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常见问题:动力轨道排序和转换速率

2020年2月28日
现代电子设备需要以正确的顺序和正确的速度提供能量。

功率转换速率如何影响电子产品?

你的电源轨道达到它的预期电压或回落到零的速率直接影响到所有的芯片和连接到它的设备。你的设计中的集成电路有无数的内部电容。电容器通过的电流与通过它的电压的转换速率成正比。这同样适用于电路中的各种杂散电容器和有意电容器。杂散电感和预期电感往往不太成问题,但这是一个类似的问题。

通过电感的电压与通过电感的电流的转换速率成正比。许多工程师在使用实验室的电源时开发出了电路。当真正的系统供应连接起来时,问题就来了。它肯定有一个不同的旋转速率,以及波纹和噪声。

快速转换速率的问题是什么?

快速电源应用程序可以将电流注入到ICs内部的非预期节点。当我们在一个激光驱动芯片上工作时,我们的设计团队意识到,一个突然的电源应用会使芯片进入一个意想不到的复位模式。

另一个问题是像离线这样简单的事情电容式电源(图1).当工作在一个稳定的60或50赫兹的墙插座上时,您需要调整电容和电阻的大小,以提供适当的电压。不幸的是,当你插入这个,或打开开关或断路器,壁电压可能在它的峰值,因此一个大的电流尖峰穿过电容器,导致负载过电压。


一种解决方案是放入一个强壮的齐纳二极管钳,以保护负载。传统的线性和开关稳压器有大容量的存储电容器,在接通时承受大的电流涌。你可能需要主动设计或被动设计侵入的保护

慢转率有什么问题?

低功率转换率也会引起很多头痛。现代集成电路有许多内部偏置和控制电路。一个朋友在他的LED手电筒原型中使用了一种流行的开关调节器芯片。这部分应该有一个连续模式,以及一个“饱嗝”模式,以低负荷。而对于电池,当电量下降非常缓慢时,我的朋友发现了“一种线性模式,芯片就会烧坏。”制造商没有明确表示该芯片不是用于电池供电的。

为什么我的振荡器坏了?

一些振荡器电路依靠噪声或来自电源应用的“踢”变得不稳定并开始振荡。这就是为什么许多Spice振荡器的模拟不工作。在Spice程序建立节点的直流偏置后,请确保用脉冲供电。类似地,如果功率上升得太慢,边际振荡器可能会保持稳定。一位前经理告诉我,在他的海军船上,他必须用脚踢雷达才能使振荡器正常工作。这一脚震动了真空管的灯丝,使电路开始工作。

为什么我的复位电路不工作了?

当电源被应用到数字电路上时,所有关于它将如何工作的打赌都是无效的。电源应用的转换速率可以完全改变操作。这就是为什么你应该这么做不使用555定时器进行开机复位。买重置芯片而不是(图2)


为什么我的疣要炸了我的电路?

AN88应用注释《Analog Devices》解释了长壁疣电缆中的电感如何与电路电源系统中的陶瓷电容器发生反应,从而产生可能损坏东西的超调。功率的突然应用意味着快速的转换速率,需要一个大的尖峰电流来给陶瓷电容器充电。一旦电流在电缆电感中流动,它倾向于持续流动,即使只是暂时的,在你的电路中造成过电压。

为什么我的放大器飘走了两秒钟?

许多模拟和数字芯片将锁存,如果电压出现在任何输入在电源供应到芯片。更棘手的是,芯片可能只是在几秒钟内不起作用。一家传感器公司想要打开一个远程放大器,在几毫秒内完成测量,然后关闭电源,以节省能源。问题是,在接通电源后两三秒钟,放大器就不能工作了。

这是一个转速问题,因为放大器上的解耦电容太大了,它延迟了输入芯片足够长的时间,所以电压第一次出现在输入端。它没有锁存芯片,而是在芯片衬底中注入了自由载流子,这些载流子必须重新组合才能使放大器正常工作。现代工艺是如此的干净和无缺陷,这些免费的载体重组需要几秒钟,而旧的芯片可能只需几毫秒就能完成。

我应该担心关闭率吗?

你的动力导轨下降的速度可能是个问题。我曾在两家微控制器制造商工作过。他们都有一种芯片,如果芯片的功率缓慢下降,它可以大量删除自己的记忆。数字工程师没有晶体管级别的模拟工具。这些公司的模拟IC设计师告诉我,“一旦你将电源电压降至一两个二极管降,谁也不知道数字电路会做什么。”事实证明,存在一个竞态条件,该条件将断言具有缓慢的功率关闭转换率的批量擦除线。花了六个月才找到。

为什么功率排序很重要?

上述问题可能只出现在单一供应上。当有多个电源时,您不仅要担心开关的转换速率,还必须确保电源应用的顺序不会引起任何问题。fpga和复杂的微控制器可能有许多动力轨,数据表将指导转换速率和电源应用的时间。

集成电路的所有输入端都有静电放电(ESD)二极管,以保护内部电路。如果电压被应用到输入端,它将正向偏置内部ESD二极管,这将从内部将电源应用到IC的电源引脚(图3).现在整个动力轨道将被激活,可能会对你的设计造成破坏。


权力转换速率和排序给你带来了一个金发姑娘的问题。不是太快,也不是太慢,而是恰到好处,而且顺序正确,一点也不差。

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