软启动时间配置的原理详解

5.11.3 软启动时间配置的原理

问题 5.4：几种常见的软启动电容配置公式，其差异本质是什么？

5.11.3 软启动时间配置的原理

由“1.7.2.2 电容元件的伏安关系”章节知道，电容器的伏安关系表达式为(1.10)（ I = C x dV / dt ）。由此可见，当电容量越大，电压越高，时间越短，充电电流就会越大；或者说，在电容量一定的情况下，电容器充电电流的大小与电压的变化率成正比关系。

图 5.67 TPS54561DPRT的功能框图

图 5.67所示，通常开关电源器件实现可配置软启动时间的方法是，预留软启动(Soft Start)引脚SS，在其上外挂软启动电容 C_SS ，芯片内部有上拉电流源（软启动充电电流） I_SS 和基准电压 V_REF 。

（1）根据公式(1.10)容易得到软启动电容上的电压从零被充电到 V_REF 所需的时间为

（2）针对降压电路，假设输出电压设定值为 V_OUT ，输出电容为 C_OUT ，对输出电容充电的浪涌电流为 I_INRUSH ，则输出电容上的电压（即输出电压）从零上升到设定值 V_OUT 所需的时间为 T_(SS,OUT) ，参考公式(5.81)容易得到

（3）开关电源的启动要求是，在 T_(SS,SET) 这段软启动时间内，软启动电容上的电压从零被充电到 V_REF ；在相同的时间内，输出电容上的电压从零被充电到设定值 V_OUT ，那么很容易得到

（4）将公式(5.81)和公式(5.82)代入到公式(5.83)，并解出 C_SS 的表达式，如下所示：

这就是配置开关电源软启动电容的电容量大小的计算依据。其中，V_REF 、I_SS 是开关电源转换器应该给出的参数，C_OUT 是输出电容选项完成后的已知参数，V_OUT 、 I_INRUSH 是“设计需求”中的已知参数。

这里需要说明的是：开关转换器启动时，对输出电容充电的电流，习惯上称之为浪涌电流 I_INRUSH ，通常可取为开关转换器最大负载电流 I_(OUT,MAX) 的 5% ~ 10%。

假如输出电容充电的浪涌电流大小 I_INRUSH 为开关电源最大输出电流 I_(OUT,MAX) 的 5% ，即 I_INRUSH=5%×I_(OUT,MAX) ；那么，将 I_INRUSH=5%×I_(OUT,MAX) 代入上述方程 (5.84) 可得软启动电容 C_SS 的表达式，如下所示：

由公式(5.84)、(5.85)可见，浪涌电流大小与软启动电容值（或软启动时间）是成反比关系的；软启动电容值（或软启动时间）越大，对应的浪涌电流就越小。

问题 5.4：几种常见的软启动电容配置公式，其差异本质是什么？

如前“5.11.2 什么是软启动？软启动时间？启动时间？”章节所述，不同的降压电源芯片规格书中定义的“软启动时间”有所差别。

基于“输出电压 V_OUT（即输出电容上的电压）” 这个参数有两种，即“软启动时间是输出电压从10% 上升到90% 所需要的时间”，或者“软启动时间是输出电压从零上升到100%所需要的时间”。

基于“软启动电容上的电压（通常等于参考电压 V_REF）”这个参数也可以有两种，即“软启动时间是软启动电容上的电压从10% 上升到90% 所需要的时间”，或者“软启动时间是软启动电容上的电压从零上升到100% 所需要的时间”。

所以，如下表所示，排列组合之后，共有3种表达形式（ C_SS 和 C_OUT 同时使用“从10% 到 90%”或同时使用“从0 到 100%”的结果是相同的）。

所以，电源先生曰：如何才能“以不变应万变”呢？方法是，寻找“宗”。因为“万变不离其宗”，“宗”就是那个“不变”。