軟啟動(dòng)的操作的優(yōu)勢(shì)優(yōu)點(diǎn)及延長(zhǎng)電池的預(yù)期使用壽命

這篇文章探討一種在許多電池驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品中存在的特性。當(dāng)一個(gè)電路首次獲得供電時(shí)，在建立穩(wěn)定操作狀況期間會(huì)出現(xiàn)高尖峰電流。雖然全新或剛充滿電的電池可以有可靠且符合預(yù)期的性能表現(xiàn)，但如果電池電量不是很滿時(shí)就不能支持高啟動(dòng)電流（亦稱為涌浪電流）。隨著電池電量逐漸消耗，它的內(nèi)部電阻不斷增加，導(dǎo)致在負(fù)載下的電壓下跌更大。啟動(dòng)時(shí)尖峰電流所造成的更大電壓下降將觸發(fā)電源欠壓關(guān)閉機(jī)制。

在關(guān)閉過程中，電池電壓會(huì)回復(fù)過來，使電源再次啟動(dòng)并產(chǎn)生高涌浪，進(jìn)而再次激發(fā)另一回欠壓情況。結(jié)果，設(shè)備在啟動(dòng)（ON）與關(guān)閉（OFF）狀態(tài)之間來回，導(dǎo)致用戶不滿，還會(huì)迫使用戶過早更換電池或?yàn)殡姵爻潆姟?/p>

電池使用壽命是用戶做出購買決定的重要因素，所以任何機(jī)制如果能夠影響電池的預(yù)期使用壽命，都會(huì)為最終產(chǎn)品創(chuàng)優(yōu)增值。

把軟啟動(dòng)定為例行程序，讓電流在一段受到控制的時(shí)間內(nèi)提升到系統(tǒng)要求的數(shù)值，可以避免由涌浪電流造成的問題。例行軟啟動(dòng)的操作有兩大優(yōu)點(diǎn)。首先，它使輸出電壓不會(huì)上升得太快，能夠防止輸出電壓過沖或顯著降低過沖的幅度。

第二，當(dāng)一枚已部分放電的電池放出大涌浪電流時(shí)，它能夠避免出現(xiàn)隨之而來的電壓大跌。例行軟啟動(dòng)減少了涌浪電流的幅度，所以亦減少了在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的電壓下降，從而使電池電壓高于會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)欠壓關(guān)閉的臨界值。

對(duì)某幾類器件來說，軟啟動(dòng)可輕易部署。例如低壓差（LDO）穩(wěn)壓器只要利用柵極控制，便能輕松實(shí)施軟啟動(dòng)及涌浪電流保護(hù)。至于DC-DC轉(zhuǎn)換器，部署方法就要視乎器件是屬于降壓還是升壓穩(wěn)壓器。

降壓轉(zhuǎn)換器以及某些升壓轉(zhuǎn)換器并沒有啟動(dòng)模塊。如果在最懷的情況下，也就是當(dāng)輸入電壓到了最低時(shí)，仍足以為芯片的所有模塊提供電壓，那就好辦了，因?yàn)橄到y(tǒng)可以借著最大電流偵察器去限制電流，而這個(gè)限制在過了一段固定時(shí)間后，又或當(dāng)一組輸出電壓達(dá)到了預(yù)定值時(shí)便會(huì)解除。這是一個(gè)非常有吸引力的特性，因?yàn)樾酒删S持在正常操作模式。

不過，某些升壓轉(zhuǎn)換器包含了一個(gè)啟動(dòng)模塊。當(dāng)這些系統(tǒng)以升壓模式操作，輸入電壓就會(huì)低于電壓要求，因而轉(zhuǎn)換器的輸出會(huì)被用于轉(zhuǎn)換器的供電。在這種情況下，實(shí)施軟啟動(dòng)便變得復(fù)雜，因?yàn)槔谐绦虮仨氃谡麄€(gè)啟動(dòng)過程中限制電流，直至輸出達(dá)致所需的輸出電壓。這表示軟啟動(dòng)機(jī)制必須同時(shí)在電池供電及轉(zhuǎn)換器輸出供電上運(yùn)作。

與此同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)線性芯片是為廣闊的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，能配合多種相關(guān)零件，這使軟啟動(dòng)的部署更趨復(fù)雜。這亦表示在不同的應(yīng)用中，達(dá)到輸出要求所需的時(shí)間也各異。因此，為多種產(chǎn)品及應(yīng)用提供一種通用軟啟動(dòng)解決方案變得極具挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在，隨著奧地利微電子公司推出了一種嶄新的器件，在一個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)上實(shí)施軟啟動(dòng)便大為簡(jiǎn)化。AS1344不僅為絶大部分應(yīng)用提供完整的啟動(dòng)解決方案，亦帶來一系列啟動(dòng)期間的最大電流選擇。這讓系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)達(dá)致所需輸出電壓的時(shí)間。

圖1展示了AS1344的方塊圖。兩個(gè)PMOS開關(guān)在關(guān)閉期間都處于OFF狀態(tài)（輸出與輸入解除連接，以制止電流在關(guān)閉期間流動(dòng)）；兩者在正常操作模式下則保持ON狀態(tài)。

圖1：AS1344的方塊圖。

然而，在啟動(dòng)過程中，只有一個(gè)PMOS開關(guān)（那個(gè)與VIN連接的開關(guān)）處于ON狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)人員可透過改變那個(gè)連接在電池與VIN之間的外部電阻之?dāng)?shù)值，去調(diào)節(jié)啟動(dòng)期間系統(tǒng)所容許通過的最大電流。這個(gè)電阻將永久限制流向VIN的電流。

在DC/DC轉(zhuǎn)換器達(dá)到要求的輸出電平之后不久，由VDD到SW的開關(guān)便會(huì)啟動(dòng)，換言之，器件將處于正常操作模式。這讓更大的電流可以通過，以支持更高的負(fù)載電流，帶來更具效率的系統(tǒng)。

圖2及圖3展示了這些效應(yīng)。我們憑圖2可知如果輸入電壓為1.8V，設(shè)計(jì)便能透過一個(gè)3Ω的外部電阻，把涌流電流限制于200mA左右。至于圖3則顯示，當(dāng)輸入電壓為2.4V，電阻值一樣是3Ω的話，最高涌浪電流值將約為400mA。

圖2：如果輸入電壓為1.8V，設(shè)計(jì)便能透過一個(gè)3Ω的外部電阻，把涌流電流限制于200mA左右。

圖3：當(dāng)輸入電壓為2.4V，電阻值一樣是3Ω的話，最高涌浪電流值將約為400mA。

我們從表1可看到同樣在2.4V輸入電壓下，不同外部電阻（0Ω到3Ω）所造成的各個(gè)最大涌浪電流值及啟動(dòng)時(shí)間。這個(gè)列表清楚顯示出，系統(tǒng)如無外部電阻（即Rv=0Ω），就可快速啟動(dòng)，且有大涌浪電流通過。

表1：在2.4V輸入電壓下，不同外部電阻（0Ω到3Ω）所造成的各個(gè)最大涌浪電流值及啟動(dòng)時(shí)間。

設(shè)計(jì)人員可通過采用AS1344選擇單一的外部電阻值，輕松控制涌浪電流。OEM借著在不同電路設(shè)計(jì)使用這種單一升壓轉(zhuǎn)換器，便有機(jī)會(huì)減少采購成本，同時(shí)簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈和倉存要求。

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