01 背景简述
在 “ 什么是软启动?软启动时间?启动时间?”文章中,我们简述了为开关电源配置一个最小的软启动时间,至少可以获得两个好处:
其一,可以有效抑制浪涌电流,以免在启动瞬间对输出电容充电的电流达到开关电源的电流限值,也可减小对开关电路本身以及后端负载的电流应力,且可减小输入电压的跌落。
其二,配置合理的软启动时间,有利于输出电压“单调上升”,而不会出现抖动,这对上电时序有较高要求的数字器件尤其是FPGA器件更加重要,因为系统上电时输出电压的抖动可能会导致后端数字器件或FPGA器件发生闩锁效应(Latch-up)问题。
02 原理分析
在 “ 软启动时间配置原理 ”文章中,我们基于电容器伏安关系表达式 I = C x dV / dt,分析推导出了如下的软启动电容配置的计算公式:
本文,我们分别基于TPS54561DPRT和LM5116MH/NOPB两个芯片,给出两个具体的软启动电容配置实例。
03 计算实例
(1)TPS54561DPRT计算实例
在输出电容为Cout = 3 * 47uF = 141uF,输出电压为Vout = 5.0V,最大负载电流为Iout,max = 5.0A,软启动电流为Iss = 1.7uA,参考电压为Vref = 0.8V,取浪涌电流为 5% 最大负载电流的情况下,使用公式(5.85)计算可得:
Css = (5.0V * 1.7uA * 141uF) / (0.8V * 5% * 5.0A) = 5.993nF
所以,软启动电容实际可取为常用的10nF,这就是图3 TPS54561DPRT 参考电路中 C13 取值 0.01uF 的计算过程。
图1 TPS54561DPRT功能框图
图2 TPS54561DPRT设计需求
图3 TPS54561DPRT参考电路
(2)LM5116MH/NOPB计算实例
在输出电容为Cout = 5 * 100uF = 500uF,输出电压为Vout = 5.0V,最大负载电流为Iout,max = 7.0A,软启动电流为Iss = 10uA,参考电压为Vref = 1.215V,取浪涌电流为 5% 最大负载电流的情况下,使用公式(5.85)计算可得:
Css = (5.0V * 10uA * 500uF) / (1.215V * 5% * 7.0A) = 58.789nF
所以,软启动电容实际可取为常用的68nF,这就是图4 LM5116MH/NOPB 参考电路中C3取值的计算过程。
图4 LM5116MH/NOPB参考电路
但是,细心的伙伴肯定发现了图4中 C3 = 0.01uF = 10nF,远小于我们上述计算的最小值58.789nF;完了,是不是翻车了,我们的计算值为何与LM5116MH/NOPB参考电路不一致...【且待下回分解】
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