這篇文章探討一種在許多電池驅動(dòng)產(chǎn)品中存在的特性。當一個(gè)電路首次獲得供電時(shí)，在建立穩定操作狀況期間會(huì )出現高尖峰電流。雖然全新或剛充滿(mǎn)電的電池可以有可靠且符合預期的性能表現，但如果電池電量不是很滿(mǎn)時(shí)就不能支持高啟動(dòng)電流(亦稱(chēng)為涌浪電流)。隨著(zhù)電池電量逐漸消耗，它的內部電阻不斷增加，導致在負載下的電壓下跌更大。啟動(dòng)時(shí)尖峰電流所造成的更大電壓下降將觸發(fā)電源欠壓關(guān)閉機制。
在關(guān)閉過(guò)程中，電池電壓會(huì )回復過(guò)來(lái)，使電源再次啟動(dòng)并產(chǎn)生高涌浪，進(jìn)而再次激發(fā)另一回欠壓情況。結果，設備在啟動(dòng)(ON)與關(guān)閉(OFF)狀態(tài)之間來(lái)回，導致用戶(hù)不滿(mǎn)，還會(huì )迫使用戶(hù)過(guò)早更換電池或為電池充電。
電池使用壽命是用戶(hù)做出購買(mǎi)決定的重要因素，所以任何機制如果能夠影響電池的預期使用壽命，都會(huì )為最終產(chǎn)品創(chuàng )優(yōu)增值。
把軟啟動(dòng)定為例行程序，讓電流在一段受到控制的時(shí)間內提升到系統要求的數值，可以避免由涌浪電流造成的問(wèn)題。例行軟啟動(dòng)的操作有兩大優(yōu)點(diǎn)。首先，它使輸出電壓不會(huì )上升得太快，能夠防止輸出電壓過(guò)沖或顯著(zhù)降低過(guò)沖的幅度。
第二，當一枚已部分放電的電池放出大涌浪電流時(shí)，它能夠避免出現隨之而來(lái)的電壓大跌。例行軟啟動(dòng)減少了涌浪電流的幅度，所以亦減少了在啟動(dòng)時(shí)出現的電壓下降，從而使電池電壓高于會(huì )觸發(fā)系統欠壓關(guān)閉的臨界值。
對某幾類(lèi)器件來(lái)說(shuō)，軟啟動(dòng)可輕易部署。例如低壓差(LDO)穩壓器只要利用柵極控制，便能輕松實(shí)施軟啟動(dòng)及涌浪電流保護。至于DC-DC轉換器，部署方法就要視乎器件是屬于降壓還是升壓穩壓器。
降壓轉換器以及某些升壓轉換器并沒(méi)有啟動(dòng)模塊。如果在最懷的情況下，也就是當輸入電壓到了最低時(shí)，仍足以為芯片的所有模塊提供電壓，那就好辦了，因為系統可以借著(zhù)最大電流偵察器去限制電流，而這個(gè)限制在過(guò)了一段固定時(shí)間后，又或當一組輸出電壓達到了預定值時(shí)便會(huì )解除。這是一個(gè)非常有吸引力的特性，因為芯片可維持在正常操作模式。
不過(guò)，某些升壓轉換器包含了一個(gè)啟動(dòng)模塊。當這些系統以升壓模式操作，輸入電壓就會(huì )低于電壓要求，因而轉換器的輸出會(huì )被用于轉換器的供電。在這種情況下，實(shí)施軟啟動(dòng)便變得復雜，因為例行程序必須在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中限制電流，直至輸出達致所需的輸出電壓。這表示軟啟動(dòng)機制必須同時(shí)在電池供電及轉換器輸出供電上運作。
與此同時(shí)，標準線(xiàn)性芯片是為廣闊的應用而設計，能配合多種相關(guān)零件，這使軟啟動(dòng)的部署更趨復雜。這亦表示在不同的應用中，達到輸出要求所需的時(shí)間也各異。因此，為多種產(chǎn)品及應用提供一種通用軟啟動(dòng)解決方案變得極具挑戰性。
現在，隨著(zhù)奧地利微電子公司推出了一種嶄新的器件，在一個(gè)產(chǎn)品平臺上實(shí)施軟啟動(dòng)便大為簡(jiǎn)化。AS1344不僅為絶大部分應用提供完整的啟動(dòng)解決方案，亦帶來(lái)一系列啟動(dòng)期間的最大電流選擇。這讓系統可以調節達致所需輸出電壓的時(shí)間。
圖1展示了AS1344的方塊圖。兩個(gè)PMOS開(kāi)關(guān)在關(guān)閉期間都處于OFF狀態(tài)(輸出與輸入解除連接，以制止電流在關(guān)閉期間流動(dòng))；兩者在正常操作模式下則保持ON狀態(tài)。
圖1：AS1344的方塊圖。
然而，在啟動(dòng)過(guò)程中，只有一個(gè)PMOS開(kāi)關(guān)(那個(gè)與VIN連接的開(kāi)關(guān))處于ON狀態(tài)。因此，設計人員可透過(guò)改變那個(gè)連接在電池與VIN之間的外部電阻之數值，去調節啟動(dòng)期間系統所容許通過(guò)的最大電流。這個(gè)電阻將永久限制流向VIN的電流。
在DC/DC轉換器達到要求的輸出電平之后不久，由VDD到SW的開(kāi)關(guān)便會(huì )啟動(dòng)，換言之，器件將處于正常操作模式。這讓更大的電流可以通過(guò)，以支持更高的負載電流，帶來(lái)更具效率的系統。
圖2及圖3展示了這些效應。我們憑圖2可知如果輸入電壓為1.8V，設計便能透過(guò)一個(gè)3Ω的外部電阻，把涌流電流限制于200mA左右。至于圖3則顯示，當輸入電壓為2.4V，電阻值一樣是3Ω的話(huà)，最高涌浪電流值將約為400mA。
圖2：如果輸入電壓為1.8V，設計便能透過(guò)一個(gè)3Ω的外部電阻，把涌流電流限制于200mA左右。
圖3：當輸入電壓為2.4V，電阻值一樣是3Ω的話(huà)，最高涌浪電流值將約為400mA。
我們從表1可看到同樣在2.4V輸入電壓下，不同外部電阻(0Ω到3Ω)所造成的各個(gè)最大涌浪電流值及啟動(dòng)時(shí)間。這個(gè)列表清楚顯示出，系統如無(wú)外部電阻(即Rv=0Ω)，就可快速啟動(dòng)，且有大涌浪電流通過(guò)。
表1：在2.4V輸入電壓下，不同外部電阻(0Ω到3Ω)所造成的各個(gè)最大涌浪電流值及啟動(dòng)時(shí)間。
設計人員可通過(guò)采用AS1344選擇單一的外部電阻值，輕松控制涌浪電流。OEM借著(zhù)在不同電路設計使用這種單一升壓轉換器，便有機會(huì )減少采購成本，同時(shí)簡(jiǎn)化供應鏈和倉存要求。 |
