電源的緩啟動電路設計及原理 （諾基亞西門子版本）

公式中MOS管的反饋電容Crss,輸入電容Ciss和輸出電容Coss的數(shù)值在MOS管的手冊上可以查到。

電容充放電快慢決定MOS管開通和關(guān)斷的快慢，Vgs首先給Cgs 充電，隨著Vgs的上升，使得MOS管從截止區(qū)進入可變電阻區(qū)。進入可變電阻區(qū)后，Ids電流增大，但是Vds電壓不變。隨著Vgs的持續(xù)增大，MOS管進入米勒平臺區(qū)，在米勒平臺區(qū)，Vgs維持不變，電荷都給Cgd 充電，Ids不變，Vds持續(xù)降低。在米勒平臺后期，MOS管Vds非常小，MOS進入了飽和導通期。為確保MOS管狀態(tài)間轉(zhuǎn)換是線性的和可預知的，外接電容C2并聯(lián)在Cgd上，如果外接電容C2比MOS管內(nèi)部柵漏電容Cgd大很多，就會減小MOS管內(nèi)部非線性柵漏電容Cgd在狀態(tài)間轉(zhuǎn)換時的作用，另外可以達到增大米勒平臺時間，減緩電壓下降的速度的目的。外接電容C2被用來作為積分器對MOS管的開關(guān)特性進行精確控制。控制了漏極電壓線性度就能精確控制沖擊電流。

電路描述：

圖5所示為基于MOS管的自啟動有源沖擊電流限制法電路。MOS管 Q1放在DC/DC電源模塊的負電壓輸入端，在上電瞬間，DC/DC電源模塊的第1腳電平和第4腳一樣，然后控制電路按一定的速率將它降到負電壓，電壓下降的速度由時間常數(shù)C2*R2決定，這個斜率決定了最大沖擊電流。

C2可以按以下公式選定：

R2由允許沖擊電流決定：

其中Vmax為最大輸入電壓，Cload為C3和DC/DC電源模塊內(nèi)部電容的總和，Iinrush為允許沖擊電流的幅度。

圖5 有源沖擊電流限制法電路

D1是一個穩(wěn)壓二極管，用來限制MOS管 Q1的柵源電壓。元器件R1，C1和D2用來保證MOS管Q1在剛上電時保持關(guān)斷狀態(tài)。具體情況是：

上電后，MOS管的柵極電壓要慢慢上升，當柵源電壓Vgs高到一定程度后，二極管D2導通，這樣所有的電荷都給電容C1以時間常數(shù)R1×C1充電，柵源電壓Vgs以相同的速度上升，直到MOS管Q1導通產(chǎn)生沖擊電流。

以下是計算C1和R1的公式：

其中Vth為MOS管Q1的最小門檻電壓，VD2為二極管D2的正向?qū)▔航?，Vplt為產(chǎn)生Iinrush沖擊電流時的柵源電壓。Vplt可以在MOS管供應商所提供的產(chǎn)品資料里找到。

MOS管選擇

以下參數(shù)對于有源沖擊電流限制電路的MOS管選擇非常重要：

l 漏極擊穿電壓 Vds

必須選擇Vds比最大輸入電壓Vmax和最大輸入瞬態(tài)電壓還要高的MOS管，對于通訊系統(tǒng)中用的MOS管，一般選擇Vds≥100V。

l 柵源電壓Vgs

穩(wěn)壓管D1是用來保護MOS管Q1的柵極以防止其過壓擊穿，顯然MOS管Q1的柵源電壓Vgs必須高于穩(wěn)壓管D1的最大反向擊穿電壓。一般MOS管的柵源電壓Vgs為20V，推薦12V的穩(wěn)壓二極管。

l 導通電阻Rds_on.

MOS管必須能夠耗散導通電阻Rds_on所引起的熱量，熱耗計算公式為：

其中Idc為DC/DC電源的最大輸入電流，Idc由以下公式確定：

其中Pout為DC/DC電源的最大輸出功率，Vmin為最小輸入電壓，η為DC/DC電源在輸入電壓為Vmin輸出功率為Pout時的效率。η可以在DC/DC電源供應商所提供的數(shù)據(jù)手冊里查到。MOS管的Rds_on必須很小，它所引起的壓降和輸入電壓相比才可以忽略。

圖6. 有源沖擊電流限制電路在75V輸入，DC/DC輸出空載時的波形

設計舉例

已知： Vmax=72V

Iinrush=3A

選擇MOS管Q1為IRF540S

選擇二極管D2為BAS21

按公式(4)計算：C2>>1700pF。選擇 C2=0.01μF;

按公式(5)計算：R2=252.5kW。選擇 R2=240kW，選擇R3=270W

按公式(7)計算：C1=0.75μF。選擇 C1=1μF;

按公式(8)計算：R1=499.5W。選擇 R1=1kW

圖6所示為圖5 電路的實測波形，其中DC/DC電源輸出為空載。