關(guān)注“電源先生”，解析開關(guān)電源

01

/ 背景簡述 /

浪涌電流（Inrush Current）是電源或設(shè)備剛上電時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)大電流。想象一下，當(dāng)你突然擰開一個(gè)堵塞的水龍頭，水流會(huì)瞬間噴涌而出——浪涌電流的原理與此類似。

但是，在我們的電源或電子系統(tǒng)中，不希望有浪涌電流存在，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致器件電流過應(yīng)力而損壞。所以，我們需要一種限制浪涌電流的方法。此文，將分析BUCK開關(guān)電源電路浪涌電流抑制的方法——為BUCK芯片配置軟啟動(dòng)電容。

02

/ 軟啟動(dòng)時(shí)間與啟動(dòng)時(shí)間：關(guān)鍵定義 /

軟啟動(dòng)時(shí)間

• 定義：輸出電壓從目標(biāo)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。
• 作用：通過緩慢提升輸出電壓，限制輸出電容充電速度，從而降低浪涌電流。

啟動(dòng)時(shí)間

• 定義：從電源使能信號(hào)生效到輸出電壓穩(wěn)定所需的總時(shí)間，包括使能延遲時(shí)間和軟啟動(dòng)時(shí)間。

03

/ 軟啟動(dòng)：讓電流飛一會(huì)兒 /

定義：軟啟動(dòng)功能通過配置最小啟動(dòng)時(shí)間，控制開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流和輸出電壓斜率，確保電壓“單調(diào)上升”。

優(yōu)勢：

• 抑制浪涌電流：避免充電電流觸發(fā)限流保護(hù)，降低開關(guān)電路與負(fù)載的電流應(yīng)力，減少輸入電壓跌落風(fēng)險(xiǎn)。
• 保證電壓單調(diào)上升：消除啟動(dòng)抖動(dòng)，防止FPGA等數(shù)字器件因電壓波動(dòng)引發(fā)閂鎖效應(yīng)（Latch-up），保障系統(tǒng)穩(wěn)定。

簡而言之，合理配置軟啟動(dòng)時(shí)間，是兼顧電路保護(hù)與可靠上電的關(guān)鍵設(shè)計(jì)。

04

/ 軟啟動(dòng)電容的配置公式 /

軟啟動(dòng)電容 C_SS 的容量直接影響軟啟動(dòng)時(shí)間。以下是核心公式推導(dǎo)：

• 基礎(chǔ)公式：根據(jù)電容充電公式 I = C * ΔV / ΔT ，可得軟啟動(dòng)時(shí)間：

• 浪涌電流與軟啟動(dòng)電容的關(guān)系

結(jié)合[ 從0到1設(shè)計(jì)BUCK(7) | BUCK降壓電路輸出電容選型方法1 ][ 從0到1設(shè)計(jì)BUCK(8) | BUCK降壓電路輸入電容選型方法 ]計(jì)算得到的輸出電容量，軟啟動(dòng)電容的計(jì)算公式為：

其中，V_REF 、I_SS 是開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)該給出的參數(shù)，C_OUT 是輸出電容選項(xiàng)完成后的已知參數(shù)，V_OUT 、 I_INRUSH 是“設(shè)計(jì)需求”中的已知參數(shù)（通常取為最大負(fù)載電流的5%~10%）。

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/ 配置實(shí)例：手把手教你配置軟啟動(dòng)電容 /

• 需求：Vout = 5.0V，Cout = 3 * 47uF = 141uF，Iout,max = 5.0A
• 參數(shù)：Iss = 1.7uA，Vref = 0.8V，Iinrush = 5%*5.0A=0.25A
• 計(jì)算：

• 結(jié)果：選用接近的10nF標(biāo)準(zhǔn)電容。這就是下圖C13 = 0.01uF的來源。

TPS54561DPRT電路設(shè)計(jì)實(shí)例

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/ 結(jié)語 /

配置軟啟動(dòng)電容是抑制浪涌電流、保障系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵步驟。通過合理選擇電容容量，既能保護(hù)元器件，又能滿足不同場景的啟動(dòng)需求。記住：軟啟動(dòng)時(shí)間不是越長越好，而是“夠用即最佳”。