用負載開關(guān)減少涌入電流的解決方案說明

在大多數(shù)系統(tǒng)中，為了確保電源軌電壓不會出現(xiàn)壓降，電容器遍布于整個設(shè)計中。當電源剛剛被施加到系統(tǒng)中時，為這些電容器充電會導(dǎo)致一個涌入電流，如果不加以處理的話，這個電流會造成數(shù)個系統(tǒng)問題。

圖1顯示的是一個使用一個電源—DC/DC，低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器，或者外部電源—為一個下游負載供電的系統(tǒng)示例。

圖1：典型配電電路

系統(tǒng)啟動時，電源將上升到經(jīng)穩(wěn)壓電壓。隨著電壓增加，一股涌入電流進入未被充電的電容器。當電容負載被切換到一個電源軌，并且必須被充電至那個電壓電平時，也會產(chǎn)生涌入電流。進入這個電容器的涌入電流的數(shù)量由電壓斜升的斜率決定，由方程式1表示：

(1)

在這里，I_INRUSH 表示由電容所導(dǎo)致的涌入電流的數(shù)量，C代表總電容值，dV是斜升期間電壓的變化量，而dt是電壓斜升時的上升時間。

涌入電流帶來的問題

主要有兩個與涌入電流相關(guān)的顧慮。第一個顧慮就是電路板上的跡線和組件的絕對最大電流額定值。全部接頭和端子塊都具有特定的電流額定值，如果超過了這些額定值的話，會損壞這些部件。相似的，在進行PCB跡線設(shè)計時，都要將特定的電流承載能力考慮在內(nèi)，而這些PCB跡線也存在被損壞的風(fēng)險。

不過，在針對較大涌入電流峰值進行設(shè)計時，將會導(dǎo)致較厚的PCB跡線和更加耐用的接頭，而這會增加總體設(shè)計的尺寸和成本。隨著涌入電流的減少，你可以優(yōu)化這些跡線和接頭，以實現(xiàn)更小巧、價格更低的設(shè)計。

第二個擔心就是當電容負載接通至已經(jīng)穩(wěn)定的電壓軌時會出現(xiàn)問題。如果這個電源不能處理為這個電容器重現(xiàn)所需要的涌入電流數(shù)量，那么這個電壓軌上的電壓將被下拉。圖2顯示了這一運行方式。

圖2：由涌入電流所導(dǎo)致的電源暫降

該如何設(shè)計來應(yīng)對涌入電流：TPS22965應(yīng)用

你可以通過增加負載電容的電壓上升時間，并且減慢電容器的充電率來減少涌入電流。所有TI負載開關(guān)（TPS229xx產(chǎn)品）均特有一個受控輸出轉(zhuǎn)換率來減輕涌入電流。圖3顯示的是針對一個負載開關(guān)的常見應(yīng)用電路。

圖3：常見負載開關(guān)應(yīng)用電路

圖4顯示的是一個5V電源，其電壓被一個降壓轉(zhuǎn)換器降低至1.8V。在這個1.8V電壓軌加電時，在這個系統(tǒng)中施加了一個100μF的電容值。

圖4：沒有轉(zhuǎn)換率控制時的系統(tǒng)方框圖

在沒有受控上升時間時，這個開關(guān)不提供任何的涌入電流管理；圖5中顯示了其結(jié)果。

圖5：沒有轉(zhuǎn)換率控制時的涌入電流和壓降

圖6顯示的是同一個系統(tǒng)，不過其中的TPS22965負載開關(guān)（具有受控上升時間）控制電容負載。圖7顯示的是對應(yīng)的波形。

圖6：具有TPS22965的系統(tǒng)方框圖

圖7：在進行轉(zhuǎn)換率控制時的涌入電流和壓降

受控上升時間防止了電源電壓的壓降，并且將涌入電流減少到可以管理的范圍內(nèi)。

較大的電容值會導(dǎo)致涌入電流，從而造成器件損壞、系統(tǒng)不穩(wěn)定或有害的運行方式。對于涌入電流的管理來說，TI負載開關(guān)的使用是一個既小巧又省錢的解決方案。

其它資源

• 需要從頭開始嗎？請閱讀“負載開關(guān)是什么？”
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• “管理涌入電流。”
• “負載開關(guān)：它們是什么、你為什么需要它們，以及如何選擇一款合適的負載開關(guān)？”
• 進一步了解TI的負載開關(guān)產(chǎn)品組合。