多個電壓系統(tǒng)需要電源電壓排序

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。MAX6819/MAX6820為多電源系統(tǒng)排序提供了一種極佳的方法。MAX6391/MAX6392具有時序輸出，可用于多電壓和/或多處理器系統(tǒng)。MAX16029為多達<>個電源排序提供節(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多面向計算機的系統(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)位之前啟動并運行。

新的IC系列簡化了需要多個電源的系統(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及其實現(xiàn)。

簡單的遙控方法

對同一電源軌上兩個或多個電路的電源電壓進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串聯(lián)電阻和電容器，在它們之間引入延遲。每條生產(chǎn)線只需要兩個分立器件（圖1）。但是，這種技術(shù)有許多缺點：您應(yīng)該僅將其用于信號延遲，而不是用于電源延遲。

圖1.通過電源線中的RC延遲進行電源排序。

延遲取決于電源電壓的上升時間。RC方法不適合為獨立于主3V電源的3.5V電源電壓增加延遲，因為即使有延遲，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。另一個考慮因素是，關(guān)斷時的延遲電源電壓仍然比首先出現(xiàn)的電源電壓更長。

防止一個電源先于另一個電源上電的更可靠方法是監(jiān)控主電源，以確保它在第二個電源接通之前首先啟動并達到一定水平。增加一個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)壓器位于遠程電源中，因此無法訪問。

圖2.通過RC、比較器和MOSFET驅(qū)動器進行電源排序。

比較器負輸入端的基準電壓設(shè)置V要達到的電平抄送- V之前CC2打開。另一個輸入上的 RC 組合會增加觸發(fā)器的延遲。一個 n 溝道 MOSFET 開關(guān)保證 V 內(nèi)沒有電流流動CC2線路，當電源關(guān)閉或 V 時CC1尚未達到所需的電壓。為了充分增強 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 時關(guān)閉CC1不存在。盡管如此，時序仍然取決于V的上升時間CC1，設(shè)計人員可能無法訪問。這種布置允許較短的間隔 - 取決于RC組合和V的下降時間CC1-其中VCC2存在且無 VCC1.另一個缺點是，至少需要五個組件才能實現(xiàn)此功能。

嘗試使用p溝道MOSFET實現(xiàn)上述電路（以消除MOSFET驅(qū)動器）會導(dǎo)致以下問題。上電時無法保證PMOS器件完全閉合，因為柵極和源極電壓的上升時間可能不同，或者必須單獨控制?？赡艿慕Y(jié)果是上電時的輸出毛刺，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，因為 V一般事務(wù)人員不夠大，無法完全增強p溝道MOSFET。

上述電路可以使用標準復(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（包括基準電壓源、比較器、固定延遲時間和復(fù)位門限）和MAX6301，其門限和復(fù)位時間均可調(diào)節(jié)。然而，主要優(yōu)點是更精確可調(diào)的時序，也與電源電壓上升和下降時間無關(guān)。此外，VCC2V 一關(guān)閉CC1低于某個閾值，因此 VCC2沒有 V 就永遠不會存在CC1.

圖3.使用復(fù)位 IC、驅(qū)動器和 MOSFET 進行排序。

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，只需在一個穩(wěn)壓器的關(guān)斷輸入端使用 RC 網(wǎng)絡(luò)即可實現(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延遲時間也取決于 VCC1上升時間在掉電時，VCC2可能比 V 存在的時間更長CC1.

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)點包括定義的時序行為、受控關(guān)斷以及保證 VCC2在 V 之前關(guān)閉CC1.

圖5.使用電源穩(wěn)壓器復(fù)位排序。

MAX6819只需幾個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，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。

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)置延遲時間為200 ms，該延遲時間發(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允許用戶使用一個小的外部電容簡單地調(diào)整延遲時間。如果一個電源大于2.125V，則任一VCC1或 VCC2可充當主電源，從而觸發(fā)次級電源的開關(guān)。

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

圖7.對三個電源進行排序。

對多個電源進行排序

具有兩個以上電源的現(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<>個電源電壓進行排序，上電延遲可調(diào)。

圖8.對四個電源進行排序。

重置排序

如果必須控制復(fù)位時序而不是電源，則需要復(fù)位時序器。例如，如果主 CPU 必須在從屬 CPU 或背板 ASIC 之前啟動并運行，則此功能是必需的。通過級聯(lián)兩個或多個復(fù)位IC（如MAX812）來實現(xiàn)所需的時序控制，這些IC包括一個手動復(fù)位輸入（MR）。當?shù)谝粋€電源電壓上升，并且第一個復(fù)位IC將其復(fù)位輸出拉高時，第二個IC的MR被釋放，內(nèi)部定時器開始運行。延遲時間過后，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)視兩個電源電壓（主電源和從電源），并提供兩個具有固定或可調(diào)超時周期的復(fù)位輸出。

圖9.利用MAX6391/MAX6392.<復(fù)位排序

當主電源下降或未達到其工作電壓時，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，順序復(fù)位輸出確保當主器件未運行時，從器件永遠不會導(dǎo)通。從器件的電壓門限和超時周期可通過幾個外部元件進行調(diào)節(jié)。

審核編輯：郭婷