容量過大將迫使POL轉(zhuǎn)換器在啟動期間進(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)不會達(dá)到期望的穩(wěn)壓輸出。對快速啟動型線性穩(wěn)壓器而言，一個很常見的啟動問題是，如果輸入電源在啟動時電壓下降，在輸入電容重新充電之前將暫時激活該穩(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顯示了由一個樣板電源供電的快速啟動型線性穩(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過程的軟啟動功能。在啟動時，除非進(jìn)入熱限制或輸入軌電壓被拉下來，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，所有的開關(guān)轉(zhuǎn)換器都帶有某種軟啟動。把跟在直流/直流轉(zhuǎn)換器之后的FET用作電流限制開關(guān)可以實現(xiàn)軟啟動。圖6和圖7顯示了此類應(yīng)用的一個實例和軟啟動的結(jié)果。

線性穩(wěn)壓器和開關(guān)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)軟啟動的常用方案有兩種，即參考電壓控制或電流限制控制。在這兩種方案中，都使用一個小的外部電容(在皮法到1μF的范圍)來控制軟啟動定時。電壓控制的軟啟動通常通過慢慢提升參考電壓來實現(xiàn)。因為反饋環(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)正比于在軟啟動期間提供參考電壓的啟動電容。設(shè)定輸出電壓的上升速度所需要的外部電容值由一個簡單的定時方程來決定。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。讓兩個這類軟啟動共享同一個的軟啟動電容可以實現(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時，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，該轉(zhuǎn)換器看起來像一個電流源，把一個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)是輸出電壓的絕對數(shù)值(即一個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)。