DQZHAN技術訊：開關電源芯片軟啟動電路設計
開關電源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(wěn)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(wěn)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。
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(wěn)定的現(xiàn)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(fā)現(xiàn)當其中一個通道插入并上電初始化時，其他通道會出現(xiàn)燒錄失敗的現(xiàn)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(chǎn)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，*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(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3A!正如前面所述，過大的浪涌電流*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(fā)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(jīng)過長時間反復測試，都沒有再出現(xiàn)燒錄失敗現(xiàn)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(wěn)定性。生活中的一些小細節(jié)總能給人帶來意想不到的驚喜，工作也是如此。
