现在大多数电子系统都要支持热插拔功能,所谓热插拔,也就是在系统正常工作时,带电对系统的某个单元进行插拔操作,且不对系统产生任何影响。
热插拔对系统的影响主要有两方面:
其一,热插拔时,连接器的机械触点在接触瞬间会出现弹跳,引起电源振荡,如下图所示:
这个振荡过程会引起系统电源跌落,引起误码,或系统重启,也可能会引起连接器打火,引发火灾。
解决的办法就是延迟连接器的通电时间,在连接器抖动的那十几毫秒内((t1 至t2)不给连接器通电,等插入稳定后(t2 后)再通电,即防抖动延时。
其二,热插拔时,由于系统大容量储能电容的充电效应,系统中会出现很大的冲击电流,大家都知道,电容在充电时,电流呈指数趋势下降(左下图),所以在刚开始充电的时候,其冲击电流是非常大的。
此冲击电流可能会烧毁设备电源保险管,所以在热插拔时必须对冲击电流进行控制,使其按理想的趋势变化,如右上图所示,图中 0~t1 为电源缓启动时间。
综上所述,缓启动电路主要的作用是实现两项功能:
1). 防抖动延时上电;
2). 控制输入电流的上升斜率和幅值。
缓启动电路有两种类型:电压斜率型和电流斜率型。
电压斜率型缓启动电路结构简单,但是其输出电流的变化受负载阻抗的影响较大,而电流斜率型缓启动电路的输出电流变化不受负载影响,但是电路结构复杂。
下面重点介绍电压型缓启动电路。
设计中通常使用 MOS 管来设计缓启动电路的。MOS 管有导通阻抗 Rds 低和驱动简单的特点,在周围加上少量元器件就可以构成缓慢启动电路。通常情况下,在正电源中用 PMOS,在负电源中使用 NMOS。
下图是用 NMOS 搭建的一个 -48V 电源缓启动电路,我们来分析下缓启动电路的工作原理。
1).D1 是嵌位二极管,防止输入电压过大损坏后级电路;
2).R2 和C1 的作用是实现防抖动延时功能,实际应用中 R2 一般选 20K 欧姆,C1 选4.7uF 左右;
3).R1 的作用是给 C1 提供一个快速放电通道,要求 R1 的分压值大于 D3 的稳压值,实际应用中,R1 一般选 10K 左右;
4).R3 和C2 用来控制上电电流的上升斜率,实际应用中,R3 一般选 200K 欧姆左右,C2 取值为 10 nF~100nF;
5).R4 和R5 的作用是防止 MOS 管自激振荡,要求 R4、R5lt;