【電路設計】緩啟動電路原理解析
發(fā)布時間:2024-10-15作者:admin點擊:105
一、外部供電直接上電可能導致的問題
1、在熱拔插的過程中,兩個連接器的機械接觸,觸點在瞬間會出現(xiàn)彈跳,電源不穩(wěn),發(fā)生震蕩。這期間系統(tǒng)工作可能造成不穩(wěn)定。
2、由于電路中存在濾波或大電解電容,在上電瞬間,會產(chǎn)生較大的脈沖電流,有時候會看到DC接頭有明顯的打火現(xiàn)象,這就可能引起電路的異常,造成各芯片的損壞。
二、采用緩啟動電路的好處
1、延緩輸入電源的上電時間:電源輸入一般要求熱插拔,在插拔過程中,接觸是不穩(wěn)定的,會有抖動的影響。
2、減少上電的沖擊電流:電源上電速度變慢,能有效減少沖擊電流。電源都會有濾波或者大的電解電容,上電瞬間,由于電容的充電,會產(chǎn)生較大的沖擊電流,造成電源電壓抖動,跌落,以及強烈的電磁輻射。
三、緩啟動電路的幾種方式
1、選擇帶緩啟動的芯片
如下圖SGM6623帶有使能腳,當EN為高電平,芯片工作;當EN為低電平,芯片不工作。
那么,我們可以將EN引腳加入一個RC延時電路,延緩芯片開啟的工作時間,達到緩啟動的目的(如下為示意圖),通過調整RC的參數(shù)可實現(xiàn)緩啟動的上升時間。
2、MOS管實現(xiàn)緩啟動電路
當芯片不帶緩啟動電路,或自帶的緩啟動電路達不到想要的效果時,我們該如何?
一般緩啟電路都可以由MOS管來設計,因為MOS管有很低的導通電阻以及驅動電路簡單,所以用途廣泛。如下電路圖,下面詳細說說該電路是如何設計的。
該電路主要由D1,R1,R2,C1和Q10組成。
?、貲1是穩(wěn)壓二極管,防止輸入電壓過大損壞P-MOS管;
?、贑1和R2的作用是實現(xiàn)防抖動延時功能;
③R1的作用是給C1提供一個快速放電的回路,要求R1跟R2之間的分壓值必須大于MOS導通電壓。
原理分析:
該電路中最重要的元器件就是P-MOS管,我們來一起回顧一下MOS管的基礎知識。
圖中為PMOS,做開關管的時候,電流是從S流到D端。
導通條件是:Ug < Us,簡單認為Ug=Us截止。具體小多少,得看管子參數(shù)。
假設pmos型號為AO3401。
查看數(shù)據(jù)手冊,Vgs(th)最大值為-1.3,即Ug 至少要小于 Us有1.3V的電壓。
那到底取值多少合適呢?,查看手冊Vds和Id的曲線關系圖可以看出Vgs=-10V時,管子導通的速度最快(導通速度越快,彌勒平臺停留的時間越短,功耗越小),且沒有超過要求的最大值。一般PMOS驅動電壓都設置為Vgs=-10V。
該電路中,電阻R1,R2和C1構成了分壓式RC時間常數(shù)電路,C1并聯(lián)在Q10的GS極之間。
原理分析:
1、當12V電源接通瞬間,C1未充電,Vgs=0,MOS不導通。
2、過一段時間后,12V通過R2向C1充電,當C1的電壓達到Vth時,MOS開始導通,這一階段,完成的是延時上電的作用。
3、MOS管開始導通后,Vgs繼續(xù)增加(最終在-10V左右),管子迅速打開,緩啟動的輸出電壓逐漸升高直到與輸入電壓基本一致。在這一過程中,輸出電壓并不是瞬間跳變到最高的,因此,大大減輕了沖擊電流的干擾。這一過程的時間與C1的充電速度,MOS的特性,負載特性都有關系,可粗略計算,還需實測調整。
需要注意的是:
1、緩啟動的時間常數(shù)電路必須確保電容充電完成后其電壓不能大于其Vgs最大電壓范圍
因為一般大功率MOS管的G,S間擊穿電壓在20V左右,電壓過高,會損壞MOS管(現(xiàn)在很多單板上在電容兩端并聯(lián)了一個穩(wěn)壓管就是起這個作用的),但也不能低于10V,因為一般大功率MOS管的D,S間電阻Rds(on)都需要Vgs達到10V后才達到最小值(一般在<0.1ohm量級)。
2、緩啟動的延遲時間不能太長
緩啟動關鍵器件MOS管在從截止到導通轉換的過程中瞬間功耗是非常大的,如果電容充電過于緩慢,造成邊沿時間太長,MOS管將因為功耗過大而損壞。延時一般取幾十毫秒。