在大多數系統中,為了確保電源軌電壓不會出現壓降,電容器遍布于整個設計中。當電源剛剛被施加到系統中時,為這些電容器充電會導致一個涌入電流,如果不加以處理的話,這個電流會造成數個系統問題。
圖1顯示的是一個使用一個電源—DC/DC,低壓降 (LDO) 穩壓器,或者外部電源—為一個下游負載供電的系統示例。
圖1:典型配電電路
系統啟動時,電源將上升到經穩壓電壓。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,也會產生涌入電流。進入這個電容器的涌入電流的數量由電壓斜升的斜率決定,由方程式1表示:
(1)
在這里,IINRUSH表示由電容所導致的涌入電流的數量,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跡線設計時,都要將特定的電流承載能力考慮在內,而這些PCB跡線也存在被損壞的風險。
不過,在針對較大涌入電流峰值進行設計時,將會導致較厚的PCB跡線和更加耐用的接頭,而這會增加總體設計的尺寸和成本。隨著涌入電流的減少,你可以優化這些跡線和接頭,以實現更小巧、價格更低的設計。
第二個擔心就是當電容負載接通至已經穩定的電壓軌時會出現問題。如果這個電源不能處理為這個電容器重現所需要的涌入電流數量,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:由涌入電流所導致的電源暫降
該如何設計來應對涌入電流:TPS22965應用
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(TPS229xx產品)均特有一個受控輸出轉換率來減輕涌入電流。圖3顯示的是針對一個負載開關的常見應用電路。
圖3:常見負載開關應用電路
圖4顯示的是一個5V電源,其電壓被一個降壓轉換器降低至1.8V。在這個1.8V電壓軌加電時,在這個系統中施加了一個100μF的電容值。
圖4:沒有轉換率控制時的系統方框圖
在沒有受控上升時間時,這個開關不提供任何的涌入電流管理;圖5中顯示了其結果。
圖5:沒有轉換率控制時的涌入電流和壓降
圖6顯示的是同一個系統,不過其中的TPS22965負載開關(具有受控上升時間)控制電容負載。圖7顯示的是對應的波形。
圖6:具有TPS22965的系統方框圖
圖7:在進行轉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。
較大的電容值會導致涌入電流,從而造成器件損壞、系統不穩定或有害的運行方式。對于涌入電流的管理來說,TI負載開關的使用是一個既小巧又省錢的解決方案。
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