緩啟動(dòng)電路原理

1、-48V電源緩啟動(dòng)原理2021年02月17日星期五15:51現(xiàn)在大多數(shù)電子系統(tǒng)都要支持熱插拔功能,所謂熱插拔,也就是在系統(tǒng)正常工作時(shí),帶電對(duì)系統(tǒng)的某個(gè)單元進(jìn)行插拔操作,且不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響.熱插拔對(duì)系統(tǒng)的影響主要有兩方面：其一,熱插拔時(shí),連接器的機(jī)械觸點(diǎn)在接觸瞬間會(huì)出現(xiàn)彈跳,引起電源振蕩,如下列圖所示:持續(xù)幾十毫秒這個(gè)振蕩過(guò)程會(huì)引起系統(tǒng)電源跌落,引起誤碼,或系統(tǒng)重啟,也可能會(huì)引起連接器打火,引發(fā)火災(zāi).解決的方法就是延遲連接器的通電時(shí)間,在連接器抖動(dòng)的那十幾毫秒內(nèi)t1至t2不給連接器通電,等插入穩(wěn)定后t2后再通電,即防抖動(dòng)延時(shí).其二,熱插拔時(shí),由于系統(tǒng)大容量?jī)?chǔ)能電容的充電效應(yīng),系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)很大

2、的沖擊電流,大家都知道,電容在充電時(shí),電流呈指數(shù)趨勢(shì)下降左下列圖,所以在剛開(kāi)始充電的時(shí)候,具沖擊電流是非常大的.此沖擊電流可能會(huì)燒毀設(shè)備電源保險(xiǎn)管,所以在熱插拔時(shí)必須對(duì)沖擊電流進(jìn)行限制,使其按理想的趨勢(shì)變化,如右上圖所示,圖中0t1為電源緩啟動(dòng)時(shí)間.綜上所述,緩啟動(dòng)電路主要的作用是實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能：1) .防抖動(dòng)延時(shí)上電；2) .限制輸入電流的上升斜率和幅值.緩啟動(dòng)電路有兩種類型：電壓斜率型和電流斜率型.電壓斜率型緩啟動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是其輸出電流的變化受負(fù)載阻抗的影響較大,而電流斜率型緩啟動(dòng)電路的輸出電流變化不受負(fù)載影響,但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜.下面重點(diǎn)介紹電壓型緩啟動(dòng)電路.設(shè)計(jì)中通常使用MOS管來(lái)設(shè)

3、計(jì)緩啟動(dòng)電路的.MOS管有導(dǎo)通阻抗Rds低和驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的特點(diǎn),在周?chē)由仙倭吭骷涂梢詷?gòu)成緩慢啟動(dòng)電路.通常情況下,在正電源中用PMOS,在負(fù)電源中使用NMOSo下列圖是用NMOS搭建的一個(gè)-48V電源緩啟動(dòng)電路,我們來(lái)分析下緩啟動(dòng)電路的工作原理1),D1是嵌位二極管,預(yù)防輸入電壓過(guò)大損壞后級(jí)電路；2),R2和C1的作用是實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)延時(shí)功能,實(shí)際應(yīng)用中R2一般選20K歐姆,C1選4.7uF左右；3) .R1的作用是給C1提供一個(gè)快速放電通道,要求R1的分壓值大于D3的穩(wěn)壓值,實(shí)際應(yīng)用中,R1一般選10K左右；4) .R3和C2用來(lái)限制上電電流的上升斜率,實(shí)際應(yīng)用中,R3一般選200K歐姆左右,

4、C2取值為10nF100nF;5) .R4和R5的作用是預(yù)防MOS管自激振蕩,要求R4、R5lt;<R3,R4取值一般為1050歐姆之間,R5一般為2K歐姆；6) .嵌位二極管D3的作用是保護(hù)MOS管Q1的柵-源極不被高壓擊穿；D2的作用是在MOS管導(dǎo)通后對(duì)R2、C1構(gòu)成的防抖動(dòng)延時(shí)電路和R3、C2構(gòu)成的上電斜率限制電路進(jìn)行隔離,預(yù)防MOS柵極充電過(guò)程受C1的影響.下面來(lái)分析下該電路的緩啟動(dòng)原理：假設(shè)MOS管Q1的柵-源極間的寄生電容為Cgs,柵-漏極間的寄生電容為Cgd,漏-源極間的寄生電容為Cds,柵-漏極外部并聯(lián)了電容C2(C2gt;>Cgd),所以柵-漏極的總電容Cgd=C

5、2+Cgd,由于相對(duì)于C2來(lái)說(shuō),Cgd的容值幾乎可忽略不計(jì),所以CgdC2,MOS管柵極的開(kāi)啟電壓為Vth,正常工作時(shí),MOS管柵源電壓為Vw(此電壓等于穩(wěn)壓管D3的嵌位電壓),電容C1充電的時(shí)間常數(shù)t=(R1R2/R3)C1,由于R3通常比R1、R2大很多,所以t(R1/R2)C1.下面分三個(gè)階段來(lái)分析上述電壓緩啟動(dòng)電路的工作原理：第一階段：-48V電源對(duì)C1充電,充電公式如下.Uc=48*R1/(R1+R2)1-exp(-T/t),其中T是電容C1電壓上升到Uc的時(shí)間,時(shí)間常數(shù)t=(R1/R2)C1.所以,從上電到MOS管開(kāi)啟所需要的時(shí)間為：Tth=-t*ln1-(Uc*(R1+R2)/(

6、48*R1)第二階段：MOS管開(kāi)啟后,漏極電流開(kāi)始增大,具變化速度跟MOS管的跨導(dǎo)和柵源電壓變化率成正比,具體關(guān)系為：dIdrain/dt=gfm*dVgs/dt,其中g(shù)fm為MOS管的跨導(dǎo),是一個(gè)固定值,Idrain為漏極電流,Vgs為MOS管的柵源電壓,此期間表達(dá)為柵源電壓對(duì)漏源電流的恒定限制,MOS管被歸納為壓控型器件也是由此而來(lái)的.第三階段：當(dāng)漏源電流Idrain到達(dá)最大負(fù)載電流時(shí),漏源電壓也到達(dá)飽和,同時(shí),柵源電壓進(jìn)入平臺(tái)期,設(shè)電壓幅度為Vplto由于這段時(shí)間內(nèi)漏源電流Ids保持恒定,柵源電壓Vplt=Vth+(Ids/gfm),同時(shí),由于固定的柵源電壓使柵極電流全部通過(guò)反應(yīng)電容Cg

7、d,那么柵極電流為Ig=(Vw-Vplt)/(R3+R5),由于R5相對(duì)于R3可以忽略不計(jì),所以Ig=(Vw-Vplt)/R3.由于柵極電流IgIcgd,所以,Icgd=Cgd*dVgd/dt.由于柵源電壓在這段時(shí)間內(nèi)保持恒定,所以柵源電壓和漏源電壓的變化率相等.故有：dVds/dt=dVgd/dt=(Vw-Vplt)/(R3*C2).由此公式可以得知,漏源電壓變化斜率與R3*C2的值有關(guān),對(duì)于負(fù)載包定的系統(tǒng),只要限制住R3*C2的值,就能限制住熱插拔沖擊電流的上升斜率.緩啟動(dòng)階段,柵源電壓Vgs,漏源電壓Vds和漏源電流Ids的變化示意圖如下所示.在0t1階段,肖特基二極管D2尚未開(kāi)啟,所以Vgs等于0,在這段時(shí)間內(nèi),-48V電源通過(guò)R3、R5對(duì)C2充電,等C2的電壓升高到D2的開(kāi)啟電壓,MOS管的柵極電壓開(kāi)始升高,等柵源電壓升高到MOS管的開(kāi)啟電壓Vth時(shí),MOS管導(dǎo)通,漏源電流Ids開(kāi)始增大,等MOS管的柵源電壓升高到平臺(tái)電壓Vplt時(shí),漏源電流Ids也到達(dá)最大,此時(shí),漏