原创 使用通用电源IC实现电源时序控制（电路示例）

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。

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。

• 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”。

• 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”。

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

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。

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

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。