一、缓启动电路的作用通信设备产品单板上几乎都在电源模块的输入端设计有缓启动电路,缓启动电路的功能主要有两个:1、延迟单板电源的上电时间:我们的单板一般都要求支持热拔插,当单板插入子架时,单板插头和母板插针的接触是不稳定的,为了避免这种抖动的影响,可以在电源模块和母板电源之间加一个电路,使母板的电源延迟一段时间以后再加到电源模块。2、减小上电的冲击电流:由于单板电源都接有滤波电容,电源上电瞬间跳变时由于电容的充电,会产生较大的冲击电流,造成母板电源电压抖动,跌落,以及强烈的电磁辐射,很容易对其他工作中的单板造成不良影响,如果能把电源的上电速度变缓一些,就能有效的减小这种影响。 二、缓启动电路的工作原理电路的原理图:
缓启动电路由R39,R49,C7和Q31组成,Q31是绝缘栅型场效应管,也是缓启动电路最关键的器件。为了理解缓启动的原理,首先我们来回顾一下MOS管的一点基础知识。下图大致描述了典型的MOS管的转移特性:
在的缓启动电路中,电阻R39,R49和C7构成了分压式RC时间常数电路,C7并联在Q31的GS极之间,也就是Vc7=Vgs。当48V电源刚加到单板时,C7未充电,Vgs=0,MOS不导通,电源模块不供电。随后,48V通过R39,R49向C7充电,当C7的电压达到Vth时,MOS开始导通,这一阶段,完成的是延时上电的作用,延迟时间可由下式估算:Uin(R39/(R39+R49))(1-e-T/ )=Vth
其中,T为延迟时间, Uin=48V,为RC电路的时间常数,=C7(R39//R49),Vth一般取4V。将原理图中数值代入计算可知,延迟时间T约等于15.3ms。
MOS管开始导通后,Vgs继续增加(直到12V左右),Rds迅速减小,缓启动的输出电压逐渐升高直到到与输入电压基本一致。电源模块开始工作,单板正式上电。在这一过程中,输出电压并不是瞬间跳变到最高的,因此,大大减轻了冲击电流的干扰。这一过程的时间与C7的充电速度,MOS的特性,负载特性都有关系,难以具体计算,具体还需实测调整。
三、实测波形分析下图是缓启动的输入电压上电波形
下图是缓启动的C7电压上升波形
下图是缓启动输出的电压波形。
可以看到,对比缓启动的输入电压上电波形,缓启动的输出电压不再有开关闭合时的抖动,而且上电边沿也非常明显,过程约4ms,实现了减小上电冲击的目的。
让我们再把所有的波形放在同一时间轴上来比较一下,如下:
四、总结1、缓启动的时间常数电路必须确保电容充电完成后其电压不能大于15V,因为一般大功率MOS管的G,S间击穿电压在20V左右,电压过高,会损坏MOS管(现在很多单板上在电容两端并联了一个稳压管就是起这个作用的),但是也不应该低于10V,因为一般大功率MOS管的D,S间电阻Rds都需要Vgs达到10V后才达到最小值(一般在0.1ohm量级)。2、缓启动的延迟时间不能太长,原因有二。其一,延迟太长,热拔插时,单板接口信号线已连接,而电源仍未上电,会造成接口器件闩锁损坏;其二,缓启动关键器件MOS管在从截止到导通转换的过程中瞬间功耗是非常大的,如果电容充电过于缓慢,造成边沿时间太长,MOS管将因为功耗过大而损坏。延时一般取几十毫秒。
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