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2016年度STM32全國巡回研討會將于9月7日至23日于全國12座城市舉辦，ST已邀請融創芯城作為電商平臺合作伙伴全程參與，歡迎小伙伴們蒞臨各大研討會的融創芯城展臺溝通交流。
隨著網絡技術的不斷發展，對網絡帶寬的要求也隨之提高。光纖傳輸也逐漸取代電纜傳輸被普及使用，那么GPON Gigabit-Capable PON 技術作為最新一代寬帶無源光綜合接入標準，被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化，綜合化改造的理想技術。 目前，GPON系統的供電電源一般采用Buck降壓型拓撲結構。AOZ1050/AOZ1051就是AOS公司的電源芯片中兩款被廣泛應用在GPON系統的典型的降壓型電源芯片。 AOZ1050/AOZ1051是集成度較高的同步整流電流型Buck芯片，芯片內部集成兩個低Rdson的整流和續流功率MOSFET管，芯片的最高工作效率可達95%。由于芯片具有較高的工作頻率500KHz，這樣就會減小對外圍電感的尺寸要求；另外高的工作頻率可以減小輸出的電壓紋波，所以輸出電容的容值和尺寸也可以適當的減小。這樣在排列相對密集的系統板上，很大程度的節省了空間，也可以減少成本。
AOZ1050/AOZ1051的環路補償引腳外置，這樣就可以根據不同的應用條件靈活的調節系統的穩定性和帶寬。AOZ1050/AOZ1051的反饋腳的電壓是0.8V，對于不同輸出電壓可以基于0.8V選擇合適阻值的分壓電阻獲得。同時AOZ1050/AOZ1051有軟啟動的功能，可以通過改變外置的軟起動電容來實現合適的輸出電壓啟動時間，軟起動功能還可以抑制電源啟動時輸入的沖擊電流。芯片的使能端EN是高有效，可以靈活有效的控制電源芯片的開和關，系統的可控性更強。
AOZ1050/AOZ1051還有著短路保護和過溫度保護的功能，可以使系統工作更加安全可靠，圖1是應用的示意圖。 圖1：AOZ1050/AOZ1051 應用示意圖
AOZ1050與AOZ1051的區別在于AOZ1050的最大持續供電電流是2A而AOZ1051是3A，使用者可以根據不同的系統要求來選擇合適的電源芯片。下面以AOZ1051為例，討論AOZ1051在基于主芯片BCM68XX的GPON系統上的應用。 在GPON系統主芯片的供電應用中，輸入電壓為12V，輸出電壓為1.2V、1.8V、2.5V、3.3V和5V。1.2V和3.3V電壓由兩顆AOZ1051提供，5V為USB口供電由一顆AOZ1050提供。其它輸出電壓由3.3V通過PNP三極管提供。其中1.2V、2.5V和3.3V啟動時序的要求如圖2所示。 圖2：輸出電壓上電時序示意圖
輸出電壓上電的時序參數: t1為3.3V有效到2.5V有效，最小值-1ms，最大值1ms。t2為2.5V有效到1.2V有效，最小值0ms，最大值1ms。t3為3.3V斜坡時間，最大值3ms。
由于對AOZ1051啟動時序有著嚴格要求，那么可以通過改變軟起動電容來滿足啟動時序要求。首先對AOZ1050/AOZ1051的軟起動功能的實現做一下介紹。
軟起動的目的是當輸入電壓啟動時，使輸出電壓更加平滑單調；另外，減少輸入的沖擊電流。如果沒有軟起動功能，由于反饋誤差放大器的基準遠遠早于輸出電壓建立，那么放大器的輸出電壓COMP電壓達到最高值。這時電源的占空比達到最大值，輸出電壓迅速上升。這會造成輸出電壓有很大的過沖電壓，損壞電感；另外，由于電源的占空比達到最大值，芯片工作在PWM所決定的最大電流值，大的電流應力會造成芯片發熱損壞。軟起動的功能都是通過控制啟動時的占空比，使占空比逐漸增大來實現的。所以，選擇合適的軟起動電容，可以有效的調整和控制輸出電壓的上電時間。
在輸出分壓電阻上加入前饋電容也可以實現軟起動的作用控制輸出電壓的上電時間。工作原理如下：加上此大電容后，在起動過程中電容瞬態的短路，也就是R1短路，這樣輸出電壓沒有經過R1和R2分壓直接加到放大器的輸入端，放大器輸出電壓COMP電壓就較低，因此實現軟起動。在輸出過載或短路保護后，系統重啟時，R1可以對Cs放電，也可以提供軟起動。值得注意的是，前饋電容Cs 會與R1和R2形成一個零點和極點，這將影響系統反饋環。
軟起動時間為： ts=Cs*R1*(Vo-VFB)/VFB 所以加入合適的前饋電容，對輸出電壓的上電時間也有很好的調節作用。根據時序要求，選擇AOZ1051的外圍參數，Css=10nF，C1=10uF和C2=100uF。
基于表格1中的AOZ1051的外圍參數進行實際測試，實際測試波形見圖3所示。
圖3：AOZ1051上電時序測試波形
上電時序實際測試結果：t1=-0.3ms，t2=0.7ms和t3=1.8ms，表格2中AOZ1051的外圍參數的選擇可以滿足基于主芯片BCM68XX的GPON系統的上電時序要求。 根據表格1中的參數進行環路穩定性測試，實際測試結果見圖4和圖5所示。測試結果證明，系統穩定性和動態響應滿足要求。 圖4：1.2V輸出波特圖
圖5：3.3V 輸出波特圖
在實際工作中，可能會有各種異常狀況出現。這些異常情況可能會導致過載甚至短路，這就需要電源芯片具有安全有效的保護功能防止系統和芯片自身的損壞。 AOZ1051的輸出過載和短路保護功能是通過控制COMP電壓來實現的，如果輸出過載或者短路，那么誤差放大器的輸出COMP電壓將會上升，當COMP電壓達到2V時，芯片內的整流管被關斷，同時軟起動電容開始放電的，當軟起動電容的電壓為0時芯片復位結束，重新起動，如果此時輸出仍處于短路或過載狀態，那么AOZ1051重復上述動作。
這種保護方式被稱作打嗝保護模式，可以防止系統在高電壓輸入，低電壓大電流輸出時，由于電感電流無法復位而造成的飽和，損壞芯片。
在高壓輸入低壓輸出的工作條件下，由于占空比很小，上管導通時間很短。當上管整流管所需的導通時間被芯片本身允許的最小導通時間限制時即實際的占空比大于系統正常工作所需的占空比，電感的伏秒平衡被打破，電感電流無法復位。另外，由于芯片的最小導通時間與芯片過流保護的延遲時間相當。所以，此時普通的cycle by cycle模式的過流保護已經無法有效對電流進行限制，見圖6，這就導致電感電流逐周期遞增，最終使電感飽和，損壞芯片。
圖6：最小導通時間的電感電流
t1：整流管實際所需的導通時間 t2：芯片的最小導通限制時間 IL：電感電流 Vgs： 整流管驅動電壓
AOZ1051的打嗝模式的過載保護電路是利用環路中電感電流對COMP電壓的影響，安全有效的關斷芯片，即當電感電流增加時，COMP電壓隨之增加，當COMP電壓到達2V時，芯片的整流管和續流管全部關斷，芯片復位。經過一段時間軟起動電容放電時間后AOZ1051重新啟動。這樣可以確保電感電流復位完成，實現安全可靠的過流保護。 圖7：打嗝模式的電感電流
t1：整流管實際所需的導通時間 t2：芯片的最小導通限制時間 t3：軟起動電容的放電時間 IL：電感電流 Vgs：整流管驅動電壓
AOZ1050/AOZ1051的軟起動功能可以靈活有效的調整起動時間，而且使起動電壓更加平滑。環路補償引腳COMP外置可以使芯片穩定的工作在不同的應用條件下。另外AOZ1050/AOZ1051的打嗝模式的過流保護功能可以保證系統工作更加安全可靠。目前，基于AOZ1050/AOZ1051的GPON系統電源方案已經被很多客戶認可和采納，并大量應用于GPON產品中。
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發表于 2016-9-18 15:31:53
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