Power Good信號(hào)的使用方式

引言：諸如微處理器或系統(tǒng)芯片(SoCs)的敏感負(fù)載需要保持穩(wěn)定的輸入電壓。如果電壓軌有大量的涌流或施加高電容負(fù)載，電壓可能會(huì)下降，導(dǎo)致設(shè)備進(jìn)入欠壓鎖定(UVLO)/復(fù)位狀態(tài)或損壞下游電路。PGOOD信號(hào)可以通過連接信號(hào)到下游負(fù)載來幫助管理沖擊電流或控制電源時(shí)序，只有當(dāng)電壓軌達(dá)到足以正常運(yùn)行的值時(shí)，才會(huì)發(fā)出PGOOD。將下游啟用引腳或復(fù)位監(jiān)控器連接到PGOOD，以確保下游負(fù)載僅在穩(wěn)定的輸入電壓下工作，PGOOD功能也適用于功率排序和功率多路復(fù)用等應(yīng)用。

1. PGOOD信號(hào)的使用方式

連接到下游負(fù)載

許多系統(tǒng)正常運(yùn)行的負(fù)載需要穩(wěn)定的、可調(diào)節(jié)的功率輸入，如果電源軌失調(diào)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障，一些依賴于穩(wěn)定的電壓軌的下游負(fù)載包括MCU、FPGA、SOC和其它敏感組件。

如圖10-1所示，當(dāng)電源軌打開且穩(wěn)定時(shí)，PGOOD信號(hào)可以向MCU提供反饋。如果電源開關(guān)的輸出包含高電容性負(fù)載，則在輸出電壓穩(wěn)定時(shí)才會(huì)打開單片機(jī)，浪涌電流可以得到有效控制。換句話說，當(dāng)PGOOD信號(hào)不指示時(shí)，單片機(jī)將保持關(guān)閉狀態(tài)。由于PGOOD的輸出通常是開漏，需要一個(gè)上拉電阻，以在調(diào)節(jié)期間將引腳拉高。

圖10-1：電源-PG的復(fù)位配置

電源軌邏輯

如果多個(gè)電源軌需要調(diào)節(jié)，將PGOOD信號(hào)一起連接到重置監(jiān)控器或IC可確保在任何電源軌超出調(diào)節(jié)范圍時(shí)重置信號(hào)有效。圖10-2通過將DC-DC轉(zhuǎn)換器的PG和電源開關(guān)連接在一起演示了這種功能。

圖10-2：多電源PG復(fù)位配置

輸入保護(hù)

需要魯棒輸入保護(hù)的系統(tǒng)可以使用PGOOD信號(hào)來減少啟動(dòng)期間的系統(tǒng)壓力，一些設(shè)備，如熱插拔控制器，監(jiān)測外部FET上的應(yīng)力，使其保持在安全操作區(qū)(SOA)內(nèi)。在啟動(dòng)期間使下游負(fù)載導(dǎo)通，而FET沒有完全導(dǎo)通可能會(huì)在外部FET和系統(tǒng)上增加額外的應(yīng)力。將PGOOD信號(hào)連接到下游負(fù)載的使能信號(hào)，如圖10-3所示

圖10-3：熱插拔電源-PG的配置

2.電源時(shí)序

許多應(yīng)用需要控制上電和斷電順序來正確操作子系統(tǒng)和下游組件，對(duì)于需要按特定順序開啟以確保操作安全性和可靠性的電源軌，排序至關(guān)重要。對(duì)電源軌進(jìn)行排序還有助于在通電期間錯(cuò)開涌入電流，從而減少系統(tǒng)應(yīng)力和輸入電壓驟降，同時(shí)也有助于防止?jié)撛诘姆聪蚱脿顩r。

可以使用PGOOD信號(hào)對(duì)電源軌進(jìn)行排序，例如，通過將負(fù)載開關(guān)的PGOOD信號(hào)連接到第二負(fù)載開關(guān)的使能引腳，只有在第一負(fù)載開關(guān)穩(wěn)定之后，第二負(fù)載切換才會(huì)導(dǎo)通。這種情況延遲了第二負(fù)載開關(guān)的接通，有效地交錯(cuò)電源軌并降低了系統(tǒng)上的浪涌電流應(yīng)力。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)開關(guān)被禁用時(shí)，PGOOD信號(hào)將EN/ON引腳拉低，并阻止第二個(gè)開關(guān)接通。

圖10-4展示了一個(gè)使用PGOOD的排序應(yīng)用方式，還可以在PGOOD信號(hào)中添加延遲，以進(jìn)一步延遲電源軌的開啟/關(guān)閉，如圖10-5所示。

圖10-4：電源排序

圖10-5：向電源輸出引腳添加延遲

3.電源多路復(fù)用

電源多路復(fù)用是一組電子開關(guān)，用于選擇多個(gè)輸入電源軌并將其轉(zhuǎn)換為單個(gè)輸出，包括備用電源軌或備用電池的系統(tǒng)可能需要在電源之間快速切換，以最大限度地減少輸出電壓下降并防止系統(tǒng)重置。為了防止出現(xiàn)反向電流情況，可以使用PGOOD信號(hào)切換輸入。

通過將負(fù)載開關(guān)等器件的PGOOD信號(hào)連接到外部P-FET的柵極，PGOOD信號(hào)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電源軌之間的無縫切換，并消除了對(duì)分立時(shí)序電路的需要。如圖10-6所示，當(dāng)PGOOD引腳拉高時(shí)，P-FET的柵極也拉高，從而關(guān)閉FET，當(dāng)PGOOD引腳指示為低，P-FET的柵極拉低并導(dǎo)通P-FET時(shí)，允許電流從IN2流出。

圖10-6：先通后斷電源多路復(fù)用器示意圖

4.PGOOD信號(hào)的實(shí)現(xiàn)

PGOOD可以分立實(shí)現(xiàn)，也可以集成實(shí)現(xiàn)。

分立的PGOOD

圖10-7顯示了PGOOD信號(hào)的分立實(shí)現(xiàn)，在該方式中，PGOOD信號(hào)取決于輸出電壓。一旦輸出電壓達(dá)到某個(gè)閾值以偏置分立FET，則PGOOD指示。在這個(gè)例子中，當(dāng)Vout為低時(shí)，F(xiàn)ET Q2柵極的電壓拉低，使其截止，這使得Q3的柵極被拉高到V+，使其導(dǎo)通，并將PGOOD信號(hào)拉到地。當(dāng)Vout達(dá)到電阻分壓器指定的特定電平時(shí)，Q2上的柵極指示為高，這將Q3的柵極拉低，從而關(guān)斷Q3。這將PGOOD輸出拉高到Vout，從而PGOOD正常指示。

圖10-7：分立的PG結(jié)構(gòu)

該電路的一個(gè)限制是PGOOD信號(hào)僅受Vout的影響，當(dāng)存在Vout時(shí)，即使Vout電壓軌波動(dòng)，PGOOD信號(hào)也將指示。例如，如果Vout標(biāo)稱為12V，但高電容負(fù)載連接到輸出，則輸入電壓可能下降到10V，只要左FET被偏置，PGOOD信號(hào)將保持有效。

集成的PGOOD

根據(jù)設(shè)備的不同，有幾種使用集成IC實(shí)現(xiàn)PGOOD的方法。第一種方法，Vout/Vin的PGOOD，類似于分立PGOOD的解決方案。如圖10-8所示，當(dāng)輸出電壓達(dá)到Vin的某個(gè)百分比時(shí)，PGOOD信號(hào)生效。對(duì)于該示例，一旦Vout達(dá)到Vin的90%，PGOOD信號(hào)將指示。這是通過Vin和Vout之間的比較提供了PGOOD的簡單功能。

圖10-8：集成的Vout/Vin--PG

但是當(dāng)接通高電容性負(fù)載時(shí)，Vout/Vin的PGOOD會(huì)受到限制，由于PGOOD信號(hào)僅取決于Vin與Vout的比率，因此即使電壓波動(dòng)，PGOOD也將成立。如果下游負(fù)載由于高電容性負(fù)載而拉取大量電流，則在啟動(dòng)期間可能會(huì)發(fā)生大的浪涌電流事件。對(duì)負(fù)載電容充電可能導(dǎo)致輸入電壓下降，由于PGOOD最終取決于Vin/Vout比率，因此如果Vin和Vout下降，則PGOOD信號(hào)仍將有效。

Vout/Vin的PGOOD在較低電壓應(yīng)用中也有另一個(gè)限制，在較低的Vin下，由于導(dǎo)通電阻，PGOOD信號(hào)可能無法指示。例如，如果器件在0.5V、1A、導(dǎo)通電阻為100mΩ的條件下工作，則輸出電壓將為0.4V，這在90%Vin的范圍之外，因此，PGOOD信號(hào)可能不會(huì)指示。

實(shí)現(xiàn)PGOOD的一種有效方法是測量通過FET的導(dǎo)通電阻，這種方法有時(shí)被稱為“VGS
GOOD”，當(dāng)VGS電壓上升到FET導(dǎo)通電阻接近其標(biāo)稱值時(shí)，這種方法會(huì)觸發(fā)PGOOD。延遲也被引入到電路中，以防止任何瞬態(tài)或涌入事件意外地觸發(fā)VGS GOOD。在EN/on引腳上的電壓超過器件的VIH電平之后，器件將測量導(dǎo)通電阻并等待一定時(shí)間(tBLANK)，然后觸發(fā)為高電平。如果EN/on引腳上的電壓降至VIL以下，或者FET的VGS降至閾值以下，則PGOOD關(guān)閉指示，圖10-9顯示了VGS
GOOD的常見實(shí)現(xiàn)方法。

圖10-9：集成的VGS--PG

VGS GOOD提供了在較低Vin值下工作的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閷?dǎo)通狀態(tài)電阻波動(dòng)較小，并防止瞬態(tài)或浪涌條件導(dǎo)致PGOOD引腳的意外觸發(fā)。VGS GOOD的一個(gè)限制是啟動(dòng)期間的VBIAS和VON，如果VBIAS和VON引腳為高電平，并且Vin開始斜坡上升，則由于VGS閾值保持高電平，PGOOD將被觸發(fā)，由于VBIAS為提供給柵極的電壓供電，因此VGS閾值將保持高電平。

5.小結(jié)

需要穩(wěn)定輸入電壓的敏感應(yīng)用可以使用PGOOD信號(hào)來保持電源軌在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，PGOOD信號(hào)可以幫助管理涌入電流或控制電源軌時(shí)序，這在諸如負(fù)載工作順序或功率復(fù)用之類的應(yīng)用中是非常有用的。