标签: 时序控制

FPGA和DSP等功能复杂且需要多个电源的IC，以及需要多个系统电源的电子设备，可能会将电源的接通和关断顺序确定为一项产品规格。通用电源IC不遵守规格不仅不会正常启动，在某些情况下，甚至可能会使器件或设备受损。 多个电源开/关时的顺序称为“电源时序”。下图是通用电源IC三个系统的电源相关的时序控制示意图。 控制电源时序的方法之一是使用电源时序控制专用IC。另外，电源IC中也有配备时序控制功能的IC和具有可支持时序控制的Power Good输出等功能的IC，通过使用这些IC可以比较轻松地设计时序电路。在本系列文章中给出的电路示例，没有使用专用的电源时序控制IC以及具有时序控制功能的电源IC，而是通过仅具有输出开/关（使能）功能的通用电源IC和外部电路来实现电源时序控制。 作为示例，提供两种时序规格。后续将通过控制框图的结构、电路示例和工作示例来对每种规格进行解说。 电源时序规格①： 电源时序规格及控制框图 在时序①中，实现了将3个系统的电源按顺序导通、并按相反顺序关断的时序。 ・在实际设计之前，通过功能块来考虑实现目标工作所需的配置。 ・时序①是使用3个电源IC、4个Power Good功能和3个Discharge功能实现的。 首先，确认要实现的电源时序规格，并在设计实际电路之前通过控制模块来探讨其配置。本文会使用两个电源时序规格示例，先从第一个示例“电源时序 ①”开始。 电源时序规格① 规格①是控制3个系统的电源的时序。输入输出电压的规格和电源配置如下： 在本设计中，是由3个电源IC构成的。电源IC假定为开关稳压器（DC/DC转换器）或线性稳压器（LDO）。作为电源IC的功能，需要可以控制输出的ON和OFF的使能引脚。 下面是电源导通和关断的顺序：电源导通按照VOUT1、VOUT2、VOUT3的顺序，当VOUT1导通并达到设置电压时，VOUT2导通，同样，达到设置电压时VOUT3导通。关断的顺序与导通相反，按照VOUT3、VOUT2、VOUT1的顺序，先从VOUT3开始关断，完成后开始下一个关断。 在这里将电源导通和关断顺序的控制称为“时序控制”，但实际上某些制造商或IC类型可能会称之为“跟踪”。两者基本上可以按同义来理解。 控制框图① 下面是实现了时序规格①的控制框图。 要实现时序规格①，除了3个电源IC之外，还需要4个Power Good功能、4个Discharge功能、以及电阻和二极管，从控制框图中可以看到它们。由于框图是为了显示功能和工作而绘制的，因此省略了实际电路中所需的各IC和电路的外置部件。下面介绍各功能和作用。 ・DCDC 1、DCDC 2和DCDC 3 是独立的电源IC，它们的输出由使能（EN）引脚控制。 ・Power Good 1和2用来在电源导通时监测DCDC的输出电压，当达到目标电压时，向接下来要启动的DCDC输出“High”（以下简称“H”）信号。 ・Power Good 3和4用来在关断电源时监测DCDC的输出电压，当达到目标电压时，向接下来要关断的DCDC输出“Low”（以下简称“L”）信号。 ・Discharge模块通过在关断电源时快速释放DCDC输出电容器中的充电电荷来降低输出电压，使电源时序正常工作。 在该框图中，DCDC模块的EN和VOUT之间、Power Good模块的IN和PGOOD之间、以及Discharge模块的IN和OUT之间被设计为正逻辑。也就是说，在“H”时，DCDC处于使能状态，Power Good处于达到目标电压状态，Discharge处于输出为ON的状态。此外，Power Good模块的PGOOD引脚（输出）和Discharge模块的OUT引脚采用集电极开路或漏极开路形式。 电源时序规格①： 电源导通时的时序工作 正如在之前的文章中介绍过的，规格①的时序是依次进行1.2V、3.3V、1.5V三个系统的输出。下面将按顺序对该时序工作进行说明。在介绍中，将施加1.2V的工作表述为“第一阶段”，将施加3.3V的工作表述为“第二阶段”，将施加1.5V的工作表述为“第三阶段”，将三个系统均导通的状态表述为“电源工作时”。在各阶段的图中，与说明相对应的部分用红色来表示。 在初始状态下，Enable引脚为“L”电平，三个DCDC输出均为零。 ●第一阶段电源导通时的工作 1) 将Enable引脚设置为“H”电平以启动电源。 2) 由于DCDC 1的EN引脚通过二极管D1变为“H”，因此DCDC 1启动。 3) 当DCDC 1的输出电压从0V上升到1.2V时，Power Good 1的输出由“L”电平变为“H”电平，下一级的DCDC 2的EN引脚变为“H”电平。 4) Power Good 3和Power Good 4的IN引脚被二极管D2和D4赋予“H”电平，因此 PGOOD引脚（输出）保持高阻抗。 ●第二阶段电源导通时的工作 1) DCDC 2的EN引脚变为“H”电平，因此DCDC 2启动。 2) 当DCDC 2的输出电压从0V上升到3.3V时，Power Good 2的输出由“L”变为“H”，下一级DCDC 3的EN引脚变为“H”。 ●第三阶段电源导通时的工作 1) DCDC 3的EN引脚变为“H”电平，因此DCDC 3启动。 2) DCDC 3的输出电压从0V上升到1.5V，至此，三个系统的电源均处于工作状态（电源工作时的主要节点状态见单独给出的图示）。 电源时序规格①：电源关断时的时序工作 正如在之前的文章中介绍过的，规格①的时序是依次进行导通和关断的1.2V、3.3V、1.5V三个系统的输出。本文将继前一篇电源导通时的时序，来说明电源关断时的时序工作。电源按1.5V、3.3V、1.2V的顺序关断。在说明中，将关断1.5V的工作表述为“第一阶段”，将关断3.3V的工作表述为“第二阶段”，将关断1.2V的工作表述为“第三阶段”。在各阶段的图中，与说明相对应的部分用红色来表示。 第一阶段电源关断时的工作 1) 将Enable引脚设置为“L”电平以关断电源。 2) 由于DCDC 3的EN引脚通过二极管D6变为“L”，因此DCDC 3关断。 3) 同时，Discharge 3的IN引脚也变为“L”，因此Discharge 3的OUT引脚变为低阻抗。这使得DCDC 3的输出电压快速向0V变化。 4) 当DCDC 3的输出电压变低时，Power Good 4的输出电压由“H”变为“L”，因此前段DCDC 2的EN引脚和Discharge 2的IN引脚变为“L”。 第二阶段电源关断时的工作 1) DCDC 2的EN引脚变为“L”电平，因此DCDC 2关断。 2) 同时，Discharge 2的IN引脚也已变为“L”，因此Discharge 2的OUT引脚变为低阻抗。这使得DCDC 2的输出电压快速向0V变化。 3) 当DCDC 2的输出电压变低时，Power Good 3的输出电压由“H”变为“L”，因此前段DCDC 1的EN引脚和Discharge 1的IN引脚变为“L”。 第三阶段电源关断时的工作 1) DCDC 1的EN引脚变为“L”电平，因此DCDC 1关断。 2) 同时，Discharge 1的IN引脚也已变为“L”，因此Discharge 1的OUT引脚变为低阻抗。这使得DCDC 1的输出电压快速向0V变化。 3) 这样就完成了三个系统所有的电源关断工作。 下一篇将会探讨使用通用电源IC实现电源时序控制时实际的电路，以及使用通用电源IC实现电源时序控制时常数等的设置示例。 电源时序规格①：实际的电路和常数计算示例 实现电源时序的电路示例如下所示。三个系统的DCDC 1～3假定为开关稳压器或线性稳压器（LDO）。每个DCDC都有使能（EN）引脚，可以控制输出的开和关。 实现电源时序①的电路示例 ●Power Good模块 共有4个Power Good模块，是使用电压监控ICBD4142HFV来实现Power Good功能的。IC1和IC3用于检测电源导通时DCDC输出电压是否上升到设定值，IC2和IC4用于检测电源关断时DCDC输出电压的下降情况。下图为包含BD4142HFV内部功能模块在内的Power Good电路。 由BD4142HFV组成的Power Good功能 该IC内置有迟滞比较器，基准电压为0.5V（见IC功能模块），可以使用外置分压电阻设置想要检测的电压。用来检测DCDC输出电压上升情况的IC1和IC3，需要根据DC/DC的输出电压进行该设置。检测电压VPGOOD可通过公式1-1来计算。 时序电路示例的VOUT1为1.2V，IC1的PGOOD设置为当达到输出电压的90%时输出一个标志。如果检测电压设置得过高（如95%），当输出电压因负载波动而瞬间下降时，PGOOD输出将变为“L”，会造成后段DCDC瞬断的问题。因此需要在了解了DCDC的负载波动和压降（负载响应）特性后，再确定检测电压。 在90%时的检测电压为1.2V×0.9＝1.08V。电阻值可以根据公式1-1来计算。计算出来的电阻值已在电路示例的IC1处标出，公式1-1中的R2对应于电路示例中的R6：15kΩ＋R7：82Ω，R3对应于R8：13kΩ。将这些值代入后公式如下，结果表明该常数是可以获得所需的1.08V的常数。 从公式中可以看出，需要针对VPGOOD确定电阻值，以使R2和R3施加到IN引脚的分压电压变为内部基准电压0.5V。电压是由电阻比决定的，但由于该分压电阻也是DCDC的负载，因此采用10kΩ级的电阻值比较合适。但是，R2和R3的总和要在300kΩ以内。如欲了解更详细的信息，请参阅IC的技术规格书。 这样，基本的常数就确定了，但作为设计，还需要确认设置值（检测电压）的容差。BD4142HFV的检测电压容差为±1.8%。因此，PGOOD的范围是从88.4%（90%－1.8%＝90×0.982）到91.6%（90%＋1.8%＝90×1.018）。 另外，由于有10mV的迟滞，因此检测解除电压为90%×（0.5V－10mV）÷0.5V＝88.2%，范围为88.2%×0.982＝86.6%到88.2%×1.018＝89.8%。 此外，BD4142HFV在PGOOD标志输出中也可以有延迟时间tDELAY。在这种情况下，要将电容器C2连接到DLY引脚。延迟时间和电容器C2的值可以通过公式1-2来计算。 当DCDC的输出电压降至约0.5V以下时，在电源关断时工作的PGOOD的IC2和IC4将会停止检测（PGOOD输出将从“H”变为“L”）。这是直接使用BD4142HFV已设置好的检测电压。 ●放电电路 在该电路中，分立结构的放电电路连接到每个DCDC。如下图所示，该电路由NPN晶体管和电阻组成。第一段的晶体管是简单的逆变器电路，第二段是集电极开路开关。第二段导通时，在DCDC关断时主要是释放输出电容器的残余电荷，使VOUT迅速下降。输出电压的下降时间根据与第二段晶体管的集电极串联的电阻（下图中的R4）值来调整。 放电电路 ●二极管 时序电路示例中各处的二极管用于控制逻辑工作。由于二极管的正向电压VF会影响“L”电平的信号电压，因此需要使用VF较低的肖特基势垒二极管来确保“L”电平的电压值。 对使用通用电源IC实现电源时序控制时实现电源时序①的整个电路、以及作为DCDC之外的外围电路的Power Good模块、放电电路、二极管的介绍就到这里。 电源时序规格①：实际工作示例 下面的电路是实现上一篇中的的电源时序①的电路示例。在这里再次给出是为了便于确认电路工作。 接下来是实际的工作波形。 在施加VIN 5.0V的状态下，将控制VOUT的开/关工作的Enable设置为“H”电平时，VOUT开始启动。 首先是通过DCDC 1实现VOUT1的1.2V启动并上升。在波形图中是黄色部分。 当VOUT1达到为Power Good模块IC1设置的阈值VOUT1的90%电压时，PGOOD输出启用DCDC 2，第二个输出VOUT23.3V（黄绿色）开始上升。 同样，当VOUT2达到90%的电压时，Power Good模块IC3启用DCDC 3，第三个输出VOUT31.5V（浅蓝色）开始上升。 这是启动时的时序工作。 关断时，以与启动时相反的顺序从VOUT3开始关断。 当将Enable设为“L”电平时，DCDC 3直接被禁用并关闭，同时放电电路导通，在设定时间内将VOUT3降至接地电平的程度。 当VOUT3低于Power Good模块IC4的阈值0.5V时，IC4的PGOOD输出会禁用DCDC 2并同样导通放电电路以降低VOUT2。 当VOUT2低于Power Good模块IC2的阈值0.5V时，如前一阶段一样，IC2的PGOOD输出会禁用DCDC 1并导通放电电路以降低VOUT2。 这样就完成了三个关断时序并关闭所有输出。 来源：techclass.rohm

需求是这样的： 1、在远程设置6个常开按钮。按下单个按钮，响铃、灯亮；松手灯还亮，铃不响。 2、机房内设备维修完毕，手动复位灯灭 。 3、如同是按多个按钮，响铃，对应回路灯亮，松手按钮铃不响，灯亮。配需六个复位按钮。 这个方案用24V继电器，24V灯，24V铃。 亮灯开关用双联的常开，复位开关用常闭的。任意一个亮灯开关按下后，电铃响。 继电器得电吸合，同时锁住，让灯点亮。松开开关后，电铃不响了。但灯还亮着，按复位开关后，灭灯。