開關電源的沖擊電流控制方法(2)

　　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

　　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(jīng)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(shù)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(tài)間轉換是線性的和可預知的，外接電容C2并聯(lián)在Cgd上，如果外接電容C2比MOS管內(nèi)部柵漏電容Cgd大很多，就會減小MOS管內(nèi)部非線性柵漏電容Cgd在狀態(tài)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?？刂屏寺O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(shù)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(tài)。

　　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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品資料里找到。

　　MOS管選擇

　　以下參數(shù)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(tài)電壓還要高的MOS管，對于通訊系統(tǒng)中用的MOS管，一般選擇Vds≥100V。

　　l 柵源電壓Vgs

　　穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(shù)據(jù)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