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电源芯片EN引脚对电机控制板的影响

时间:2019-08-09 来源: 关键字:控制   电阻   

嵌入式硬件设计将成为21世纪微电子的核心技术的系统级芯片(SoC)设计中的三大关键技术与相互融合的一些研究领域做了详细的阐述,并对SoC设计面临的挑战以及发展趋势进行了展望。

某电机控制板带有动力回收的功能,在没有助力电池时,电机的转动也可以继续为控制板供电。而电机的不均匀转动会产生快速波动的电压,从而导致电源芯片输出极不稳定的电压,使得后级设备在极短的时间内频繁的上下电,导致板子上的蓝牙模块频繁丢失固件甚至烧坏,降低了产品性能。后来通过调整电源芯片EN引脚的相关配置,完美解决了该问题。想知道对EN做了什么“手脚”吗?小小的EN还蕴含着什么样的大智慧呢?

一、概述

EN即Enable,即“使能”的意思,不同的芯片的叫法也有所不同,如EA、RUN等。而它们的功能基本是一样的,即只有该引脚激活时,芯片或模块才能正常的输出。针对这一功能,我们可以添加一些简单的外围电路来实现稳定芯片或者输出上电排序的功能。一些较高级的电源芯片的EN引脚通常还带有滞回的特性。

二、应用技巧

1.巧用分压电阻,实现电源芯片的稳定输出

对于电源芯片,我们通常使用分压电阻将EN信号接到电源的输入引脚上,来防止EN端的电压超过它的耐压值。而在满足耐压值得条件下,还要将EN脚的电压设定在“合适”的范围。

例如文章一开始提到的,某电机控制板的24V电源在给电机供电的同时也通过DC/DC:MP2451输出12V给其他电路供电。在没有助力电池时,电机发电为控制板供电,而电机的转动并非是匀速的,产生了波动较大的电压,如下图1所示,黄色线为电机反向发电电压,绿色则为MP2451输出的电压。

 

 

图1电机发电曲线和DCDC的输出曲线

由上图1可以看出,电机的发电电压(DC/DC的输入电压)VIN大概在6.2V时候就使能了DC/DC输出,此时输入电压小于设定的12V输出电压,使得DC/DC内部的MOS管由于输出反馈的作用一直在快速的导通和关闭,形成了一个噪声包络随着输入波动的、不稳定的输出电压。当电机的发电电压大于12V时,DC/DC才输出了平稳的12V电压。

这是因为电路中的分压电阻网络设置不当,在输入电压很低的时候就达到了EN的阈值电压,导致过早使能电源芯片输出。这就是设计过程中只考虑了将电源芯片的EN引脚电压设置在耐压值以下,而未考虑将EN脚的分压网络设定在“合适”的范围的例子。

那么EN脚的分压网络设定在什么位置比较合适呢?

 

 

图2EN使能输出曲线

l如曲线①所示,输入电压较低时就达到了VEN的使能阈值,使能芯片输出,此时输出受到输入波动的影响且上电缓慢,影响了后级电路的工作稳定性;

l如曲线②所示,输入电压VIN上升到70%~80%的时候,VEN才到达使能阈值,此时芯片输出摒除了输入电源的不稳定阶段,上电迅速,输出平稳,减小了输入电压波动的影响;

l同时预留了20%~30%的余量避免了输入电源波动导致输出关闭的问题;

l由此可知将电源芯片的EN阈值电压通过分压网络设定在70%~80%×VIN是较为合理的,EN阈值可以通过芯片手册查得。如下图3所示,根据已知的EN阈值和输入电压即可求得合适的分压电阻比例。

 

 

图3根据已知的EN阈值分配网络电阻

图4是调整EN引脚的分压电阻阻值后的输出波形,输出的电压波动得到了明显的改善。再继续调整分压电阻阻值,就可以得到更加平稳的输出波形,此方法简单有效的解决了前面提到的输出不稳定的问题。

 

 

图4调整分压电阻后的电压波形

由此可见,小小的EN引脚,设置不当也会引起不小的麻烦,因此在满足EN耐压值的件下,根据实际情况将EN的输入电压稳定在“合适”的范围之内,也是非常重要的。这个小小的使用技巧,您学会了吗?

2.巧用EN功能,实现上电时序

电路设计中,芯片或模块往往需要多种工作电源,同时对这些电源的上电顺序也提出了相应的要求。若没有满足这些上电时序的要求可能导致总线冲突、器件闩锁等故障。例如某系统上的工作电源有VCC_Core、VCC_DDR、VCC_DIO三种电源,通过分立的电源芯片控制。此时可以通过调整电源芯片EN引脚的RC回路来控制上电时序,即图中的R1和C1。

 

 

图5 RC延时电路

RC时间常数大的也必定产生动作延迟,即后开始工作,改变不同的参数得到不同的延时时间,从而控制分立电源芯片的上电时序。此法还可以满足用一个EN信号控制多个电源芯片的使用需求。

需要注意的是RC中的电阻也不能过大,要满足EN引脚所需的电流需求。如下图所示为某电源芯片手册中EN输入电流条件。

 

 

图6 EN脚输入电流举例

三、总结

通过对EN的控制,可以实现相应的功能,包括合理设置EN的静态工作点,既可以避免在电源电压不稳定阶段开启芯片电源供电,又能避免在正常工作时,电源电压波动引起系统意外掉电。通过对EN的逻辑时序控制,可以实现多路电源上电时序的控制。

此外,在EN端加上适当的控制电路,可以放大EN的滞回电压。这一点对于电池供电的系统,在电池接近耗尽的时候,可以避免电路循环重复上下电。

由此可见,这看似简简单单的EN引脚,使用时也是需要多加注意的。通过本文的介绍,您是不是也觉得这小小EN,蕴含大大的智慧呢?

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