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实例讲解MOS管缓启动电路

为什么需要电源启动？电源缓启动能做什么？

缓启动，顾名思义就是让电路电源缓慢开启。

那解释起来这么简单，工作原理是否如此呢？

今天我们带着上面的疑问一起来讨论电源缓启动的应用分析。

首先，为什么我们需要电源缓启动？

我们先拿电子系统中常见的功能“热插拔”来举例子。

（热插拔：在系统正常工作时，带电对系统的某个单元进行插拔操作，且不对系统产生任何影响。）

热插拔一般对电子系统有两方面影响：1.热插拔时，连接器的机械触点在接触瞬间会出现弹跳，引起电源振荡；2.热插拔时，由于系统大容量储能电容的充电效应，系统中会出现很大的冲击电流。

由于以上原因，特别是瞬时产生的大电流，工作时产生明显的打火现象，这会引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。因此需要“缓慢”上电。

在这里我们可以得出缓启动电路两种主要的作用：1.防抖动延时上电2.控制输入电流的上升斜率和幅值。

下面我们使用MOS管来讲解一个缓启动电路工作原理。

MOS管具备低导通阻抗（Rds_on）和驱动简单的优势，在这基础上配合其它的元器件，就能构成缓慢启动电路。

通常情况下，在正电源中用PMOS，在负电源中使用NMOS。

如下图：用一个NMOS管搭建的一个-48V电源缓启动电路图

我们先对“其它元器件”进行简单说明：

1) D1（TVS管）：一般用于电源电路的浪涌防护，防止MOS管导通前输入电压过大损坏后级电路；

2) D2（肖特基二极管）：隔离防抖动延时电路与上电斜率控制电路（防止受C1的影响）；

3) D3（稳压二极管）：保证VGS电压的稳定并保护MOS管Q1的栅-源极不被高压击穿；

4) R2/R1和C1：R1为C1提供快速放电通道；R1/R2分压值大于D3的稳压值；

5) R3和C2：控制电源电压上升斜率；

6) R4和R5：防止MOS管自激振荡。

在上图中，Q1为MOS管，Cgs为其栅-源极间的寄生电容，Cgd为栅-漏极间的寄生电容，Cds为漏-源极间的寄生电容。

可以看到，栅-漏极外部并联了电容C2 ，这里的栅-漏极的总电容是C’gd=C2+ Cgd，相对于C2 来说，Cgd的容值几乎忽略不计，所以C’gd和C2几乎相等。

MOS管的栅极开启电压Vth，在正常工作的情况下，其栅源电压为Vw，这里的电压等于稳压管D3的嵌位电压，电容C1充电的时间常数t=(R1//R2//R3)C1，由于R3通常会比R1、R2大很多，所以t≈(R1//R2)C1。

此电路工作过程可分为四个阶段：

如图所示：A、B为防抖电路；C、D为电压缓起电路。

阶段：

-48V电源对C1充电，MOS管开启后，漏极电流开始增大，此时的变化速度与MOS管的跨导和栅源电压变化率成正比；此时：

VA电压随输入快速下降；

VB电压瞬间降至-48V，随后缓慢上升对C1两端电压充电；

VC电压瞬间被Vb拉低D2导通，其稍高于VB。随着R1/R2对C1的充电，此时VGS（=Vc-Va）也跟着增大，Q1处于截止状态。

当Q1处于截止状态，也就是Vd=0V。由于C2通过R5瞬间充满电，Vcd电压与C2的初始电压都为-47.6V，然后随着电压VC升高而缓慢放电。

R3向D2流经电流，VB点电压从-48V开始缓慢上升，Vc电压跟着-47.6V缓慢上升；

(启动时Vgs，Vds和Ids的变化)

第二阶段：

VGS电压VGS(th)上升至Vplt，MOS管Q1为完全打开。

一般好在米勒平台之前结束防抖动电路作用，此后开启时间由电压缓启动电路负责；取决于R1/R2与C1充然后到至VGS(th)的时间，同时也包括R3与C2充电时间的计算。

第三阶段：

此时就到达米勒平台阶段。当漏电流（Idrain）不断增大，直至负载端电压VD由0V开始下降，此时开始米勒平台阶段；

一般开启瞬间设备电源输入大电流，是在设备电源电压开始上升之前，此时Q1能够通过自身的压降来限制冲击电流的大小；

Id电流维持ID，Vds电压不断降低。

第四阶段：

米勒平台阶段结束后，Vd为-48V保持不变；Id电流仍然维持ID，Vds电压降低到一个较低的值，但此时降低的斜率与幅度比较小，稳定。

通常我们可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通。

MOS管 在其中的应用说明

由以上我们可以看出，MOS管在开关电源应用领域里是一个非常重要的器件.

MOS管由于开关速度快，通流能力强，非常适合在低压，大电流，中等功率等应用中，能有效提升电源转换效率。其重要性具体如下，但不限于：

1.开关电源的开关（对上管）和续流二极管（对下管），可以通过MOS管来实现，其上管和下管开启/关闭的时间决定了MOS管的开关损耗：