用負(fù)載開關(guān)減少涌入電流
發(fā)布時(shí)間:2021-01-03 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】在大多數(shù)系統(tǒng)中,為了確保電源軌電壓不會(huì)出現(xiàn)壓降,電容器遍布于整個(gè)設(shè)計(jì)中。當(dāng)電源剛剛被施加到系統(tǒng)中時(shí),為這些電容器充電會(huì)導(dǎo)致一個(gè)涌入電流,如果不加以處理的話,這個(gè)電流會(huì)造成數(shù)個(gè)系統(tǒng)問題。
圖1顯示的是一個(gè)使用一個(gè)電源—DC/DC,低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器,或者外部電源—為一個(gè)下游負(fù)載供電的系統(tǒng)示例。
圖1:典型配電電路
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),電源將上升到經(jīng)穩(wěn)壓電壓。隨著電壓增加,一股涌入電流進(jìn)入未被充電的電容器。當(dāng)電容負(fù)載被切換到一個(gè)電源軌,并且必須被充電至那個(gè)電壓電平時(shí),也會(huì)產(chǎn)生涌入電流。進(jìn)入這個(gè)電容器的涌入電流的數(shù)量由電壓斜升的斜率決定,由方程式1表示:
(1)
在這里,IINRUSH 表示由電容所導(dǎo)致的涌入電流的數(shù)量,C代表總電容值,dV是斜升期間電壓的變化量,而dt是電壓斜升時(shí)的上升時(shí)間。
涌入電流帶來的問題
主要有兩個(gè)與涌入電流相關(guān)的顧慮。第一個(gè)顧慮就是電路板上的跡線和組件的絕對最大電流額定值。全部接頭和端子塊都具有特定的電流額定值,如果超過了這些額定值的話,會(huì)損壞這些部件。相似的,在進(jìn)行PCB跡線設(shè)計(jì)時(shí),都要將特定的電流承載能力考慮在內(nèi),而這些PCB跡線也存在被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
不過,在針對較大涌入電流峰值進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),將會(huì)導(dǎo)致較厚的PCB跡線和更加耐用的接頭,而這會(huì)增加總體設(shè)計(jì)的尺寸和成本。隨著涌入電流的減少,你可以優(yōu)化這些跡線和接頭,以實(shí)現(xiàn)更小巧、價(jià)格更低的設(shè)計(jì)。
第二個(gè)擔(dān)心就是當(dāng)電容負(fù)載接通至已經(jīng)穩(wěn)定的電壓軌時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。如果這個(gè)電源不能處理為這個(gè)電容器重現(xiàn)所需要的涌入電流數(shù)量,那么這個(gè)電壓軌上的電壓將被下拉。圖2顯示了這一運(yùn)行方式。
圖2:由涌入電流所導(dǎo)致的電源暫降
該如何設(shè)計(jì)來應(yīng)對涌入電流:TPS22965應(yīng)用
你可以通過增加負(fù)載電容的電壓上升時(shí)間,并且減慢電容器的充電率來減少涌入電流。所有TI負(fù)載開關(guān)(TPS229xx產(chǎn)品)均特有一個(gè)受控輸出轉(zhuǎn)換率來減輕涌入電流。圖3顯示的是針對一個(gè)負(fù)載開關(guān)的常見應(yīng)用電路。
圖3:常見負(fù)載開關(guān)應(yīng)用電路
圖4顯示的是一個(gè)5V電源,其電壓被一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器降低至1.8V。在這個(gè)1.8V電壓軌加電時(shí),在這個(gè)系統(tǒng)中施加了一個(gè)100µF的電容值。
圖4:沒有轉(zhuǎn)換率控制時(shí)的系統(tǒng)方框圖
在沒有受控上升時(shí)間時(shí),這個(gè)開關(guān)不提供任何的涌入電流管理;圖5中顯示了其結(jié)果。
圖5:沒有轉(zhuǎn)換率控制時(shí)的涌入電流和壓降
圖6顯示的是同一個(gè)系統(tǒng),不過其中的TPS22965負(fù)載開關(guān)(具有受控上升時(shí)間)控制電容負(fù)載。圖7顯示的是對應(yīng)的波形。
圖6:具有TPS22965的系統(tǒng)方框圖
圖7:在進(jìn)行轉(zhuǎn)換率控制時(shí)的涌入電流和壓降
受控上升時(shí)間防止了電源電壓的壓降,并且將涌入電流減少到可以管理的范圍內(nèi)。
較大的電容值會(huì)導(dǎo)致涌入電流,從而造成器件損壞、系統(tǒng)不穩(wěn)定或有害的運(yùn)行方式。對于涌入電流的管理來說,TI負(fù)載開關(guān)的使用是一個(gè)既小巧又省錢的解決方案。
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