MOS管——緩啟動電路（實例講解）

實例講解MOS管緩啟動電路

為什么需要電源啟動？電源緩啟動能做什么？

緩啟動，顧名思義就是讓電路電源緩慢開啟。

那解釋起來這么簡單，工作原理是否如此呢？

今天我們帶著上面的疑問一起來討論電源緩啟動的應(yīng)用分析。

首先，為什么我們需要電源緩啟動？

我們先拿電子系統(tǒng)中常見的功能“熱插拔”來舉例子。

（熱插拔：在系統(tǒng)正常工作時，帶電對系統(tǒng)的某個單元進(jìn)行插拔操作，且不對系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。）

熱插拔一般對電子系統(tǒng)有兩方面影響：1.熱插拔時，連接器的機(jī)械觸點在接觸瞬間會出現(xiàn)彈跳，引起電源振蕩；2.熱插拔時，由于系統(tǒng)大容量儲能電容的充電效應(yīng)，系統(tǒng)中會出現(xiàn)很大的沖擊電流。

由于以上原因，特別是瞬時產(chǎn)生的大電流，工作時產(chǎn)生明顯的打火現(xiàn)象，這會引起電磁干擾，并對接插件造成腐蝕。因此需要“緩慢”上電。

在這里我們可以得出緩啟動電路兩種主要的作用：1.防抖動延時上電2.控制輸入電流的上升斜率和幅值。

下面我們使用MOS管來講解一個緩啟動電路工作原理。

MOS管具備低導(dǎo)通阻抗（Rds_on）和驅(qū)動簡單的優(yōu)勢，在這基礎(chǔ)上配合其它的元器件，就能構(gòu)成緩慢啟動電路。

通常情況下，在正電源中用PMOS，在負(fù)電源中使用NMOS。

如下圖：用一個NMOS管搭建的一個-48V電源緩啟動電路圖

我們先對“其它元器件”進(jìn)行簡單說明：

1) D1（TVS管）：一般用于電源電路的浪涌防護(hù)，防止MOS管導(dǎo)通前輸入電壓過大損壞后級電路；

2) D2（肖特基二極管）：隔離防抖動延時電路與上電斜率控制電路（防止受C1的影響）；

3) D3（穩(wěn)壓二極管）：保證VGS電壓的穩(wěn)定并保護(hù)MOS管Q1的柵-源極不被高壓擊穿；

4) R2/R1和C1：R1為C1提供快速放電通道；R1/R2分壓值大于D3的穩(wěn)壓值；

5) R3和C2：控制電源電壓上升斜率；

6) R4和R5：防止MOS管自激振蕩。

在上圖中，Q1為MOS管，Cgs為其柵-源極間的寄生電容，Cgd為柵-漏極間的寄生電容，Cds為漏-源極間的寄生電容。

可以看到，柵-漏極外部并聯(lián)了電容C2 ，這里的柵-漏極的總電容是C’gd=C2+ Cgd，相對于C2 來說，Cgd的容值幾乎忽略不計，所以C’gd和C2幾乎相等。

MOS管的柵極開啟電壓Vth，在正常工作的情況下，其柵源電壓為Vw，這里的電壓等于穩(wěn)壓管D3的嵌位電壓，電容C1充電的時間常數(shù)t=(R1//R2//R3)C1，由于R3通常會比R1、R2大很多，所以t≈(R1//R2)C1。

此電路工作過程可分為四個階段：

如圖所示：A、B為防抖電路；C、D為電壓緩起電路。

第一階段：

-48V電源對C1充電，MOS管開啟后，漏極電流開始增大，此時的變化速度與MOS管的跨導(dǎo)和柵源電壓變化率成正比；此時：

VA電壓隨輸入快速下降；

VB電壓瞬間降至-48V，隨后緩慢上升對C1兩端電壓充電；

VC電壓瞬間被Vb拉低D2導(dǎo)通，其稍高于VB。隨著R1/R2對C1的充電，此時VGS（=Vc-Va）也跟著增大，Q1處于截止?fàn)顟B(tài)。

當(dāng)Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，也就是Vd=0V。由于C2通過R5瞬間充滿電，Vcd電壓與C2的初始電壓都為-47.6V，然后隨著電壓VC升高而緩慢放電。

R3向D2流經(jīng)電流，VB點電壓從-48V開始緩慢上升，Vc電壓跟著-47.6V緩慢上升；

(啟動時Vgs，Vds和Ids的變化)

第二階段：

VGS電壓VGS(th)上升至Vplt，MOS管Q1為完全打開。

一般最好在米勒平臺之前結(jié)束防抖動電路作用，此后開啟時間由電壓緩啟動電路負(fù)責(zé)；取決于R1/R2與C1充然后到至VGS(th)的時間，同時也包括R3與C2充電時間的計算。

第三階段：

此時就到達(dá)米勒平臺階段。當(dāng)漏電流（Idrain）不斷增大，直至負(fù)載端電壓VD由0V開始下降，此時開始米勒平臺階段；

一般開啟瞬間設(shè)備電源輸入最大電流，是在設(shè)備電源電壓開始上升之前，此時Q1能夠通過自身的壓降來限制沖擊電流的大??；

Id電流維持ID，Vds電壓不斷降低。

第四階段：

米勒平臺階段結(jié)束后，Vd為-48V保持不變；Id電流仍然維持ID，Vds電壓降低到一個較低的值，但此時降低的斜率與幅度比較小，最后穩(wěn)定。

通常我們可以認(rèn)為米勒平臺結(jié)束后MOSFET基本上已經(jīng)導(dǎo)通。

MOS管 在其中的應(yīng)用說明

由以上我們可以看出，MOS管在開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域里是一個非常重要的器件.

MOS管由于開關(guān)速度快，通流能力強(qiáng)，非常適合在低壓，大電流，中等功率等應(yīng)用中，能有效提升電源轉(zhuǎn)換效率。其重要性具體如下，但不限于：

1.開關(guān)電源的開關(guān)（對上管）和續(xù)流二極管（對下管），可以通過MOS管來實現(xiàn)，其上管和下管開啟/關(guān)閉的時間決定了MOS管的開關(guān)損耗：