电源软启动设计保证烧录稳定性 稳定性, 电源

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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？

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。



P800是周立功致远电子推出的4通道、多功能的在线编程器。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。



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？

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。



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。



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。



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。