Конфигурация плавного пуска понижающего преобразователя напряжения

Пусковой ток — это кратковременный, высокий ток, возникающий при включении источника питания или устройства. В наших источниках питания и электронных системах пусковой ток нежелателен, поскольку он может привести к перегрузке устройства и его повреждению.

В импульсных понижающих источниках питания используется схема плавного пуска для управления скоростью нарастания тока во время запуска системы, постепенно подавая питание на нагрузку и смягчая влияние пускового тока на систему. Функция плавного пуска в понижающем источнике питания достигается за счет использования пускового конденсатора. Это эффективно подавляет пусковой ток, предотвращая превышение током заряда выходного конденсатора предельного значения тока импульсного источника питания во время запуска. Это уменьшает скачки тока в самой импульсной цепи и в последующих нагрузках, а также минимизирует падение входного напряжения. Кроме того, правильно настроенное время плавного пуска обеспечивает плавное нарастание выходного напряжения, избегая колебаний.

.

Рассмотрим в качестве примера микросхему TPS54561DPRT от компании TI. Ее внутренняя функциональная блок-схема показана на рисунке 1. Микросхема TPS54561DPRT реализует плавный пуск путем подключения внешнего конденсатора к выводу SS/TR.

Зависимость напряжения от тока для конденсатора выражается формулой I = C * dV / dt. Это показывает, что чем больше емкость, тем выше напряжение, и чем короче время зарядки, тем больше зарядный ток. Другими словами, для заданной емкости величина зарядного тока конденсатора пропорциональна скорости изменения напряжения.

Типичный понижающий импульсный источник питания реализует настраиваемое время плавного пуска путем подключения внешнего пускового конденсатора CSS к выводу плавного пуска SS. Внутренний подтягивающий источник тока зарядки плавного пуска ISS заряжает пусковой конденсатор CSS, а затем сравнивает его с опорным напряжением VREF для определения окончания процесса плавного пуска. Согласно формуле зарядки конденсатора (I = C*ΔV/ΔT), время TSS, необходимое для зарядки напряжения на пусковом конденсаторе от нуля до VREF, составляет:

TSS_SET = CSS * VREF/ISS (Уравнение 1)

Для схемы понижающего преобразователя, если предположить, что заданное значение выходного напряжения равно VOUT, выходной конденсатор равен COUT, а пусковой ток, заряжающий выходной конденсатор, равен IINRUSH, то время, необходимое для повышения напряжения на выходном конденсаторе (т.е. выходного напряжения) от нуля до заданного значения VOUT, равно TSS_OUT. Используя формулу зарядки конденсатора, получаем:

TSS_OUT = COUT * VOUT/IINRUSH (Уравнение 2)

Требование к запуску импульсного источника питания заключается в том, что напряжение на конденсаторе плавного пуска должно зарядиться от нуля до VREF в течение времени плавного пуска TSS_SET, а напряжение на выходном конденсаторе должно зарядиться от нуля до заданного значения VOUT в течение того же промежутка времени. Следовательно, получаем:

TSS_SET = TSS_OUT (Уравнение 3)

Итоговая формула для расчета емкости конденсатора плавного пуска выглядит следующим образом:

(Уравнение 4)

При запуске импульсного преобразователя ток, заряжающий выходной конденсатор, обычно называют пусковым током, IINRUSH. Этот ток обычно составляет от 5% до 10% от максимального тока нагрузки импульсного преобразователя, IOUT,MAX. Если пусковой ток, IINRUSH, составляет 5% от максимального выходного тока импульсного источника питания, IOUT,MAX, то IINRUSH = 5% × IOUT. Подставляя IINRUSH = 5% × IOUTMAX в уравнение 4, получаем следующее выражение для конденсатора плавного пуска, CSS:

(Уравнение 5)

Рассмотрим в качестве примера микросхему TPS54561DPRT. Фактические данные для вычислений выглядят следующим образом:

Требования: VOUT = 5,0 В, COUT = 3 * 47 мкФ = 141 мкФ, IOUT,MAX = 5,0 А

Параметры: ISS = 1,7 мкА, VREF = 0,8 В, IINRUSH = 5% * 5,0 А = 0,25 А

Результаты расчетов:

Используется стандартный конденсатор емкостью около 10 нФ. Именно поэтому на рисунке ниже C13 = 0,01 мкФ.

Настройка конденсаторов плавного пуска является ключевым шагом в подавлении пускового тока и обеспечении стабильности системы. Правильный выбор емкости конденсатора позволяет защитить компоненты, одновременно обеспечивая выполнение требований к запуску в различных сценариях.

• Предыдущий пост

  Волоконно-оптический гироскоп для определения направления на север: основные технологии и применение высокоточной автономной ориентации.

• Следующий пост

  Как выбрать MEMS IMU, подходящий для промышленных роботов и систем автоматизации