電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：?jiǎn)?dòng)電路篇 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)構(gòu)思

一款優(yōu)質(zhì)電源必然具備啟動(dòng)性能好、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，但你有沒(méi)有想過(guò)寬壓電源的輸入電壓范圍那么廣，而電源IC芯片又需要穩(wěn)定的工作電壓，我們?cè)撊绾伪ＷC模塊的性能的呢？本文為你解答，讓你從本質(zhì)了解電源模塊。

啟動(dòng)電路在為系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，由于自身在極端惡劣情況下的嚴(yán)重?fù)p耗會(huì)給電源的穩(wěn)定性帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。好的啟動(dòng)電路只在電源系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)為其提供能量，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后便停止工作。那么怎樣才能使啟動(dòng)電路即安全可靠又能在輸出電壓建立后停止工作呢？下面就隨我一起來(lái)探討開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電路吧！

一、啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)構(gòu)思

DC-DC開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓范圍寬，而電源IC芯片又需要穩(wěn)定的工作電壓，則啟動(dòng)電路就需要為IC提供安全穩(wěn)定的啟動(dòng)電壓。如下圖1所示，主要是一個(gè)由電阻和穩(wěn)壓管組成的簡(jiǎn)單啟動(dòng)電路，正常工作下該啟動(dòng)電路功耗較大，尤其開(kāi)關(guān)電源在高溫環(huán)境、輸入高壓、輸出滿載的情況下啟動(dòng)電路發(fā)熱嚴(yán)重極易給系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，而且還會(huì)降低開(kāi)關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。

圖1 簡(jiǎn)單啟動(dòng)電路

因此，啟動(dòng)電路不適合長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)地為電源IC及保護(hù)電路提供能量，一般只在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)刻為其提供能量。當(dāng)輸出電壓建立后，則由損耗較小的輔助繞組為芯片及保護(hù)電路提供能量，而此時(shí)的啟動(dòng)電路需停止工作。

二、一種啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)

如下圖2所示，為現(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源中常用的啟動(dòng)電路，該電路采用兩個(gè)三極管做二級(jí)放大，可等效為三端線性穩(wěn)壓電源，具有啟動(dòng)速度快、性能安全可靠、輸出電壓建立后立刻停止工作的優(yōu)點(diǎn)。

輸入電壓VIN為NPN三極管Q1提供IB電流使用它處于放大區(qū)，IC為放大電流也為PNP三極管Q2的基極電流，通過(guò)對(duì)IC電流的控制，可使Q2處于飽和狀態(tài)并以IE的飽和電流向電容C充電，直到Q2處于半截止或半飽和狀態(tài)。此時(shí)，電容就等效成一個(gè)恒流源為IC芯片提供能量，當(dāng)電容電壓降到一定值時(shí)，啟動(dòng)電路繼續(xù)為電容充電，直到輔助供電有電壓后，才通過(guò)電阻R2、R3之間的分壓使Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)啟動(dòng)電路才停止工作，之后芯片的供電完全由輔助繞組提供。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)電路

如下圖3所示，為圖2電路的實(shí)驗(yàn)波形圖，綠色為IE電流波形，黃色為VDD電壓波形（示波器采用zlgZDS2022）。從圖中可看出開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)可分三個(gè)階段，第一階段，在上電時(shí)IE以近似1mA的電流向電容C充電，當(dāng)VDD電壓達(dá)到UCC28C40門(mén)限電壓時(shí)進(jìn)入第二階段，此時(shí)飽和電流增加至5mA，在為IC供電的同時(shí)繼續(xù)為電容充電，當(dāng)輸出電壓建立后進(jìn)入第三階段，此時(shí)IE電流為零，啟動(dòng)電路停止工作，VDD電壓上升至輔助繞組電壓。在啟動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，IE的電流都是比較小而且比較平緩，所以該電路安全可靠。

圖3 實(shí)驗(yàn)電路波形圖

由ZLG致遠(yuǎn)電子研發(fā)的寬壓開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品基本都采用了與上面啟動(dòng)電路類(lèi)式的結(jié)構(gòu)，這樣既能保證啟動(dòng)的可靠性，又能降低損耗。

三、如何使啟動(dòng)電路安全可靠

要讓啟動(dòng)電路安全可靠地運(yùn)行，除了必要的理論計(jì)算以外，更多應(yīng)該注意的是器件的選擇，謹(jǐn)慎的器件選擇能使電路的真實(shí)值更加接近計(jì)算的理論值。穩(wěn)壓管D1要選擇動(dòng)態(tài)電阻小、膝點(diǎn)低的，這樣能使Q1基極的電位在輸入電壓大幅度變化下保持一個(gè)較小的波動(dòng)，從而使得供電電壓VDD穩(wěn)定。電阻R1、R2、R3的電阻值在電路能正常工作下盡量取大一些，以減小啟動(dòng)電路的損耗。R4主要是限制IE電流使得Q2快速達(dá)到飽和點(diǎn)，如果在條件允許下Q2的封裝盡量大一點(diǎn)以增強(qiáng)散熱能力。

輔助繞組的電壓也是影響啟動(dòng)電路穩(wěn)定的因素，輔助繞組電壓偏低，則會(huì)使啟動(dòng)電路在開(kāi)關(guān)電源帶載時(shí)未能完全管斷，Q2管在高溫高壓滿載情況下很可能會(huì)因過(guò)熱而燒毀；輔助繞組電壓偏高，在某些異常情況下會(huì)使得輔助繞組供電的電壓接近或超過(guò)電源IC的額定電壓，對(duì)電源IC構(gòu)成威脅。輔助繞組的電壓過(guò)高還會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的整體效率有一定影響，啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)影響整個(gè)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。