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

很多電源轉(zhuǎn)換器都有軟起動(dòng)功能，有的完全內(nèi)建，有的可以在外面看到一個(gè) SS 端子，電路上需要外加一只電容才能實(shí)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(shū)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(dòng)（Soft Start）功能，只要外加上電容 CSS，它在啟動(dòng)過(guò)程中的軟起動(dòng)特性就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，規(guī)格書(shū)中提供的啟動(dòng)過(guò)程示意圖說(shuō)明了這一點(diǎn)：

這個(gè)圖表達(dá)的意思是這樣的：① 工作過(guò)程中，IC 內(nèi)部有一個(gè)恒流源 ISS 在向 SS 端子提供恒定的電流。②啟動(dòng)過(guò)程中，SS端電壓會(huì)從 0 開(kāi)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(shí)，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(huì)上升（直至能夠達(dá)到的最高電壓，受恒流源的設(shè)計(jì)限制），但輸出電壓不會(huì)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(guò)程中也不會(huì)變化，而且DC/DC 開(kāi)始工作時(shí) CSS 兩端的壓差都是 0，所以，SS 端電壓上升的時(shí)間是可以計(jì)算出來(lái)的：

這個(gè)公式里出現(xiàn)了一個(gè)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(dòng)端子上的電壓起作用的最后參數(shù)。實(shí)際上，軟起動(dòng)端 SS 上的電壓和參考電壓 VREF 是同時(shí)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(lái)：

在此圖中，誤差放大器 EA 有兩個(gè) + 端，其中一個(gè)接 0.8V 的 VREF，另一個(gè)接 SS，哪一個(gè)電壓低哪一個(gè)就會(huì)起作用，另一個(gè)就被屏蔽了。因此，啟動(dòng)過(guò)程中的 SS 端電壓低于 VREF 時(shí)，SS 端的電壓就會(huì)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(kāi)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(kāi)始用仿真軟件 Richtek Designer 來(lái)對(duì)軟起動(dòng)過(guò)程做些示范。如果我們給 Richtek Designer 一個(gè)指令，讓它用 RT6204 生成一個(gè)從 50V 轉(zhuǎn) 12V、負(fù)載能力 0.5A 的電路圖，它將自動(dòng)給出如下答案：

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

VOUT 從 0V 升到 12V 花費(fèi)了 14ms 的時(shí)間（沒(méi)考慮前面的延遲時(shí)間，直接從開(kāi)關(guān)脈沖開(kāi)始打的時(shí)候算起）?？疾烨懊?1ms 的時(shí)間，LX 端總共打了 13 個(gè)脈沖，VOUT 上升到 0.932V，脈沖與脈沖之間的間隔時(shí)間長(zhǎng)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(dòng)電容 CSS 修改為 10nF，VOUT 上升過(guò)程就只需要 1.38ms 了，幾乎剛好是前者的十分之一（沒(méi)考慮延遲時(shí)段，所以有誤差）：

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

我已經(jīng)沒(méi)有能力對(duì)此進(jìn)行計(jì)數(shù)了（實(shí)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(wú)意義）。此時(shí)的 1ms 結(jié)束時(shí)，VOUT 已經(jīng)爬升到 8.74V。

要在同樣的時(shí)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(huì)在輸入端轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。所以，如果想在盡可能短的時(shí)間內(nèi)提升輸出電壓，輸入端就會(huì)出現(xiàn)比較大的電流沖擊，對(duì)供電源的供電能力提出更高的要求，避免這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)也就是采納軟起動(dòng)設(shè)計(jì)的通常原因。

對(duì)于不同的系統(tǒng)，軟起動(dòng)的實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)此功能，同時(shí) PWM 也在起作用。

轉(zhuǎn)載自RichtekTechnology。