标签: 电源时序

从本文开始将介绍使用通用电源IC实现电源时序控制时时序电路的第二个例子。首先，确认要实现的电源时序规格，并通过控制模块来探讨其配置。 电源时序规格② 电源时序规格②与①一样有3个系统的电源时序，但时序不同。输入输出电压的规格、电源配置及时序如下： 规格②的设计由3个电源IC组成。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。 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。关断时序与输入时序一样，按照VOUT1、VOUT2、VOUT3的顺序，当VOUT1关断完成后，VOUT2关断，然后VOUT3关断。 控制框图② 下面是实现了时序规格②的控制框图。 要实现时序规格②，除了3个电源IC之外，还需要2个Power Good功能、3个Discharge功能，另外还需要上拉电阻。框图是为了显示功能和工作而绘制的，在实际电路中，还需要其他外置元器件。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。 ・在关断电源时，Power Good 1和2均用来监测DCDC的输出电压，当低于目标电压时，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②：电源导通时的时序工作 如上一篇文章所述，规格②的时序是1.2V、1.5V、3.3V这三个系统的输出按照该顺序依次导通并按相同顺序依次关断。下面分步讲解电源导通时的时序工作（关断时的时序工作将在下一篇文章中进行讲解）。在下面的讲解中，将施加1.2V的工作表述为“第一阶段”，将施加1.5V的工作表述为“第二阶段”，将施加3.3V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”。在图中，与各阶段的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设置为“H”电平以启动电源。 2) DCDC 1的EN引脚变为“H”电平，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。 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1.5V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3.3V，至此，三个系统的电源均处于工作状态。*参见“电源工作时的主要节点状态”图。 以上是使用通用电源IC实现电源时序控制时电源时序规格②的电源导通时的时序工作。在下一篇文章中，将会介绍使用通用电源IC实现电源时序控制时关断时的时序工作。 电源时序规格②：电源关断时的时序工作 如此前的文章所述，规格②的时序是1.2V、1.5V、3.3V这三个系统的输出按照该顺序依次导通并按相同顺序依次关断。在说明中，将关断1.2V的工作表述为“第一阶段”，将关断1.5V的工作表述为“第二阶段”，将关断3.3V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) DCDC 1的EN引脚变为“L”电平，因此DCDC 1关断。 3) 同时，Discharge 1的IN引脚也变为“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。 4) 当DCDC 1的输出电压变低时，Power Good 1的输出电压由“H”变为“L”，因此下一段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 2的输出电压由“H”变为“L”，因此下一段DCDC 3的EN引脚和Discharge 3的IN引脚变为“L”。 ●第三阶段电源关断时的工作 1) DCDC 3的EN引脚变为“L”电平，因此DCDC 3关断。 2) 同时，Discharge 3的IN引脚也已变为“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。 3) 这样就完成了三个系统所有的电源关断工作。 以上是使用通用电源IC实现电源时序控制时电源时序规格②的电源关断时的时序工作。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和常数等的设置示例。 电源时序规格②：实际的电路和常数计算示例 实现电源时序②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。 ●Power Good模块 有两个Power Good模块。在规格①中，Power Good功能是使用电压监控IC BD4142HFV 实现的，但在规格②中，则由下图所示的同相迟滞比较器实现，IC则使用比较器IC BA8391G 。 启动时的检测电压VH和关断时的检测电压VL之间设有较大的迟滞电压。这使得通过1个器件来检测启动时和关断时的电压并输出控制信号成为可能。 下面以上述电路示例中的VOUT1为例，计算每个常数。VOUT1为1.2V，IC1的PGOOD设置为在达到输出电压的90%时输出一个标志。启动时的检测电压VH为1.2V×0.9，即1.08V。关断时的检测电压VL设置为0.5V。这是即使在每个电源之间施加反向电压，寄生元件大概也不会导通的电压。 比较器的阈值电压VTH设置在VH和VL之间的中点，如下所示。该值可以通过公式2-1来计算。 另外，VTH也可以用公式2-2来表示，当为了求得R2而将公式2-2变形后，就成为公式2-3。 设R1为47kΩ，VCC由VIN提供所以是5V，R2根据以下公式变为8.8kΩ。从E24系列电阻阻值速查表中选择标称电阻值9.1kΩ。 R3选择与反相输入引脚（－IN）的阻抗相同的产品，以抵消输入偏置电流。根据公式2-4得出的值为7.6kΩ，从E24系列电阻阻值速查表中选择标称电阻值7.5kΩ。 计算同相迟滞比较器的VH和VL的常用计算公式为2-5和2-6。当这些公式被转换为计算R4和RPULLUP的公式时，就会变成公式2-7和2-8。 将前面求得的常数代入公式2-7和公式2-8，再求出剩余值。 对VOUT2的Power Good模块也按照相同的步骤进行常数计算。请参考本文开头给出的整体电路示例。 ●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。这部分与规格①相同。 电源时序规格②：实际工作示例 下面的电路是实现上一篇中的的电源时序②的电路示例。在这里再次给出是为了便于确认电路工作。 实现电源时序②的电路示例 实现电源时序②的工作波形如下所示。 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电压达到为Power Good模块IC1设置的阈值VH（即VOUT1）的90%时，OUT输出启用DCDC 2，第二个输出VOUT21.5V（黄绿色）开始上升。 同样，当VOUT2达到90%的电压时，Power Good模块IC2启用DCDC 3，第三个输出VOUT3 3.3V（浅蓝色）开始上升。 这是启动时的时序工作。 关断时，以与启动时相同的顺序从VOUT1开始关断。 当将Enable设为“L”电平时，DCDC 1直接被禁用并关闭，同时放电电路导通，在设定时间内将OUT1降至接地电平的程度。 电源时序② 工作波形 当VOUT1低于Power Good模块IC1的阈值VL（即0.5V）时，IC1的OUT输出会禁用DCDC 2，同时导通放电电路，以降低VOUT2。 当VOUT2低于Power Good模块IC2的阈值VL（即0.5V）时，如前一阶段一样，IC2的OUT输出会禁用DCDC 3并导通放电电路以降低VOUT3。 这样就完成了三个关断时序并关闭所有输出。 来源：techclass.rohm