【电路参考】缓启动电路

一、外部供电直接上电可能导致的问题

1、在热拔插的过程中,两个连接器的机械接触,触点在瞬间会出现弹跳,电源不稳,发生震荡。这期间系统工作可能造成不稳定。

【电路参考】缓启动电路_第1张图片

2、由于电路中存在滤波或大电解电容,在上电瞬间,会产生较大的脉冲电流,有时候会看到DC接头有明显的打火现象,这就可能引起电路的异常,造成各芯片的损坏。

二、采用缓启动电路的好处

1、延缓输入电源的上电时间:电源输入一般要求热插拔,在插拔过程中,接触是不稳定的,会有抖动的影响。

2、减少上电的冲击电流:电源上电速度变慢,能有效减少冲击电流。电源都会有滤波或者大的电解电容,上电瞬间,由于电容的充电,会产生较大的冲击电流,造成电源电压抖动,跌落,以及强烈的电磁辐射。

三、缓启动电路的几种方式

1、选择带缓启动的芯片

如下图SGM6623带有使能脚,当EN为高电平,芯片工作;当EN为低电平,芯片不工作。

【电路参考】缓启动电路_第2张图片

那么,我们可以将EN引脚加入一个RC延时电路,延缓芯片开启的工作时间,达到缓启动的目的(如下为示意图),通过调整RC的参数可实现缓启动的上升时间。

【电路参考】缓启动电路_第3张图片

2、MOS管实现缓启动电路

当芯片不带缓启动电路,或自带的缓启动电路达不到想要的效果时,我们该如何?

一般缓启电路都可以由MOS管来设计,因为MOS管有很低的导通电阻以及驱动电路简单,所以用途广泛。如下电路图,下面详细说说该电路是如何设计的。

【电路参考】缓启动电路_第4张图片

 

该电路主要由D1,R1,R2,C1和Q10组成。

①D1是稳压二极管,防止输入电压过大损坏P-MOS管;

②C1和R2的作用是实现防抖动延时功能;

③R1的作用是给C1提供一个快速放电的回路,要求R1跟R2之间的分压值必须大于MOS导通电压。

原理分析:

该电路中最重要的元器件就是P-MOS管,我们来一起回顾一下MOS管的基础知识。

图中为PMOS,做开关管的时候,电流是从S流到D端。

导通条件是:Ug < Us,简单认为Ug=Us截止。具体小多少,得看管子参数。

【电路参考】缓启动电路_第5张图片

假设pmos型号为AO3401。

查看数据手册,Vgs(th)最大值为-1.3,即Ug 至少要小于 Us有1.3V的电压。

【电路参考】缓启动电路_第6张图片

那到底取值多少合适呢?,查看手册Vds和Id的曲线关系图可以看出Vgs=-10V时,管子导通的速度最快(导通速度越快,弥勒平台停留的时间越短,功耗越小),且没有超过要求的最大值。一般PMOS驱动电压都设置为Vgs=-10V。

【电路参考】缓启动电路_第7张图片

该电路中,电阻R1,R2和C1构成了分压式RC时间常数电路,C1并联在Q10的GS极之间。

原理分析:

1、当12V电源接通瞬间,C1未充电,Vgs=0,MOS不导通。

2、过一段时间后,12V通过R2向C1充电,当C1的电压达到Vth时,MOS开始导通,这一阶段,完成的是延时上电的作用。

3、MOS管开始导通后,Vgs继续增加(最终在-10V左右),管子迅速打开,缓启动的输出电压逐渐升高直到与输入电压基本一致。在这一过程中,输出电压并不是瞬间跳变到最高的,因此,大大减轻了冲击电流的干扰。这一过程的时间与C1的充电速度,MOS的特性,负载特性都有关系,可粗略计算,还需实测调整。

需要注意的是:

1、缓启动的时间常数电路必须确保电容充电完成后其电压不能大于其Vgs最大电压范围

因为一般大功率MOS管的G,S间击穿电压在20V左右,电压过高,会损坏MOS管(现在很多单板上在电容两端并联了一个稳压管就是起这个作用的),但也不能低于10V,因为一般大功率MOS管的D,S间电阻Rds(on)都需要Vgs达到10V后才达到最小值(一般在<0.1ohm量级)。

2、缓启动的延迟时间不能太长

缓启动关键器件MOS管在从截止到导通转换的过程中瞬间功耗是非常大的,如果电容充电过于缓慢,造成边沿时间太长,MOS管将因为功耗过大而损坏。延时一般取几十毫秒。

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