全民彩票网

欢迎浏览能华脉冲电源网站,专业制造:脉冲直流电源高压脉冲电源高频脉冲开关电源脉冲电镀电源脉冲氧化电源脉冲水处理电源
服务热线:0531-68684888
电源的缓启动电路设计及原理
您当前所在的位置:主页 > 新闻中心 > 维修保养 >

电源的缓启动电路设计及原理

作者:admin   发布日期:2018-12-19 23:44   信息来源:/

在电信工业和微波电路设计领域,普遍使用MOS管控制冲击电流的方达到电流缓启动脉冲电源的目的。MOS管有导通阻抗Rds_on低和驱动简单的特点,在周围加上少量元器件就可以构成缓慢启动电路。虽然电路比较简单,但只有吃透MOS管的相关开关特性后才能对这个电路有深入的理解。

本文首先从MOSFET的开通过程进行叙述:

尽管MOSFET在开关脉冲电源、电机控制等一些电子系统中得到广泛的应用,但是许多电子工程师并没有十分清楚的理解MOSFET开关过程,以及MOSFET在开关过程中所处的状态一般来说,电子工程师通常基于栅极电荷理解MOSFET的开通的过程,如图1所示此图在MOSFET数据表中可以查到

1 AOT460栅极电荷特性

MOSFET的D和S极加电压为VDD,当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时,输入电容Ciss充电,G和S极电压Vgs线性上升并到达门槛电压VGS(th),Vgs上升到VGS(th)之前漏极电流Id≈0A,没有漏极电流流过,Vds的电压保持VDD不变。

当Vgs到达VGS(th)时,漏极开始流过电流Id,然后Vgs继续上升,Id也逐渐上升,Vds仍然保持VDD当Vgs到达米勒平台电压VGS(pl)时,Id也上升到负载电流最大值ID,Vds的电压开始从VDD下降。

米勒平台期间,Id电流维持ID,Vds电压不断降低。

米勒平台结束时刻,Id电流仍然维持ID,Vds电压降低到一个较低的值米勒平台结束后,Id电流仍然维持ID,Vds电压继续降低,但此时降低的斜率很小,因此降低的幅度也很小,最后稳定在Vds=Id×Rds(on)因此通常可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通。

对于上述的过程,理解难点在于为什么在米勒平台区,Vgs的电压恒定?驱动电路仍然对栅极提供驱动电流,仍然对栅极电容充电,为什么栅极的电压不上升?而且栅极电荷特性对于形象的理解MOSFET的开通过程并不直观因此,下面将基于漏极导通特性理解MOSFET开通过程。

MOSFET的漏极导通特性与开关过程。

MOSFET的漏极导通特性如图2所示MOSFET与三极管一样,当MOSFET应用于放大电路时,通常要使用此曲线研究其放大特性只是三极管使用的基极电流、集电极电流和放大倍数,而MOSFET使用栅极电压、漏极电流和跨导。

2 AOT460的漏极导通特性

三极管有三个工作区:截止区、放大区和饱和区,MOSFET对应是关断区、恒流区和可变电阻区注意:MOSFET恒流区有时也称饱和区或放大区当驱动开通脉冲加到MOSFET的G和S极时,Vgs的电压逐渐升高时,MOSFET的开通轨迹A-B-C-D如图3中的路线所示

3 AOT460的开通轨迹

开通前,MOSFET起始工作点位于图3的右下角A点,AOT460的VDD电压为48V,Vgs的电压逐渐升高,Id电流为0,Vgs的电压达到VGS(th),Id电流从0开始逐渐增大

A-B就是Vgs的电压从VGS(th)增加到VGS(pl)的过程从A到B点的过程中,可以非常直观的发现,此过程工作于MOSFET的恒流区,也就是Vgs电压和Id电流自动找平衡的过程,即Vgs电压的变化伴随着Id电流相应的变化,其变化关系就是MOSFET的跨导:Gfs=Id/Vgs,跨导可以在MOSFET数据表中查到

当Id电流达到负载的最大允许电流ID时,此时对应的栅级电压Vgs(pl)=Id/gFS由于此时Id电流恒定,因此栅极Vgs电压也恒定不变,见图3中的B-C,此时MOSFET处于相对稳定的恒流区,工作于放大器的状态

开通前,Vgd的电压为Vgs-Vds,为负压,进入米勒平台,Vgd的负电压绝对值不断下降,过0后转为正电压驱动电路的电流绝大部分流过CGD,以扫除米勒电容的电荷,因此栅极的电压基本维持不变Vds电压降低到很低的值后,米勒电容的电荷基本上被扫除,即图3中的C点,于是,栅极的电压在驱动电流的充电下又开始升高,如图3中的C-D,使MOSFET进一步完全导通

C-D为可变电阻区,相应的Vgs电压对应着一定的Vds电压Vgs电压达到最大值,Vds电压达到最小值,由于Id电流为ID恒定,因此Vds的电压即为ID和MOSFET的导通电阻的乘积

基于MOSFET的漏极导通特性曲线可以直观的理解MOSFET开通时,跨越关断区、恒流区和可变电阻区的过程米勒平台即为恒流区,MOSFET工作于放大状态,Id电流为Vgs电压和跨导乘积

电路原理详细说明:

MOS管是电压控制器件,其极间电容等效电路如图4所示。

4. 带外接电容C2NMOS管极间电容等效电路

MOS管的极间电容栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs、漏源电容Cds可以由以下公式确定:

公式中MOS管的反馈电容Crss,输入电容Ciss和输出电容Coss的数值在MOS管的手册上可以查到。

电容充放电快慢决定MOS管开通和关断的快慢,Vgs首先给Cgs 充电,随着Vgs的上升,使得MOS管从截止区进入可变电阻区。进入可变电阻区后,Ids电流增大,但是Vds电压不变。随着Vgs的持续增大,MOS管进入米勒平台区,在米勒平台区,Vgs维持不变,电荷都给Cgd 充电,Ids不变,Vds持续降低。在米勒平台后期,MOS管Vds非常小,MOS进入了饱和导通期。为确保MOS管状态间转换是线性的和可预知的,外接电容C2并联在Cgd上,如果外接电容C2比MOS管内部栅漏电容Cgd大很多,就会减小MOS管内部非线性栅漏电容Cgd在状态间转换时的作用,另外可以达到增大米勒平台时间,减缓电压下降的速度的目的。外接电容C2被用来作为积分器对MOS管的开关特性进行精确控制。控制了漏极电压线性度就能精确控制冲击电流。

电路描述:

图5所示为基于MOS管的自启动有源冲击电流限制法电路。MOS管 Q1放在DC/DC脉冲电源模块的负电压输入端,在上电瞬间,DC/DC脉冲电源模块的第1脚电平和第4脚一样,然后控制电路按一定的速率将它降到负电压,电压下降的速度由时间常数C2*R2决定,这个斜率决定了最大冲击电流。

C2可以按以下公式选定:

R2由允许冲击电流决定:

其中Vmax为最大输入电压,Cload为C3和DC/DC脉冲电源模块内部电容的总和,Iinrush为允许冲击电流的幅度。

有源冲击电流限制法电路

D1是一个稳压二极管,用来限制MOS管 Q1的栅源电压。元器件R1,C1和D2用来保证MOS管Q1在刚上电时保持关断状态。具体情况是:

上电后,MOS管的栅极电压要慢慢上升,当栅源电压Vgs高到一定程度后,二极管D2导通,这样所有的电荷都给电容C1以时间常数R1×C1充电,栅源电压Vgs以相同的速度上升,直到MOS管Q1导通产生冲击电流。

以下是计算C1和R1的公式:

其中Vth为MOS管Q1的最小门槛电压,VD2为二极管D2的正向导通压降,Vplt为产生Iinrush冲击电流时的栅源电压。Vplt可以在MOS管供应商所提供的产品资料里找到。

MOS管选择

以下参数对于有源冲击电流限制电路的MOS管选择非常重要:

l 漏极击穿电压 Vds

必须选择Vds比最大输入电压Vmax和最大输入瞬态电压还要高的MOS管,对于通讯系统中用的MOS管,一般选择Vds≥100V。

l 栅源电压Vgs

稳压管D1是用来保护MOS管Q1的栅极以防止其过压击穿,显然MOS管Q1的栅源电压Vgs必须高于稳压管D1的最大反向击穿电压。一般MOS管的栅源电压Vgs为20V,推荐12V的稳压二极管。

l 导通电阻Rds_on.

MOS管必须能够耗散导通电阻Rds_on所引起的热量,热耗计算公式为:

其中Idc为DC/DC脉冲电源的最大输入电流,Idc由以下公式确定:

其中Pout为DC/DC脉冲电源的最大输出功率,Vmin为最小输入电压,η为DC/DC脉冲电源在输入电压为Vmin输出功率为Pout时的效率。η可以在DC/DC脉冲电源供应商所提供的数据手册里查到。MOS管的Rds_on必须很小,它所引起的压降和输入电压相比才可以忽略。

6. 有源冲击电流限制电路在75V输入,DC/DC输出空载时的波形

设计举例

已知: Vmax=72V

Iinrush=3A

选择MOS管Q1为IRF540S

选择二极管D2为BAS21

按公式(4)计算:C2>>1700pF。选择 C2=0.01μF;

按公式(5)计算:R2=252.5kW。选择 R2=240kW,选择R3=270W<<R2;

按公式(7)计算:C1=0.75μF。选择 C1=1μF;

按公式(8)计算:R1=499.5W。选择 R1=1kW

图6所示为图5 电路的实测波形,其中DC/DC脉冲电源输出为空载。

上一篇:微弧氧化脉冲电源的介绍和设计研究 下一篇:没有了 返回栏目

关于我们

新闻中心

产品中心

服务支持

人力资源

联系我们

友情链接:秒速赛车官网  秒速时时彩  秒速时时彩  秒速时时彩官网  秒速赛车官网  秒速时时彩  秒速时时彩  

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!