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多個(gè)電壓系統(tǒng)需要電源電壓排序

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-03-10 10:42 ? 次閱讀

以下應(yīng)用筆記討論了用于電源排序和復(fù)位輸出排序的多種方案。它討論了使用分立解決方案與集成度更高的解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。MAX6819/MAX6820為多電源系統(tǒng)排序提供了一種極佳的方法。MAX6391/MAX6392具有時(shí)序輸出,可用于多電壓和/或多處理器系統(tǒng)。MAX16029為多達(dá)<>個(gè)電源排序提供節(jié)省空間的方案。

許多應(yīng)用在上電和關(guān)斷期間需要一個(gè)受控的周期。對于采用雙極性電源電壓工作的舊器件(如DG401開關(guān)),應(yīng)先施加最正電壓,其次是邏輯電源(可能),最后施加負(fù)電源電壓。違反此規(guī)則可能會導(dǎo)致半導(dǎo)體內(nèi)部“閂鎖”。

由于外部阻塞二極管(添加用于防止閂鎖效應(yīng))會限制可用的模擬輸入范圍,因此首選方法是控制向芯片施加電源電壓的順序。受控電源排序?qū)τ谠S多面向計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的操作至關(guān)重要。例如,DSP和其他多電壓微處理器通常需要在施加內(nèi)核電壓之前存在其I/O電壓,反之亦然。另一個(gè)需要排序的應(yīng)用是包含輔助控制器(如圖形控制器)和主 CPU 的電路板。為避免圖形顯示屏上的輸出不受控制,CPU 必須在圖形控制器通電或釋放復(fù)位之前啟動并運(yùn)行。

新的IC系列簡化了需要多個(gè)電源的系統(tǒng)的排序功率。我們將在討論分立元件方法后介紹這些新型IC及其實(shí)現(xiàn)。

簡單的遙控方法

對同一電源軌上兩個(gè)或多個(gè)電路的電源電壓進(jìn)行排序的一種簡單方法是,通過在電源線上的地上增加一個(gè)串聯(lián)電阻電容器,在它們之間引入延遲。每條生產(chǎn)線只需要兩個(gè)分立器件(圖1)。但是,這種技術(shù)有許多缺點(diǎn):您應(yīng)該僅將其用于信號延遲,而不是用于電源延遲。

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圖1.通過電源線中的RC延遲進(jìn)行電源排序。

延遲取決于電源電壓的上升時(shí)間。RC方法不適合為獨(dú)立于主3V電源的3.5V電源電壓增加延遲,因?yàn)榧词褂醒舆t,3.3V也可能首先出現(xiàn)。5V可能根本不會出現(xiàn),這不會阻止3.3V施加到設(shè)備上。如果3.3V來自5V,這種方法可能是可以接受的,但您仍然必須考慮電阻中的功率損耗。另一個(gè)考慮因素是,關(guān)斷時(shí)的延遲電源電壓仍然比首先出現(xiàn)的電源電壓更長。

防止一個(gè)電源先于另一個(gè)電源上電的更可靠方法是監(jiān)控主電源,以確保它在第二個(gè)電源接通之前首先啟動并達(dá)到一定水平。增加一個(gè)小的延遲可提供額外的可靠性優(yōu)勢。圖2說明了這種方法,例如,電源穩(wěn)壓器位于遠(yuǎn)程電源中,因此無法訪問。

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圖2.通過RC、比較器MOSFET驅(qū)動器進(jìn)行電源排序。

比較器負(fù)輸入端的基準(zhǔn)電壓設(shè)置V要達(dá)到的電平抄送- V之前CC2打開。另一個(gè)輸入上的 RC 組合會增加觸發(fā)器的延遲。一個(gè) n 溝道 MOSFET 開關(guān)保證 V 內(nèi)沒有電流流動CC2線路,當(dāng)電源關(guān)閉或 V 時(shí)CC1尚未達(dá)到所需的電壓。為了充分增強(qiáng) MOSFET 開關(guān),驅(qū)動器產(chǎn)生的柵極-源極電壓 (V一般事務(wù)人員) 超過 VCC2幾伏特。最簡單的驅(qū)動器可以是使V加倍的電荷泵CC2,比較器通過電荷泵的關(guān)斷引腳打開和關(guān)閉。

這種方法還保證了 VCC2在 V 時(shí)關(guān)閉CC1不存在。盡管如此,時(shí)序仍然取決于V的上升時(shí)間CC1,設(shè)計(jì)人員可能無法訪問。這種布置允許較短的間隔 - 取決于RC組合和V的下降時(shí)間CC1-其中VCC2存在且無 VCC1.另一個(gè)缺點(diǎn)是,至少需要五個(gè)組件才能實(shí)現(xiàn)此功能。

嘗試使用p溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)上述電路(以消除MOSFET驅(qū)動器)會導(dǎo)致以下問題。上電時(shí)無法保證PMOS器件完全閉合,因?yàn)闁艠O和源極電壓的上升時(shí)間可能不同,或者必須單獨(dú)控制。可能的結(jié)果是上電時(shí)的輸出毛刺,在柵源電壓(V一般事務(wù)人員) 足夠小,可以閉合 MOSFET。在低電壓下,電源路徑中可能會出現(xiàn)額外的電阻,因?yàn)?V一般事務(wù)人員不夠大,無法完全增強(qiáng)p溝道MOSFET。

上述電路可以使用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位IC輕松升級,結(jié)果是外部元件更少(圖3)。替代產(chǎn)品包括MAX809(包括基準(zhǔn)電壓源、比較器、固定延遲時(shí)間和復(fù)位門限)和MAX6301,其門限和復(fù)位時(shí)間均可調(diào)節(jié)。然而,主要優(yōu)點(diǎn)是更精確可調(diào)的時(shí)序,也與電源電壓上升和下降時(shí)間無關(guān)。此外,VCC2V 一關(guān)閉CC1低于某個(gè)閾值,因此 VCC2沒有 V 就永遠(yuǎn)不會存在CC1.

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圖3.使用復(fù)位 IC、驅(qū)動器和 MOSFET 進(jìn)行排序。

電源穩(wěn)壓器排序

許多升壓和降壓穩(wěn)壓器包括一個(gè)關(guān)斷引腳,可用于電源排序。首先,您應(yīng)該檢查相關(guān)器件是否完全關(guān)斷,或者輸出端是否仍然存在輸入電壓(目前許多升壓穩(wěn)壓器都是這種情況)。使用合適的穩(wěn)壓器,只需在一個(gè)穩(wěn)壓器的關(guān)斷輸入端使用 RC 網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)所需的排序(圖 4)。RC 延遲確保 VCC1出現(xiàn)在 V 之前CC2.至于上面提到的其他RC電路,VCC2延遲時(shí)間也取決于 VCC1上升時(shí)間在掉電時(shí),VCC2可能比 V 存在的時(shí)間更長CC1.

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圖4.帶功率調(diào)節(jié)器的 RC 排序。

為了獲得更好的可靠性,具有集成延遲的復(fù)位 IC 可以控制功率穩(wěn)壓器的關(guān)斷引腳(圖 5)。優(yōu)點(diǎn)包括定義的時(shí)序行為、受控關(guān)斷以及保證 VCC2在 V 之前關(guān)閉CC1.

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圖5.使用電源穩(wěn)壓器復(fù)位排序。

MAX6819只需幾個(gè)外部元件即可控制電路板上各種電源線的上電/關(guān)斷周期。在監(jiān)視初級電源電壓時(shí),這些器件通過外部 n 溝道 MOSFET 開關(guān)使能/禁用次級電源電壓(圖 6)。電路功能如上所述,但工作量要少得多。MOSFET 驅(qū)動器,具有 V 的穩(wěn)壓電荷泵一般事務(wù)人員= 5.5V,與必要的電容器一起集成在此SOT23器件中。

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圖6.MAX6819的電源排序

排序器確保 MOSFET 始終具有所需的最小電壓一般事務(wù)人員增強(qiáng)型,可最大限度地降低 MOSFET 中的損耗并確保低漏源阻抗 (RDS(ON)).MAX6819的出廠設(shè)置延遲時(shí)間為200 ms,該延遲時(shí)間發(fā)生在初級電壓升至設(shè)定門限以上之后,電荷泵驅(qū)動外部MOSFET開關(guān)之前。

MAX6819還具有使能輸入,可以覆蓋內(nèi)部電路并關(guān)斷或使能外部MOSFET。MAX6820允許用戶使用一個(gè)小的外部電容簡單地調(diào)整延遲時(shí)間。如果一個(gè)電源大于2.125V,則任一VCC1或 VCC2可充當(dāng)主電源,從而觸發(fā)次級電源的開關(guān)。

由于有些系統(tǒng)必須對兩個(gè)以上的電源進(jìn)行排序,MAX6819和MAX6820支持菊花鏈(圖7)。只要開關(guān)上游的電源未達(dá)到其正常工作電壓,并且相關(guān)的延遲時(shí)間尚未過去,所有上游電源開關(guān)都將被禁用。

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圖7.對三個(gè)電源進(jìn)行排序。

對多個(gè)電源進(jìn)行排序

具有兩個(gè)以上電源的現(xiàn)代系統(tǒng)現(xiàn)在很常見。這些電源通常具有上電排序要求。MAX16029四路電壓監(jiān)控器/定序器電路可以滿足這一要求,提供通用且節(jié)省空間的解決方案(圖8)。MAX16029采用TQFN封裝,可對多達(dá)<>個(gè)電源電壓進(jìn)行排序,上電延遲可調(diào)。

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圖8.對四個(gè)電源進(jìn)行排序。

重置排序

如果必須控制復(fù)位時(shí)序而不是電源,則需要復(fù)位時(shí)序器。例如,如果主 CPU 必須在從屬 CPU 或背板 ASIC 之前啟動并運(yùn)行,則此功能是必需的。通過級聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)復(fù)位IC(如MAX812)來實(shí)現(xiàn)所需的時(shí)序控制,這些IC包括一個(gè)手動復(fù)位輸入(MR)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電源電壓上升,并且第一個(gè)復(fù)位IC將其復(fù)位輸出拉高時(shí),第二個(gè)IC的MR被釋放,內(nèi)部定時(shí)器開始運(yùn)行。延遲時(shí)間過后,第二次復(fù)位被取消置位。

MAX6391/MAX6392雙電壓μP監(jiān)控電路具有時(shí)序輸出,在單芯片中提供了相同的功能,但具有一定的靈活性(圖9)。這些 SOT23-8 器件監(jiān)視兩個(gè)電源電壓(主電源和從電源),并提供兩個(gè)具有固定或可調(diào)超時(shí)周期的復(fù)位輸出。

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圖9.利用MAX6391/MAX6392.<復(fù)位排序

當(dāng)主電源下降或未達(dá)到其工作電壓時(shí),芯片將兩次復(fù)位。只要主復(fù)位被置位,就不能取消從復(fù)位。在上電和關(guān)斷時(shí),順序復(fù)位輸出確保當(dāng)主器件未運(yùn)行時(shí),從器件永遠(yuǎn)不會導(dǎo)通。從器件的電壓門限和超時(shí)周期可通過幾個(gè)外部元件進(jìn)行調(diào)節(jié)。

審核編輯:郭婷

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