多電源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)
一、電源時(shí)序控制要求
1. 上電時(shí)序
- 核心電源優(yōu)先:對(duì)于微控制器、FPGA等復(fù)雜器件,通常要求核心電源先上電,穩(wěn)定后再上電其他電源軌,如I/O電源、輔助電源等。例如,Xilinx Spartan-3A FPGA要求VCC_INT先上電,然后是VCC_AUX,最后是VCCO。
- 避免浪涌電流:合理的上電時(shí)序可以錯(cuò)開各電源軌的上電時(shí)間,減少上電瞬間的浪涌電流,保護(hù)電源系統(tǒng)和器件。
- 防止閂鎖效應(yīng):正確的上電時(shí)序可以避免因電源電壓不匹配導(dǎo)致的閂鎖效應(yīng),防止器件損壞。
2. 下電時(shí)序
- 外圍電源先斷電:通常要求先斷開外圍電路的電源,如執(zhí)行電路、驅(qū)動(dòng)電路等,然后再斷開核心電源,確保核心邏輯在斷電過程中不會(huì)受到外圍電路的影響。
- 防止反向電流:確保在斷電過程中,不會(huì)因電源電壓差異導(dǎo)致電流倒灌,損壞器件。
二、電源樹設(shè)計(jì)模板
1. 確定電源需求
- 記錄主電源輸入:記錄主電源的輸入電壓和最大電流容量。
- 列出所有組件:列出電路中所有需要供電的子系統(tǒng)和組件,記錄每個(gè)組件的工作電壓和電流需求。
2. 繪制電源樹
- 從主電源輸入開始:將主電源輸入作為電源樹的根節(jié)點(diǎn)。
- 添加分支節(jié)點(diǎn):根據(jù)組件的電壓需求,添加分支節(jié)點(diǎn),如DC-DC轉(zhuǎn)換器、LDO等。
- 示例:
- 根節(jié)點(diǎn):12V
- 子節(jié)點(diǎn)1:5V(通過DC-DC轉(zhuǎn)換器)
- 組件A:5V,0.2A
- 子節(jié)點(diǎn)2:3.3V(通過DC-DC轉(zhuǎn)換器)
- 組件B:3.3V,0.1A
- 子節(jié)點(diǎn)3:12V(直接從主電源輸入)
- 組件C:12V,0.5A
3. 電流和功率計(jì)算
- 計(jì)算電流需求:計(jì)算每個(gè)分支的電流需求,確保總電流不超過主電源輸入的能力。
- 計(jì)算功率需求:功率 = 電壓 × 電流。
- 示例:
- 組件A功率:5V × 0.2A = 1W
- 組件B功率:3.3V × 0.1A = 0.33W
- 組件C功率:12V × 0.5A = 6W
- 總功率需求:1W + 0.33W + 6W = 7.33W
4. 優(yōu)化電壓轉(zhuǎn)換和熱管理
- 電壓轉(zhuǎn)換:選擇合適的電源轉(zhuǎn)換器,確保轉(zhuǎn)換效率高,減少能量損耗。
- 熱管理:考慮散熱措施,如添加散熱片、優(yōu)化PCB布局等,確保電源系統(tǒng)在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。
三、電源時(shí)序控制方法
1. 使能輸入精確控制時(shí)序
- 外部基準(zhǔn)電壓:使用外部基準(zhǔn)電壓控制電源芯片的使能引腳,實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序控制。例如,ADI的ADP5134通過內(nèi)部精確使能引腳實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制。
- 電阻分壓器:通過電阻分壓器將前一級(jí)電源的輸出連接到下一級(jí)電源的使能引腳,實(shí)現(xiàn)簡單的時(shí)序控制。
2. 時(shí)序芯片
- 多通道電源控制:使用時(shí)序芯片(如TPK1032系列)實(shí)現(xiàn)多通道電源的通電和斷電順序控制。時(shí)序芯片可以提供精確的時(shí)序控制,適用于復(fù)雜的電源系統(tǒng)。
3. 程序控制使能
- GPIO控制:通過主控芯片的GPIO引腳控制電源芯片的使能引腳,實(shí)現(xiàn)靈活的時(shí)序控制。這種方法需要軟硬件聯(lián)調(diào),適用于需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整時(shí)序的系統(tǒng)。
多電源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)需要綜合考慮電源時(shí)序控制和電源樹設(shè)計(jì)。合理的時(shí)序控制可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,而電源樹設(shè)計(jì)則為電源管理提供了清晰的結(jié)構(gòu)。通過選擇合適的電源芯片、優(yōu)化電源樹結(jié)構(gòu)和采用有效的時(shí)序控制方法,可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的多電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
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