基于立綺RT6204 Buck轉(zhuǎn)換器聊聊電源轉(zhuǎn)換器中的軟起動

很多電源轉(zhuǎn)換器都有軟起動功能，有的完全內(nèi)建，有的可以在外面看到一個 SS 端子，電路上需要外加一只電容才能實現(xiàn)其功用。

RT6204 是一顆可以在 5.2V – 60V 輸入電壓范圍內(nèi)工作的同步 Buck 轉(zhuǎn)換器，負(fù)載能力為 500mA，它的規(guī)格書中給出的應(yīng)用電路如下圖所示：

RT6204 的引腳上出現(xiàn)了 SS，這表示它具有可調(diào)的軟起動（Soft Start）功能，只要外加上電容 CSS，它在啟動過程中的軟起動特性就會表現(xiàn)出來，規(guī)格書中提供的啟動過程示意圖說明了這一點：

這個圖表達(dá)的意思是這樣的：① 工作過程中，IC 內(nèi)部有一個恒流源 ISS 在向 SS 端子提供恒定的電流。②啟動過程中，SS端電壓會從 0 開始持續(xù)上升，上升斜率取決于恒流源的電流大小和電容量的大小。③ 與此同時，輸出電壓也同步上升，直至達(dá)到設(shè)定好的輸出電壓。④ 此后，SS 端的電壓還會上升（直至能夠達(dá)到的最高電壓，受恒流源的設(shè)計限制），但輸出電壓不會再跟隨它發(fā)生變化。

由于恒流源的電流是不變的，外接電容 CSS 在工作過程中也不會變化，而且DC/DC 開始工作時 CSS 兩端的壓差都是 0，所以，SS 端電壓上升的時間是可以計算出來的：

這個公式里出現(xiàn)了一個新的參數(shù) VREF，它是電源轉(zhuǎn)換器反饋系統(tǒng)的參考電壓，也是軟啟動端子上的電壓起作用的最后參數(shù)。實際上，軟起動端 SS 上的電壓和參考電壓 VREF 是同時進(jìn)入反饋系統(tǒng)的，這可以從轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路框圖看出來：

在此圖中，誤差放大器 EA 有兩個 + 端，其中一個接 0.8V 的 VREF，另一個接 SS，哪一個電壓低哪一個就會起作用，另一個就被屏蔽了。因此，啟動過程中的 SS 端電壓低于 VREF 時，SS 端的電壓就會起作用成為反饋系統(tǒng)的參考電壓，因而閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)就是使反饋電壓與 SS 端電壓相等。由于 SS 端電壓是從 0V 開始逐漸上升的，所以系統(tǒng)的目標(biāo)輸出電壓也是逐漸上升的。

下面我們開始用仿真軟件 Richtek Designer 來對軟起動過程做些示范。如果我們給 Richtek Designer 一個指令，讓它用 RT6204 生成一個從 50V 轉(zhuǎn) 12V、負(fù)載能力 0.5A 的電路圖，它將自動給出如下答案：

從中可以看到，CSS=100nF，經(jīng)過仿真，我們看到它在啟動過程中的 VOUT 和VSS 之間的關(guān)系是這樣的：

VOUT 從 0V 升到 12V 花費了 14ms 的時間（沒考慮前面的延遲時間，直接從開關(guān)脈沖開始打的時候算起）?？疾烨懊?1ms 的時間，LX 端總共打了 13 個脈沖，VOUT 上升到 0.932V，脈沖與脈沖之間的間隔時間長到我們能看到電感電流釋放完畢以后發(fā)生的事情：

如果將軟起動電容 CSS 修改為 10nF，VOUT 上升過程就只需要 1.38ms 了，幾乎剛好是前者的十分之一（沒考慮延遲時段，所以有誤差）：

這個結(jié)果與前面的理論公式符合得非常好。下面再來看看前 1ms 能打多少個脈沖吧：

我已經(jīng)沒有能力對此進(jìn)行計數(shù)了（實際上是我太懶了，只要你愿意，肯定可以把它數(shù)清楚，只是這樣做毫無意義）。此時的 1ms 結(jié)束時，VOUT 已經(jīng)爬升到 8.74V。

要在同樣的時間內(nèi)將輸出電壓提升到更高的值，必然需要更多的能量，這些都會在輸入端轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。所以，如果想在盡可能短的時間內(nèi)提升輸出電壓，輸入端就會出現(xiàn)比較大的電流沖擊，對供電源的供電能力提出更高的要求，避免這個問題的出現(xiàn)也就是采納軟起動設(shè)計的通常原因。

對于不同的系統(tǒng)，軟起動的實現(xiàn)方式可能是不一樣的。RT6204 既能工作在PSM 模式下，也能工作在 PWM 模式下，我們從上面的波形圖可以看出它采用了 PSM 的方式來實現(xiàn)此功能，同時 PWM 也在起作用。

轉(zhuǎn)載自RichtekTechnology。