。 -48V 电源缓启动原理 2012 年02 月17 日 星期五 15:51 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; 精选资料,欢迎下载 。 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;Cgd) , 所以栅 - 漏极的总电容 C’gd=C2+ Cgd,由于相对于 C2 来说, Cgd 的容值几乎 可忽略不计,所以 C’gd≈C2,MOS管栅极的开启电压为 Vth ,正常工作时, MOS 管栅源电压为 Vw(此电压等于稳压管 D3 的嵌位电压 ) ,电容 C1充电的时间常数 t=(R1//R2//R3)C1 ,由于 R3通常比 R1、R2大很多,所以 t ≈(R1//R2)C1 。 下面分三个阶段来分析上述电压缓启动电路的工作原理: 精选资料,欢迎下载 。 第一阶段: -48V 电源对 C1充电,充电公式如下。 Uc=48*R1/(R1+R2)[1-exp(-T/t)] ,其中 T 是电容 C1 电压上升 到Uc 的时间,时间常数 t =(R1//R2)C1 。所以,从上电到 MOS管开启所需要的 时间为: Tth=-t*ln[1-(Uc*(R1+R2)/(48*R1))] 第二阶段: MOS管开启后,漏极电流开始增大,其变化速度跟 MOS管的跨 导和栅源电压变化率成正比,具体关系为: dIdrain/dt = gfm * dVgs/dt ,其中 gfm 为MOS管的跨导,是一个固定值, Idrain 为漏极电流, Vgs 为MOS管的栅源 电压,此期间体现为栅源电压对漏源电流的恒定控制, MOS管被归纳为压控型器 件也是由此而来的。 第三阶段:当漏源电流 Idrain 达到最大负载电流时,漏源电压也达到饱 和,同时,栅源电压进入平台期,设电压幅度为 Vplt 。由于这段时间内漏源电 流Ids 保持恒定,栅源电压 Vplt=Vth+(Ids/gfm) ,同时,由于固定的栅源电压 使栅极电流全部通过反馈电容 C’gd,则栅极电流为 Ig=(Vw-Vplt)/(R3+R5) ,由于R5相对于 R3可以忽略不计,所以 Ig ≈(Vw-Vplt)/R3 。因为栅极电流 Ig ≈Icgd , 所以,Icgd=Cgd*dVgd/dt 。由于栅源电压在这段时间内保持恒定, 所以栅源电压 和漏源电压的变化率相等。故有: dVds/dt=dVgd/dt=(Vw-Vplt)/(R3*C2) 。 由此公式可以得知, 漏源电压变化斜率与 R3*C2的值有关,对于负载恒定 的系统,只要控制住 R3*C2 的值,就能控制住热插拔冲击电流的上升斜率。 缓启动阶段,栅源电压 Vgs,漏源电压 Vds 和漏源电流 Ids 的变化示意图 如下所示。 在0~t1 阶段,肖特基二极管 D2 尚未开启,所以 Vgs 等于 0,在这段时间 内,-48V 电源通过 R3、R5对C2 充电,等C2 的电压升高到 D2 的开启电压, MOS 管的栅极电压开始升高,等栅源电压升高到 MOS管的开启电压 Vth 时,MOS管导 通,漏源电流 Ids 开始增大,等MOS管的栅源电压升高到平台电压 Vplt 时,漏 源电流 Ids 也达到最大,此时,漏源电压 Vds 进入饱和,开始下降,平台电压 Vplt 结束时,MOS管完全导通, 漏源电压降到最低, MOS管的导通电阻 Rds最小。 精选资料,欢迎下载 。 Welcome !!! 欢迎您的下载, 资料仅供参考! 精选资料,欢迎下载