01

負(fù)載啟動(dòng)瞬間電源電壓跌落可能帶來的危害

拿芯片舉例來說，當(dāng)芯片由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)瞬間，如果此時(shí)電源電壓出現(xiàn)了跌落，那么會(huì)帶來以下后果。

• 電源電壓的跌落可能導(dǎo)致芯片啟動(dòng)失敗或啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。芯片需要穩(wěn)定的電源電壓來確保正常的啟動(dòng)和運(yùn)行，如果電壓跌落過多，芯片可能無法獲得足夠的能量來完成啟動(dòng)過程，或者啟動(dòng)過程會(huì)變得異常緩慢。

• 電源電壓的跌落可能影響芯片的穩(wěn)定性和性能。芯片內(nèi)部的電路和元件對(duì)電源電壓的穩(wěn)定性要求較高，電壓的波動(dòng)可能導(dǎo)致芯片內(nèi)部電路的工作異常，甚至引發(fā)邏輯錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)丟失。這可能導(dǎo)致芯片的功能受限或失效，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

02

電源電壓出現(xiàn)跌落的過程分析

• 假設(shè)一BUCK電源電路把12V轉(zhuǎn)為3.3V給芯片供電，輸出電容是值為100nf的濾波電容和22UF的儲(chǔ)能電容維持芯片的正常工作，芯片的工作電流是100mA,工作電壓是3.3V，由于在休眠狀態(tài)下大多數(shù)芯片的休眠電流為u別和工作電流相差很大，因此這里就默認(rèn)休眠狀態(tài)下芯片所需電流為0。

• 儲(chǔ)能電容中存儲(chǔ)的能量Q=1/2 * C * U * U= 0.00012J 當(dāng)芯片由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時(shí)其功率為P=3.3 * 0.1= 0.33W，如果BUCK電源的負(fù)載響應(yīng)速率很慢，那么芯片從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)時(shí)，此時(shí)芯片所需的的能量將由輸出的儲(chǔ)能電容供電。根據(jù)T=W/P可知，儲(chǔ)能電容中的能量只能允許供電0.00012/0.33=0.364ms，這表明當(dāng)芯片從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時(shí)，如果BUCK電源的負(fù)載響應(yīng)速度比較慢，那么經(jīng)過0.364毫秒之后，輸出電壓就會(huì)降為0，出現(xiàn)電壓跌落現(xiàn)象。在實(shí)際的電路中，電壓其實(shí)并不會(huì)跌落到零，如果真的跌落到零了，那么這個(gè)電路的問題就非常大了，需要重新設(shè)計(jì)。否則后果很嚴(yán)重

• 如果電源的負(fù)載響應(yīng)速率比較快，那么這種現(xiàn)象就不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)負(fù)載電流突然變大時(shí)，此時(shí)BUCK電源電路會(huì)快速響應(yīng)，及時(shí)提供給負(fù)載工作需要能量。

03

電源電壓出現(xiàn)跌落的原因分析

• BUCK電源芯片的性能不行，負(fù)載響應(yīng)速率慢

• BUCK電源的輸出電容值太小，在BUCK芯片響應(yīng)之前，電容中的能量就已經(jīng)消耗很多，使得電容上的電壓下降，

• BUCK電源電路的輸入儲(chǔ)能電容小且輸入電源距離BUCK電路比較遠(yuǎn)，此時(shí)雖然BUCK電源有快速的負(fù)載響應(yīng)速率，但是由于外部輸入電源距離BUCK電路的VIN管腳太遠(yuǎn)了，不能夠及時(shí)的供電，或者輸入電容值太小了，不能在外部輸入電源供電前維持芯片的正常工作，從而出現(xiàn)了電壓的跌落。

• 當(dāng)外部電源到芯片VIN管腳的距離比較長(zhǎng)時(shí)，由于走線上存在寄生電容，寄生電感，這會(huì)使得外部電源到達(dá)芯片VIN管腳的距離變長(zhǎng)，從而延緩上電時(shí)間。

  下圖就是BUCK電源芯片TPS54302規(guī)格書中所展示的芯片負(fù)載響應(yīng)圖

04

改善建議

• 使用負(fù)載響應(yīng)速率快的BUCK芯片在芯片的規(guī)格書中就是通過查看廠家給的瞬態(tài)響應(yīng)圖表來判斷，而不是通過某個(gè)具體的參數(shù)來判斷。BUCK芯片的負(fù)載響應(yīng)速率能否滿足實(shí)際電路使用要求還需要結(jié)合負(fù)載的特性。

• 增大輸入、輸出儲(chǔ)能電容，

• 縮短外部電源到芯片VIN管腳的距離。