開關電源的沖擊電流控制方法(2)

2011年10月20日 11:04 來源:本站整理 作者:秩名 我要評論(0)

  3. DC/DC開關電源的沖擊電流限制方法

  3.1 長短針法

  圖7所示電路為長短針法沖擊電流限制電路,在DC/DC電源板插入時,長針接觸,輸入電容C1通過電阻R1充電,當電源板完全插入時,電阻R1被斷針短路。C1代表DC/DC電源的所有電容量

 

 長短針法沖擊電流限制電路

 

  圖7. 長短針法沖擊電流限制電路

  這種方法的缺陷是插入的速度不能控制,如插入速度過快,電容C1還沒充滿電時,短針就已經接觸,沖擊電流的限制效果就不好。

  也可用熱敏電阻法來限制沖擊電流,但由于DC/DC電源的輸入電壓較低,輸入電流較大,在熱敏電阻上的功耗也較大,一般不用此方法。

  3.2 有源沖擊電流限制法

  3.2.1 利用MOS管限制沖擊電流

  利用MOS管控制沖擊電流可以克服無源限制法的缺陷。MOS管有導通阻抗Rds_on低和驅動簡單的特點,在周圍加上少量元器件就可以做成沖擊電流限制電路。

  MOS管是電壓控制器件,其極間電容等效電路如圖8所示。

 

 

 

  圖8. 帶外接電容C2的N型MOS管極間電容等效電路

  MOS管的極間電容柵漏電容Cgd、柵源電容Cgs、漏源電容Cds可以由以下公式確定:

 

 

 

  公式中MOS管的反饋電容Crss,輸入電容Ciss和輸出電容Coss的數值在MOS管的手冊上可以查到。

  電容充放電快慢決定MOS管開通和關斷的快慢,為確保MOS管狀態間轉換是線性的和可預知的,外接電容C2并聯在Cgd上,如果外接電容C2比MOS管內部柵漏電容Cgd大很多,就會減小MOS管內部非線性柵漏電容Cgd在狀態間轉換時的作用。

  外接電容C2被用來作為積分器對MOS管的開關特性進行精確控制。控制了漏極電壓線性度就能精確控制沖擊電流。

  電路描述:

  圖9所示為基于MOS管的自啟動有源沖擊電流限制法電路。MOS管 Q1放在DC/DC電源模塊的負電壓輸入端,在上電瞬間,DC/DC電源模塊的第1腳電平和第4腳一樣,然后控制電路按一定的速率將它降到負電壓,電壓下降的速度由時間常數C2*R2決定,這個斜率決定了最大沖擊電流。

 

 

 

  圖9. 有源沖擊電流限制法電路

  D1用來限制MOS管 Q1的柵源電壓。元器件R1,C1和D2用來保證MOS管Q1在剛上電時保持關斷狀態。

  上電后,MOS管的柵極電壓要慢慢上升,當柵源電壓Vgs高到一定程度后,二極管D2導通,這樣所有的電荷都給電容C1以時間常數R1×C1充電,柵源電壓Vgs以相同的速度上升,直到MOS管Q1導通產生沖擊電流。

  其中Vth為MOS管Q1的最小門檻電壓,VD2為二極管D2的正向導通壓降,Vplt為產生Iinrush沖擊電流時的柵源電壓。Vplt可以在MOS管供應商所提供的產品資料里找到。

  MOS管選擇

  以下參數對于有源沖擊電流限制電路的MOS管選擇非常重要:

  l 漏極擊穿電壓 Vds

  必須選擇Vds比最大輸入電壓Vmax和最大輸入瞬態電壓還要高的MOS管,對于通訊系統中用的MOS管,一般選擇Vds≥100V。

  l 柵源電壓Vgs

  穩壓管D1是用來保護MOS管Q1的柵極以防止其過壓擊穿,顯然MOS管Q1的柵源電壓Vgs必須高于穩壓管D1的最大反向擊穿電壓。一般MOS管的柵源電壓Vgs為20V,推薦12V的穩壓二極管。

  其中Pout為DC/DC電源的最大輸出功率,Vmin為最小輸入電壓,η為DC/DC電源在輸入電壓為Vmin輸出功率為Pout時的效率。η可以在DC/DC電源供應商所提供的數據手冊里查到。MOS管的Rds_on必須很小,它所引起的壓降和輸入電壓相比才可以忽略。

 

 

 

  圖10. 有源沖擊電流限制電路在75V輸入

 

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