鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1531次 | 2020年05月03日
基于MOS管實(shí)現(xiàn)的電源開關(guān)電路設(shè)計(jì)
電源開關(guān)電路,經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制,是常用電路之一。本文要講解的電源開關(guān)電路,是用MOS管實(shí)現(xiàn)的,且?guī)к涢_啟功能。既然帶“軟”開啟功能,不妨把這個(gè)電路理解為一個(gè)“軟”妹紙,讓咱們深入去了解她吧!
帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路
一、電路說明:
電源開關(guān)電路,尤其是MOS管電源開關(guān)電路,經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制,如下框圖所示。
【圖1:框圖中1個(gè)MOS管符號(hào)代表1個(gè)完整的MOS管電源開關(guān)電路】
在設(shè)計(jì)時(shí),只要增加一個(gè)電容(C1),一個(gè)電阻(R2),就可以實(shí)現(xiàn)軟開啟(softstart)功能。
【圖2:電容C1、電阻R2實(shí)現(xiàn)軟開啟(softstart)功能】
軟開啟,是指電源緩慢開啟,以限制電源啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
在沒有做軟開啟時(shí),電源電壓的上升會(huì)比較陡峭,見圖3。
【圖3:沒有做軟開啟時(shí),電源電壓上升沿比較陡峭】
加入軟開啟功能后,電源開關(guān)會(huì)慢慢打開,電源電壓也就會(huì)慢慢上升,上升沿會(huì)比較平緩,見圖4。
【圖4:加入軟開啟功能,電源電壓上升沿比較平緩】
浪涌電流可能會(huì)令電源系統(tǒng)突然不堪重負(fù)而掉電,導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。嚴(yán)重的可能會(huì)損壞電路上的元器件。帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路
【圖5:浪涌電流時(shí)常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,并可能損壞電路元器件】
電源上電過快過急,負(fù)載瞬間加電,會(huì)突然索取非常大的電流。比如在電源電壓是5V,負(fù)載是個(gè)大容量電容的時(shí)候,電源瞬間開啟令電壓瞬間上升達(dá)到5V,電容充電電流會(huì)非常大。如果同樣的時(shí)間內(nèi)電源電壓只上升到2.5V,那么電流就小得多了。下面從數(shù)學(xué)上分析一下。
電量=電容容量*電容兩端的電壓,即:
Q=C*U
同時(shí)電量=電流*時(shí)間,即:
Q=I*t
所以電流:
I=(CU)/t
從公式可以看出,當(dāng)電容容量越大,電壓越高,時(shí)間越短,電流就會(huì)越大,從而形成浪涌電流。
大電容只是形成浪涌電流的原因之一,其他負(fù)載也會(huì)引起浪涌電流。
二、原理分析:
1、控制電源開關(guān)的輸入信號(hào)Control為低電平或高阻時(shí),三極管Q2的基極被拉低到地,為低電平,Q2不導(dǎo)通,進(jìn)而MOS管Q1的Vgs=0,MOS管Q1不導(dǎo)通,+5V_OUT無輸出。電阻R4是為了在Control為高阻時(shí),將三極管Q2的基極固定在低電平,不讓其浮空。帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路
2、當(dāng)電源+5V_IN剛上電時(shí),要求控制電源開關(guān)的輸入信號(hào)Control為低電平或高阻,即關(guān)閉三極管Q2,從而關(guān)閉MOS管Q1。因+5V_IN還不穩(wěn)定,不能將電源打開向后級(jí)電路輸出。此時(shí)等效電路圖如下。
此時(shí)電源+5V_IN剛上電,使MOS管G極與S極等電勢(shì),即Vgs=0,令Q1關(guān)閉。
3、電源+5V_IN上電完成后,MOS管G極與S極兩端均為5V,仍然Vgs=0。
4、此時(shí)將Control設(shè)為高電平(假設(shè)高電平為3.3V),則:
①三極管Q2的基極為0.7V,可算出基極電流Ibe為:
(3.3V-0.7V)/基極電阻R3=0.26mA
②三級(jí)管Q2飽和導(dǎo)通,Vce≈0。電容C1通過電阻R2充電,即C1與G極相連端的電壓由5V緩慢下降到0V,導(dǎo)致Vgs電壓逐漸增大。
③MOS管Q1的Vgs緩慢增大,令其緩慢打開直至完全打開。最終Vgs=-5V。
④利用電容C1的充電時(shí)間實(shí)現(xiàn)了MOS管Q1的緩慢打開(導(dǎo)通),實(shí)現(xiàn)了軟開啟的功能。
MOS管打開時(shí)的電流流向如下圖所示:
5、電源打開后,+5V_OUT輸出為5V電壓。此時(shí)將Control設(shè)為低電平,三極管Q2關(guān)閉,電容C1與G極相連端通過電阻R2放電,電壓逐漸上升到5V,起到軟關(guān)閉的效果。軟關(guān)閉一般不是我們想要的,過慢地關(guān)閉電源,可能出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定等異常。過程如下圖。
一般情況下還是放心使用軟啟動(dòng)功能,伴隨而來的軟關(guān)閉效果一般沒什么影響。
三、電路參數(shù)設(shè)定說明:
調(diào)整C1、R2的值,可以修改軟啟動(dòng)的時(shí)間。值增大,則時(shí)間變長(zhǎng)。反之亦然。