電源MOS管緩啟動的應用分析
2025-3-19 14:00:15 點擊：
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？
我們先拿電子系統中常見的功能“熱插拔”來舉例子。
（熱插拔：在系統正常工作時，帶電對系統的某個單元進行插拔操作，且不對系統產生任何影響。）
熱插拔一般對電子系統有兩方面影響：1.熱插拔時，連接器的機械觸點在接觸瞬間會出現彈跳，引起電源振蕩；2.熱插拔時，由于系統大容量儲能電容的充電效應，系統中會出現很大的沖擊電流。
由于以上原因，特別是瞬時產生的大電流，工作時產生明顯的打火現象，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管具備低導通阻抗（Rds_on）和驅動簡單的優勢，在這基礎上配合其它的元器件，就能構成緩慢啟動電路。
通常情況下，在正電源中用PMOS，在負電源中使用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”進行簡單說明：
D1（TVS管）：一般用于電源電路的浪涌防護，防止MOS管導通前輸入電壓過大損壞后級電路；
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）；
D3（穩壓二極管）：保證VGS電壓的穩定并保護MOS管Q1的柵-源極不被高壓擊穿；
R2/R1和C1：R1為C1提供快速放電通道；R1/R2分壓值大于D3的穩壓值；
R3和C2：控制電源電壓上升斜率；
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，這里的電壓等于穩壓管D3的嵌位電壓，電容C1充電的時間常數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處于截止狀態。
當Q1處于截止狀態，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；
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束防抖動電路作用，此后開啟時間由電壓緩啟動電路負責；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：
此時就到達米勒平臺階段。當漏電流（Idrain）不斷增大，直至負載端電壓VD由0V開始下降，此時開始米勒平臺階段；
一般開啟瞬間設備電源輸入最大電流，是在設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小；
Id電流維持ID，Vds電壓不斷降低。
第四階段：
米勒平臺階段結束后，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，最后穩定。
通常我們可以認為米勒平臺結束后MOSFET基本上已經導通。
VBsemi MOS管 在其中的應用說明
由以上我們可以看出，MOS管在開關電源應用領域里是一個非常重要的器件.
VBsemi的MOS管由于開關速度快，通流能力強，非常適合在低壓，大電流，中等功率等應用中，能有效提升電源轉換效率。其重要性具體如下，但不限于：
1.開關電源的開關（對上管）和續流二極管（對下管），可以通過MOS管來實現，其上管和下管開啟/關閉的時間決定了MOS管的開關損耗：
2.在導通過程中，從MOS管打開至米勒平臺結束這個階段，是開關導通中的重點階段。
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？
我們先拿電子系統中常見的功能“熱插拔”來舉例子。
（熱插拔：在系統正常工作時，帶電對系統的某個單元進行插拔操作，且不對系統產生任何影響。）
熱插拔一般對電子系統有兩方面影響：1.熱插拔時，連接器的機械觸點在接觸瞬間會出現彈跳，引起電源振蕩；2.熱插拔時，由于系統大容量儲能電容的充電效應，系統中會出現很大的沖擊電流。
由于以上原因，特別是瞬時產生的大電流，工作時產生明顯的打火現象，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管具備低導通阻抗（Rds_on）和驅動簡單的優勢，在這基礎上配合其它的元器件，就能構成緩慢啟動電路。
通常情況下，在正電源中用PMOS，在負電源中使用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”進行簡單說明：
D1（TVS管）：一般用于電源電路的浪涌防護，防止MOS管導通前輸入電壓過大損壞后級電路；
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）；
D3（穩壓二極管）：保證VGS電壓的穩定并保護MOS管Q1的柵-源極不被高壓擊穿；
R2/R1和C1：R1為C1提供快速放電通道；R1/R2分壓值大于D3的穩壓值；
R3和C2：控制電源電壓上升斜率；
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，這里的電壓等于穩壓管D3的嵌位電壓，電容C1充電的時間常數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處于截止狀態。
當Q1處于截止狀態，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；
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束防抖動電路作用，此后開啟時間由電壓緩啟動電路負責；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：
此時就到達米勒平臺階段。當漏電流（Idrain）不斷增大，直至負載端電壓VD由0V開始下降，此時開始米勒平臺階段；
一般開啟瞬間設備電源輸入最大電流，是在設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小；
Id電流維持ID，Vds電壓不斷降低。
第四階段：
米勒平臺階段結束后，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，最后穩定。
通常我們可以認為米勒平臺結束后MOSFET基本上已經導通。
VBsemi MOS管 在其中的應用說明
由以上我們可以看出，MOS管在開關電源應用領域里是一個非常重要的器件.
VBsemi的MOS管由于開關速度快，通流能力強，非常適合在低壓，大電流，中等功率等應用中，能有效提升電源轉換效率。其重要性具體如下，但不限于：
1.開關電源的開關（對上管）和續流二極管（對下管），可以通過MOS管來實現，其上管和下管開啟/關閉的時間決定了MOS管的開關損耗：
2.在導通過程中，從MOS管打開至米勒平臺結束這個階段，是開關導通中的重點階段。
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