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講MOS管卻不說(shuō)電源緩啟動(dòng)電路，總會(huì)感覺(jué)少了點(diǎn)什么。不過(guò)我們首先需要明確兩個(gè)問(wèn)題：1，為什么需要電源啟動(dòng)？2，電源緩啟動(dòng)能做什么？

(資料圖片)

1，為什么需要電源緩啟動(dòng)

如下圖所示，設(shè)備電源在沒(méi)有緩啟動(dòng)情況下，熱插拔過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象現(xiàn)象；電源熱插拔瞬間：1，連接器的機(jī)械觸點(diǎn)在接觸瞬間會(huì)出現(xiàn)彈跳，引起電源振蕩；2，由于系統(tǒng)大容量?jī)?chǔ)能電容的充電效應(yīng)，系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)很大的沖擊電流。熱插拔帶來(lái)的電壓波動(dòng)和電流沖擊的異常情況，會(huì)對(duì)后端器件帶來(lái)?yè)p傷。

所以，電源緩啟動(dòng)涉及到了兩部分功能：1，防抖設(shè)計(jì)：濾除電源插座插入過(guò)程中的前幾十毫秒時(shí)間不穩(wěn)定時(shí)間電源；2，控制電源電壓上升斜率，限制電源最大沖擊電流。

2，電源緩啟動(dòng)電路結(jié)構(gòu)

如下圖所示為分立器件搭建的-48V電源緩啟動(dòng)電路，相信很多人都非常熟悉，當(dāng)然也有5V/12V搭建的分立緩啟動(dòng)電路，兩者電路設(shè)計(jì)工作原理相同，不同的是：-48V緩啟動(dòng)使用增強(qiáng)型NMOS，而+12V/5V緩啟動(dòng)需使用增強(qiáng)型PMOS（若無(wú)外部升壓控制電路）。接下來(lái)我們就以-48V電源緩啟動(dòng)為例，來(lái)分析緩啟動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)，工作原理及開(kāi)啟過(guò)程。

組成緩啟動(dòng)電路必要的器件，說(shuō)明如下：

1. D1（TVS管）：防止輸入電壓過(guò)大損壞后級(jí)電路；

——用于電源電路的浪涌防護(hù)，MOS管導(dǎo)通前若VDS過(guò)大會(huì)造成損壞。

2. R2/R1和C1：實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)延時(shí)功能，R1給C1提供快速放電通道；R1/R2分壓值大于D3的穩(wěn)壓值；R2選20K歐姆，R1選10K，C1選4.7uF左右（具體根據(jù)濾波時(shí)長(zhǎng)要求）；

——RC充電電路，充電時(shí)長(zhǎng)計(jì)算是：R1和R2的并聯(lián)對(duì)C1的充電；

3. R3和C2：控制電源電壓上升斜率；R3選200K歐姆，C2取值為10 nF~100nF（具體根據(jù)斜率要求）；

——R3與C2之間其實(shí)還串了R5，但是R5相比R3小了太多，所以不考慮。

4. R4和R5：防止MOS管自激振蕩；R4選10～50歐姆，R5選2K歐姆；

5. D3（穩(wěn)壓二極管）：保護(hù)MOS管Q1的柵-源極不被高壓擊穿；

——保證VGS電壓的穩(wěn)定，減小輸入電源波動(dòng)所影響。

6. D2（肖特基二極管）：隔離防抖動(dòng)延時(shí)電路和上電斜率控制電路，防止上電斜率控制過(guò)程受C1的影響。

3，電源緩啟動(dòng)工作原理

我們將緩啟動(dòng)電路中幾個(gè)關(guān)鍵的位置標(biāo)注出來(lái)，分別是：a，b（防抖電路）和c，d（電壓緩起電路），如下圖所示。

接下來(lái)我們將電源上電分為4個(gè)緩起階段，來(lái)分解緩啟動(dòng)電路的功能：

1. 防抖動(dòng)電路作用階段：-48V上電，Va電壓跟隨-48V電源輸入快速下降：

1,防抖動(dòng)延時(shí)部分電路工作狀態(tài)：Vb電壓從開(kāi)始跟隨輸入電壓瞬間降至-48V，然后緩慢上升，對(duì)C1兩端電壓充電：R1/R2與C1的RC時(shí)間計(jì)算；

2,此時(shí)Vc電壓也瞬間被Vb拉低D2導(dǎo)通，Vc電壓稍高于Vb（二極管導(dǎo)通電壓，ex：0.4V），而VGS=Vc-Va，其隨R1/R2對(duì)C1的充電而增大，此時(shí)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)；

3,由于Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，那么Vd=0V，初始狀態(tài)的Vcd電壓為-47.6V，C2通過(guò)R5瞬間充滿電，所以C2的初始電壓也為-47.6V，然后隨著c點(diǎn)電壓Vc的升高而緩慢放電；

4, D2右側(cè)的斜率控制部分電路工作狀態(tài)：通過(guò)R3向D2方向流過(guò)電流，由于Vb點(diǎn)電壓從-48V開(kāi)始緩慢上升，所以Vc電壓也從-47.6V緩慢上升；

5, R1(10K)/R2(20K)/C1(4.7uF)的充電速度快于R3(200K)/R5(2K)/C2(10nF)，最遲在VGS前d2截止，兩部分電路相互獨(dú)立。<>

2. Q1打開(kāi)階段（t2->t3）：VGS電壓VGS(th)（假設(shè)為：2V）上升至Vplt，MOS管Q1為完全打開(kāi)：

1,如果Q1在t2~t3階段D2未截止：電壓緩啟動(dòng)會(huì)受到R1/R2/C1的影響，導(dǎo)致不能自由控制電源緩起；

2,如果Q1在t2~t3階段D2截止：電壓緩起由R3/R5/C2的放電時(shí)間所決定；在緩啟動(dòng)設(shè)計(jì)中，在提供足夠大的防抖動(dòng)時(shí)間的前提下，最好米勒平臺(tái)之前，結(jié)束防抖動(dòng)電路作用，此后開(kāi)啟時(shí)間由電壓緩啟動(dòng)電路負(fù)責(zé)；

3,那如何保證防抖動(dòng)電路與電壓緩起電路比較良好的交接，取決于R1/R2與C1充電至2V的時(shí)間，和R3與C2充電時(shí)間的計(jì)算。

3. 米勒平臺(tái)階段（t3->t4）：VGS上升至Vplt（假設(shè)Vplt=5V），此時(shí)Q1允許流過(guò)的最大電流即為緩啟動(dòng)電路限制的最大沖擊電流（米勒平臺(tái)的原理參考上一節(jié)）：

1,當(dāng)漏電流Idrain不斷增大，直到負(fù)載端電壓VD由0V開(kāi)始下降，此時(shí)開(kāi)始米勒平臺(tái)階段；一般開(kāi)啟瞬間設(shè)備電源輸入最大電流是在設(shè)備電源電壓開(kāi)始上升之前，此時(shí)Q1通過(guò)自身的壓降來(lái)限制沖擊電流的大??；

2,米勒效應(yīng)將C2電容的容值被放大n倍，同時(shí)C2兩端電壓Vcd急劇變化，通過(guò)R3的電流流入C2，VGS電壓（Vc）保持不變；

3,米勒平臺(tái)時(shí)間取決于R3/R5/C2電路放電的快慢，直到VDS=0V時(shí)結(jié)束米勒平臺(tái)。

4. Q1完全開(kāi)啟：

1,米勒平臺(tái)階段結(jié)束后，Vd為-48V保持不變；

2, R3/R5繼續(xù)向C2充電，同時(shí)R3/R4向CGS充電，VGS電壓繼續(xù)上升并穩(wěn)定在D3的穩(wěn)壓點(diǎn)（假設(shè)為10V，Vc<16V，避免受輸入電源電壓波動(dòng)的影響）；

3,防抖電路R1/R2對(duì)C1的充電結(jié)束后，Vb點(diǎn)電壓最終為R1和R2的分壓（16V）。

三，MOS管應(yīng)用-開(kāi)關(guān)電源

開(kāi)關(guān)電源是MOS管一個(gè)非常重要的應(yīng)用，MOS管由于開(kāi)關(guān)速度快，通流能力強(qiáng)，非常適合在低壓，大電流，中等功率（幾百瓦）以下的應(yīng)用，能有效提升電源轉(zhuǎn)換效率。

如下圖所示為BUCK開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)部分電路，以及PWM對(duì)應(yīng)的上管和下管控制波形。

1. 開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)（對(duì)應(yīng)上管）和續(xù)流二極管（對(duì)應(yīng)下管），可以使用MOS管來(lái)實(shí)現(xiàn)，而MOS管上管和下管開(kāi)啟/關(guān)閉的時(shí)間，決定了MOS管的開(kāi)關(guān)損耗：

——從MOS管的導(dǎo)通過(guò)程分析中，我們看到MOS管開(kāi)關(guān)損耗主要發(fā)生在t2->t4階段，即從MOS管打開(kāi)至米勒平臺(tái)結(jié)束這個(gè)階段，而其中的重點(diǎn)又是米勒平臺(tái)階段。

1,上管上升時(shí)間：Tru；

2,上管下降時(shí)間：Tfu；

3,下管上升時(shí)間：Trl；

4,下管下降時(shí)間：Tfl。

2. 如果上下管同時(shí)導(dǎo)通，會(huì)導(dǎo)致電源到地短路；要避免上下管同時(shí)開(kāi)啟，在開(kāi)啟上下管之間增加死區(qū)時(shí)間：

——死區(qū)時(shí)間的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)歷了好幾代（具體后續(xù)“開(kāi)關(guān)電源”專題講解），而且很多開(kāi)關(guān)電源芯片已預(yù)留了死區(qū)時(shí)間，但在具體設(shè)計(jì)時(shí)外部的條件：MOS管選型，驅(qū)動(dòng)走線設(shè)計(jì)等，都會(huì)影響死區(qū)的裕量，有可能還是會(huì)導(dǎo)致上下管同時(shí)導(dǎo)通。

1, Tugflgr(uG to lG deadtime)；

2, Tlgfugr(lG to uG dead time)。

3. MOS管寄生二極管續(xù)流和寄生電容的影響：

1,寄生二極管是MOS管固有的，由P襯底和N（D極）之間形成，在BUCK電源中用于死區(qū)時(shí)間內(nèi)提供電感續(xù)流電流；

2, CGD容值的大小會(huì)影響米勒平臺(tái)時(shí)間的長(zhǎng)短，米勒平臺(tái)時(shí)間越長(zhǎng)，MOS管的開(kāi)關(guān)損耗就越大，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力（1A以上），可以有效減小米勒平臺(tái)時(shí)間；

3, CGS電容和PCB線路寄生電感（L）可能會(huì)諧振產(chǎn)生LC振蕩，導(dǎo)致MOS管誤開(kāi)啟/關(guān)斷，需要在G極走線上串聯(lián)電阻（1/2.2ohm），并聯(lián)K級(jí)阻值電阻，防止振蕩及EMI輻射問(wèn)題；

4,在D、S之間增加電容，用于吸收開(kāi)關(guān)過(guò)程中的浪涌電流。

編輯：黃飛