工廠自動化應用中的精度取決于許多因素，例如精度、溫度漂移和噪聲。但是，在最初設計系統(tǒng)時，您可能忽略了另外兩個關(guān)鍵因素：安全性和可重復性。為了確保來自場傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 或來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 的信號在啟動時一致和精確，重要的是要有一個精確的參考電壓。該系統(tǒng)還需要有一個適當?shù)膯又芷?，以防它遇到大量電流。該電流稱為浪涌電流，它是啟動時從電源汲取的最大電流。由于系統(tǒng)中的容性負載通常出現(xiàn)在電源軌周圍，因此浪涌電流可能比系統(tǒng)設計的典型電流大得多。這可能是一個問題，因為啟動期間的浪涌電流會導致低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 和串聯(lián)電壓基準超出穩(wěn)壓范圍，并對系統(tǒng)精度和穩(wěn)壓產(chǎn)生負面影響。

涌入電流不僅適用于工廠自動化系統(tǒng)，例如 PLC 和現(xiàn)場變送器，而且還適用于需要隔離的工業(yè)系統(tǒng)和其他 4-20mA 電流回路應用。這是因為這些系統(tǒng)通常會定期打開和關(guān)閉以進行測量和自動化。看看在啟動期間沒有浪涌電流保護的系統(tǒng)，浪涌電流的阻抗非常小。這是因為電源通常具有較小的串聯(lián)阻抗，而任何 LDO 的 R DSON都較低，因此沒有足夠的阻抗來限制啟動期間流向電容器的電流。該電流會損壞電路板走線和不是為處理該電流而構(gòu)建的設備。

圖 1 是從電壓源到電壓參考的典型連接示例。來自 VCC 的涌入電流是由電容器 CS 和 CLoad 引起的，為了穩(wěn)定性，它們都可以是幾個微法拉。限制電流的串聯(lián)阻抗的典型總值為幾歐姆或更低；結(jié)果，浪涌電流可能達到數(shù)百毫安，并導致電壓基準超出調(diào)節(jié)范圍，或損壞設備或電源。

圖 1：缺乏浪涌電流保護的精密電壓基準

一種常見的解決方案是使用 Rs 來限制峰值電流，如圖 1 所示。在某些應用中，該電阻可以高達數(shù)百歐姆以限制峰值電流。限流電阻設定上限，不控制電壓和電流的斜率。

可能導致的一個問題是，如果 Rs 之后的 Cs 很小，則電容器在啟動時無法為參考提供足夠的電流。電流不足會導致啟動期間斜坡上升非常緩慢，這可能會影響設備的內(nèi)部上電初始化。第二個問題是，由于 Rs 的存在，由于電阻上的連續(xù)電流，會造成功率浪費和電壓從原始供電電壓下降。在電壓基準的功耗是關(guān)鍵參數(shù)的節(jié)能應用中，Rs 的功耗可能非常重要。您可以看到圖 2 中由大串聯(lián)電阻 Rs 引起的巨大下降。

圖 2：帶有 Rs 的精密電壓基準，用于限制浪涌電流

精確的干凈開始

雖然有外部分立解決方案來保護電壓基準中的浪涌電流，但它們通常體積龐大或效率低下。該REF2125 電壓基準引入了一個名為新功能“干凈啟動”，這是類似于在其他設備上的軟啟動功能，可以防止浪涌電流。干凈啟動和軟啟動均可通過調(diào)節(jié)進入器件的電流來防止器件進入可能影響調(diào)節(jié)電壓的不良狀態(tài)。

典型設備軟啟動和REF2125 清潔啟動之間的區(qū)別在于軟啟動背后的機制。軟啟動的工作原理是將外部電容器 C SS連接到軟啟動引腳。然后使器件的輸出充電率與 C SS上的電流斜坡率成正比。雖然軟啟動確實提供浪涌電流保護，但此功能在電壓基準中并不常見。

清潔啟動為REF2125 提供可編程浪涌電流保護，并具有軟啟動所缺乏的額外可編程性。清潔啟動會限制與參考電壓的 CS 引腳電壓成正比的輸出電流。這允許使用電阻器R CS和電容器C CS使斜坡上升速率的靈活性與必要的一樣漸進或快速。當 REF2125 的 CS 引腳只有 R CS 時，器件的輸入電流被限制為 I in,peak。在這種狀態(tài)下，設備啟動看起來類似于軟啟動，因為電流隨電阻線性上升。等式 1基于 R CS計算 I in,peak。

I in,peak ≈ 466uA + 13.54μA*Rcs (1)

干凈啟動的一個好處是附加的可編程性，它以添加電容器 C CS的形式出現(xiàn)。除了 CS 引腳上的電阻器之外，該電容器還允許輸出電流的斜坡根據(jù) C CS和 R CS的 RC 時間常數(shù)增加，如圖 3 所示。

圖 3：具有 R CS和 C CS 的REF2125 干凈啟動示例

如果不需要 CS 引腳的可編程性但需要浪涌電流保護，則REF3425 可以處理此問題。在REF3425中 ，啟動期間的斜升電流與固定開啟時間呈線性關(guān)系，以確保器件始終按預期開啟。

PLC 和現(xiàn)場變送器中的工廠自動化需要浪涌電流保護。它們對于自動化系統(tǒng)來說是必不可少的，尤其是因為每個測量和模擬輸入都必須精確可靠。雖然有分立解決方案可以幫助限制浪涌電流，但內(nèi)置解決方案是無可替代的。