電源的緩啟動電路設(shè)計(jì)及原理 （諾基亞西門子版本）

在電信工業(yè)和微波電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，普遍使用MOS管控制沖擊電流的方達(dá)到電流緩啟動的目的。MOS管有導(dǎo)通阻抗Rds_on低和驅(qū)動簡單的特點(diǎn)，在周圍加上少量元器件就可以構(gòu)成緩慢啟動電路。雖然電路比較簡單，但只有吃透MOS管的相關(guān)開關(guān)特性后才能對這個(gè)電路有深入的理解。

本文首先從MOSFET的開通過程進(jìn)行敘述：

盡管MOSFET在開關(guān)電源、電機(jī)控制等一些電子系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，但是許多電子工程師并沒有十分清楚的理解MOSFET開關(guān)過程，以及MOSFET在開關(guān)過程中所處的狀態(tài)一般來說，電子工程師通?；跂艠O電荷理解MOSFET的開通的過程，如圖1所示此圖在MOSFET數(shù)據(jù)表中可以查到

圖1 AOT460柵極電荷特性

MOSFET的D和S極加電壓為VDD，當(dāng)驅(qū)動開通脈沖加到MOSFET的G和S極時(shí)，輸入電容Ciss充電，G和S極電壓Vgs線性上升并到達(dá)門檻電壓VGS(th)，Vgs上升到VGS(th)之前漏極電流Id≈0A，沒有漏極電流流過，Vds的電壓保持VDD不變。

當(dāng)Vgs到達(dá)VGS(th)時(shí)，漏極開始流過電流Id，然后Vgs繼續(xù)上升，Id也逐漸上升，Vds仍然保持VDD當(dāng)Vgs到達(dá)米勒平臺電壓VGS(pl)時(shí)，Id也上升到負(fù)載電流最大值ID，Vds的電壓開始從VDD下降。

米勒平臺期間，Id電流維持ID，Vds電壓不斷降低。

米勒平臺結(jié)束時(shí)刻，Id電流仍然維持ID，Vds電壓降低到一個(gè)較低的值米勒平臺結(jié)束后，Id電流仍然維持ID，Vds電壓繼續(xù)降低，但此時(shí)降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最后穩(wěn)定在Vds=Id×Rds(on)因此通?？梢哉J(rèn)為米勒平臺結(jié)束后MOSFET基本上已經(jīng)導(dǎo)通。

對于上述的過程，理解難點(diǎn)在于為什么在米勒平臺區(qū)，Vgs的電壓恒定?驅(qū)動電路仍然對柵極提供驅(qū)動電流，仍然對柵極電容充電，為什么柵極的電壓不上升?而且柵極電荷特性對于形象的理解MOSFET的開通過程并不直觀因此，下面將基于漏極導(dǎo)通特性理解MOSFET開通過程。

MOSFET的漏極導(dǎo)通特性與開關(guān)過程。

MOSFET的漏極導(dǎo)通特性如圖2所示MOSFET與三極管一樣，當(dāng)MOSFET應(yīng)用于放大電路時(shí)，通常要使用此曲線研究其放大特性只是三極管使用的基極電流、集電極電流和放大倍數(shù)，而MOSFET使用柵極電壓、漏極電流和跨導(dǎo)。

圖2 AOT460的漏極導(dǎo)通特性

三極管有三個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，MOSFET對應(yīng)是關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū)和可變電阻區(qū)注意：MOSFET恒流區(qū)有時(shí)也稱飽和區(qū)或放大區(qū)當(dāng)驅(qū)動開通脈沖加到MOSFET的G和S極時(shí)，Vgs的電壓逐漸升高時(shí)，MOSFET的開通軌跡A-B-C-D如圖3中的路線所示：

圖3 AOT460的開通軌跡

開通前，MOSFET起始工作點(diǎn)位于圖3的右下角A點(diǎn)，AOT460的VDD電壓為48V，Vgs的電壓逐漸升高，Id電流為0，Vgs的電壓達(dá)到VGS(th)，Id電流從0開始逐漸增大。

A-B就是Vgs的電壓從VGS(th)增加到VGS(pl)的過程從A到B點(diǎn)的過程中，可以非常直觀的發(fā)現(xiàn)，此過程工作于MOSFET的恒流區(qū)，也就是Vgs電壓和Id電流自動找平衡的過程，即Vgs電壓的變化伴隨著Id電流相應(yīng)的變化，其變化關(guān)系就是MOSFET的跨導(dǎo)：Gfs=Id/Vgs，跨導(dǎo)可以在MOSFET數(shù)據(jù)表中查到。

當(dāng)Id電流達(dá)到負(fù)載的最大允許電流ID時(shí)，此時(shí)對應(yīng)的柵級電壓Vgs(pl)=Id/gFS由于此時(shí)Id電流恒定，因此柵極Vgs電壓也恒定不變，見圖3中的B-C，此時(shí)MOSFET處于相對穩(wěn)定的恒流區(qū)，工作于放大器的狀態(tài)。

開通前，Vgd的電壓為Vgs-Vds，為負(fù)壓，進(jìn)入米勒平臺，Vgd的負(fù)電壓絕對值不斷下降，過0后轉(zhuǎn)為正電壓驅(qū)動電路的電流絕大部分流過CGD，以掃除米勒電容的電荷，因此柵極的電壓基本維持不變Vds電壓降低到很低的值后，米勒電容的電荷基本上被掃除，即圖3中的C點(diǎn)，于是，柵極的電壓在驅(qū)動電流的充電下又開始升高，如圖3中的C-D，使MOSFET進(jìn)一步完全導(dǎo)通。

C-D為可變電阻區(qū)，相應(yīng)的Vgs電壓對應(yīng)著一定的Vds電壓Vgs電壓達(dá)到最大值，Vds電壓達(dá)到最小值，由于Id電流為ID恒定，因此Vds的電壓即為ID和MOSFET的導(dǎo)通電阻的乘積。

基于MOSFET的漏極導(dǎo)通特性曲線可以直觀的理解MOSFET開通時(shí)，跨越關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū)和可變電阻區(qū)的過程米勒平臺即為恒流區(qū)，MOSFET工作于放大狀態(tài)，Id電流為Vgs電壓和跨導(dǎo)乘積。

電路原理詳細(xì)說明：

MOS管是電壓控制器件，其極間電容等效電路如圖4所示。

圖4. 帶外接電容C2的N型MOS管極間電容等效電路

MOS管的極間電容柵漏電容Cgd、柵源電容Cgs、漏源電容Cds可以由以下公式確定：

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