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作者:奧地利微電子公司標準線性產品仿真設計工程師 Emir Serdarevic 這篇文章探討一種在許多電池驅動產品中存在的特性。當一個電路首次獲得供電時，在建立穩定操作狀況期間會出現高尖峰電流。雖然全新或剛充滿電的電池可以有可靠且符合預期的性能表現，但如果電池電量不是很滿時就不能支持高啟動電流(亦稱為涌浪電流)。隨著電池電量逐漸消耗，它的內部電阻不斷增加，導致在負載下的電壓下跌更大。啟動時尖峰電流所造成的更大電壓下降將觸發電源欠壓關閉機制。 在關閉過程中，電池電壓會回復過來，使電源再次啟動并產生高涌浪，進而再次激發另一回欠壓情況。結果，設備在啟動(ON)與關閉(OFF)狀態之間來回，導致用戶不滿，還會迫使用戶過早更換電池或為電池充電。 電池使用壽命是用戶做出購買決定的重要因素，所以任何機制如果能夠影響電池的預期使用壽命，都會為最終產品創優增值。 把軟啟動定為例行程序，讓電流在一段受到控制的時間內提升到系統要求的數值，可以避免由涌浪電流造成的問題。例行軟啟動的操作有兩大優點。首先，它使輸出電壓不會上升得太快，能夠防止輸出電壓過沖或顯著降低過沖的幅度。 第二，當一枚已部分放電的電池放出大涌浪電流時，它能夠避免出現隨之而來的電壓大跌。例行軟啟動減少了涌浪電流的幅度，所以亦減少了在啟動時出現的電壓下降，從而使電池電壓高于會觸發系統欠壓關閉的臨界值。 對某幾類器件來說，軟啟動可輕易部署。例如低壓差(LDO)穩壓器只要利用柵極控制，便能輕松實施軟啟動及涌浪電流保護。至于DC-DC轉換器，部署方法就要視乎器件是屬于降壓還是升壓穩壓器。 降壓轉換器以及某些升壓轉換器并沒有啟動模塊。如果在最懷的情況下，也就是當輸入電壓到了最低時，仍足以為芯片的所有模塊提供電壓，那就好辦了，因為系統可以借著最大電流偵察器去限制電流，而這個限制在過了一段固定時間后，又或當一組輸出電壓達到了預定值時便會解除。這是一個非常有吸引力的特性，因為芯片可維持在正常操作模式。 不過，某些升壓轉換器包含了一個啟動模塊。當這些系統以升壓模式操作，輸入電壓就會低于電壓要求，因而轉換器的輸出會被用于轉換器的供電。在這種情況下，實施軟啟動便變得復雜，因為例行程序必須在整個啟動過程中限制電流，直至輸出達致所需的輸出電壓。這表示軟啟動機制必須同時在電池供電及轉換器輸出供電上運作。 與此同時，標準線性芯片是為廣闊的應用而設計，能配合多種相關零件，這使軟啟動的部署更趨復雜。這亦表示在不同的應用中，達到輸出要求所需的時間也各異。因此，為多種產品及應用提供一種通用軟啟動解決方案變得極具挑戰性。 現在，隨著奧地利微電子公司推出了一種嶄新的器件，在一個產品平臺上實施軟啟動便大為簡化。AS1344不僅為絶大部分應用提供完整的啟動解決方案，亦帶來一系列啟動期間的最大電流選擇。這讓系統可以調節達致所需輸出電壓的時間。 圖1展示了AS1344的方塊圖。兩個PMOS開關在關閉期間都處于OFF狀態(輸出與輸入解除連接，以制止電流在關閉期間流動)；兩者在正常操作模式下則保持ON狀態。 
圖1：AS1344的方塊圖。 然而，在啟動過程中，只有一個PMOS開關(那個與VIN連接的開關)處于ON狀態。因此，設計人員可透過改變那個連接在電池與VIN之間的外部電阻之數值，去調節啟動期間系統所容許通過的最大電流。這個電阻將永久限制流向VIN的電流。 在DC/DC轉換器達到要求的輸出電平之后不久，由VDD到SW的開關便會啟動，換言之，器件將處于正常操作模式。這讓更大的電流可以通過，以支持更高的負載電流，帶來更具效率的系統。 圖2及圖3展示了這些效應。我們憑圖2可知如果輸入電壓為1.8V，設計便能透過一個3Ω的外部電阻，把涌流電流限制于200mA左右。至于圖3則顯示，當輸入電壓為2.4V，電阻值一樣是3Ω的話，最高涌浪電流值將約為400mA。
圖2：如果輸入電壓為1.8V，設計便能透過一個3Ω的外部電阻，把涌流電流限制于200mA左右。
圖3：當輸入電壓為2.4V，電阻值一樣是3Ω的話，最高涌浪電流值將約為400mA。 我們從表1可看到同樣在2.4V輸入電壓下，不同外部電阻(0Ω到3Ω)所造成的各個最大涌浪電流值及啟動時間。這個列表清楚顯示出，系統如無外部電阻(即Rv=0Ω)，就可快速啟動，且有大涌浪電流通過。 表1：在2.4V輸入電壓下，不同外部電阻(0Ω到3Ω)所造成的各個最大涌浪電流值及啟動時間。
設計人員可通過采用AS1344選擇單一的外部電阻值，輕松控制涌浪電流。OEM借著在不同電路設計使用這種單一升壓轉換器，便有機會減少采購成本，同時簡化供應鏈和倉存要求。 |
