1、緩啟動電路原理分析在電信工業(yè)和微波電路設(shè)計領(lǐng)域，普遍使用MOS管控制沖擊電流的方達(dá)到電流緩啟動的目的。MOS 管有導(dǎo)通阻抗Rdsjn低和驅(qū)動簡單的特點，在周圍加上少量元器件就可以構(gòu)成緩慢啟動電路。雖然電路比 較簡單，但只有吃透MOS管的相關(guān)開關(guān)特性后才能對這個電路有深入的理解。本文首先從MOSFET的開通過程進(jìn)行敘述：盡管MOSFET在開關(guān)電源、電機(jī)控制等一些電子系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，但是許多電子工程師并沒有 卜分清楚的理解MOSFET開關(guān)過程，以及MOSFET在開關(guān)過程中所處的狀態(tài)一般來說，電子工程師通常基 于柵極電荷理解MOSFET的開通的過程，如圖1所示。此圖在MOSFET數(shù)據(jù)表中可以杳

2、到。Qfi<nC)圖1 AOT460柵極電荷特性MOSFET的D和S極加電壓為VDD,當(dāng)驅(qū)動開通脈沖加到MOSFET的G和S極時，輸入電容Ciss充 電，G和S極電壓Vgs線性上升并到達(dá)門檻電壓VGS(th), Vgs上升到VGS(th)之前漏極電流IS0A,沒有漏 極電流流過，Vds的電壓保持VDD不變當(dāng)Vgs到達(dá)VGS(th)時，漏極開始流過電流Id,然后Vgs繼續(xù)上升，Id也逐漸上升，Vds仍然保持 VDD-當(dāng)Vgs到達(dá)米勒平臺電壓VGSS1)時，Id也上升到負(fù)我電流最大值ID, Vds的電壓開始從VDD下降米勒平臺期間，Id電流維持ID, Vds電壓不斷降低米勒平臺結(jié)束時刻，Id

3、電流仍然維持ED, Vds電壓降低到一個較低的值米勒平臺結(jié)束后，Id電流仍 然維持IDVds電壓繼續(xù)降低,但此時降低的斜率很小,因此降低的幅度也很小.最后穩(wěn)定在 Vds=IdxRds(on)«因此通常可以認(rèn)為米勒平臺結(jié)束后MOSFET基本上已經(jīng)導(dǎo)通Page: 2 of 8對尸上述的過程，理解難點在于為什么在米勒平臺區(qū)，Vgs的電壓恒定？驅(qū)動電路仍然對柵極提供驅(qū)動 電流，仍然對柵極電容充電，為什么柵極的電壓不上升？而且柵極電荷特性對于形象的理解MOSFET的開通 過程并不直觀因此，下面將基于漏極導(dǎo)通特性理解MOSFET開通過程MOSFET的漏極導(dǎo)通特性9開關(guān)過程MOSFET的漏極導(dǎo)通特

4、性如圖2所示 MOSFET與三極管一樣，當(dāng)MOSFET應(yīng)用于放大電路時，通常要 使用此曲線研究其放大特性只是三極管使用的基極電流、集電極電流和放大倍數(shù)，而MOSFET使用柵極電 壓、漏極電流和跨導(dǎo)可變電阻區(qū)圖2AOT460的漏極導(dǎo)通特性三極管有三個工作區(qū)：假止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，MOSFET對應(yīng)是關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū)和可變電阻區(qū)注 意：MOSFET恒流區(qū)有時也稱飽和區(qū)或放大區(qū)-當(dāng)驅(qū)動開通脈沖加到MOSFET的G和S極時，Vgs的電壓逐 漸升高時，MOSFET的開通軌跡A-B-C-D如圖3中的路線所示圖3AOT460的開通軌跡開通前，MOSFET起始工作點位于圖3的右下角A點，AOT460的VDD電壓

5、為48V, Vgs的電壓逐漸 升高，Id電流為0, Vgs的電壓達(dá)到VGS(th), Id電流從0開始逐漸增大A-B就是Vgs的電壓從VGS(th)增加到VGS(pl)的過程從A到B點的過程中，可以非常直觀的發(fā)現(xiàn)， 此過程工作于MOSFET的恒流區(qū)(可變電阻區(qū)?)，也就是Vgs電壓和Id電流自動找平衡的過程，即Vgs電 壓的變化伴隨著Id電流相應(yīng)的變化，其變化關(guān)系就是MOSFET的跨導(dǎo)：Gfs=Id/Vgs,跨導(dǎo)可以在MOSFET數(shù) 據(jù)表中查到當(dāng)Id電流達(dá)到負(fù)載的最大允許電流ID時，此時對應(yīng)的柵級電壓Vgs(pl)=Id/gFS 由于此時Id電流恒 定，因此柵極Vgs電壓也恒定不變，見圖3中的

6、B-C,此時MOSFET處丁相對穩(wěn)定的恒流區(qū)，工作于放大器 的狀態(tài)開通前，Vgd的電壓為Vgs-Vds,為負(fù)壓，進(jìn)入米勒平臺，Vgd的負(fù)電壓絕對值不斷下降，過0后轉(zhuǎn)為 正電壓驅(qū)動電路的電流絕大部分流過CGD,以掃除米勒電容的電荷，因此柵極的電壓基本維持不變Vds 電壓降低到很低的值后，米勒電容的電荷基本上被掃除，即圖3中的C點，于是，柵極的電壓在驅(qū)動電流的 充電下又開始升高，如圖3中的C-D,使MOSFET進(jìn)一步完全導(dǎo)通C-D為可變電阻區(qū)，相應(yīng)的Vgs電壓對應(yīng)著一定的Vds電壓Vgs電壓達(dá)到最大值，Vds電壓達(dá)到最小 值，由于Id電流為ID恒定，因此Vds的電壓即為ID和MOSFET的導(dǎo)通電阻

7、的乘積基于MOSFET的漏極導(dǎo)通特性曲線可以直觀的理解MOSFET開通時,跨越關(guān)斷區(qū)、恒流區(qū) 和可變電阻區(qū)的過程米勒平臺即為恒流區(qū)，MOSFET工作于放大狀態(tài)，Id電流為Vgs電壓和 跨導(dǎo)乘積電路原理詳細(xì)說明：MOS管是電壓控制器件，其極間電容等效電路如圖4所示。Page 7 of 8圖4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:(1)(2)(3)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管的手冊上可以杳到。電容充放電快慢決定MOS管開通和關(guān)斷的快慢，Vgs苜先給Cgs

8、充電，隨著Vgs的上升，使得MOS管 從截止區(qū)進(jìn)入恒流區(qū)(?)。進(jìn)入恒流區(qū)：(?)后，Ids電流增大，但是Vds電壓不變。隨著Vgs的持續(xù)增大，MOS 管進(jìn)入米勒平臺區(qū)，在米勒平臺區(qū)，Vgs維持不變，電荷都給Cgd充電，1ds不變，Vds持續(xù)降低。在米勒平 臺后期，MOS管Vds非常小，MOS進(jìn)入了飽和導(dǎo)通期。為確保MOS管狀態(tài)間轉(zhuǎn)換是線性的和可預(yù)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)部棚漏電容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(zhuǎn)換時的作用，另外可以達(dá)到增大米勒平臺時間，減緩電壓下降的速度的目 的。外接電容C2被用來作為積分器對MOS管的

9、開關(guān)特性進(jìn)行精編控制。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5所示為基于MOS管的白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(fù)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(fù)電壓，電壓下降的速度由時間常數(shù)C"R2決定，這個斜率決定了最大沖擊電流。C2可以按以下公式選定:R2由允許沖擊電流決定：cC2工其中Vmax為最大輸入電壓，Cload為C3和DC/DC電源模塊內(nèi)部電容的總和，Imrush為允許沖擊 電流的幅度。圖5有源沖擊電流限制法電路R3為阻尼電阻，可按以下公式選定R3 «

10、;R1DC DO電源模塊“D1是一個穩(wěn)壓二極管，用來限制MOS管Q1的柵源電壓。元器件RI, C1和D2用來保證MOS管 Q1在剛上電時保持關(guān)斷狀態(tài)。具體情況是：上電后，MOS管的柵極電壓要慢慢上升，當(dāng)柵源電壓Vgs高到一定程度后，二極管D2導(dǎo)通，這樣所有 的電荷都給電容C1以時間常數(shù)RlxCl充電，柵源電壓Vgs以相同的速度上升，直到MOS管Q1導(dǎo)通產(chǎn)生沖 擊電流。以下是計算C1和R1的公式：。1-2(乙一/十%)5 y 市。2CT%加ln（l 一 ”） max其中Vth為MOS管Q1的最小門檻電壓，VD2為二極管D2的正向?qū)▔航担琕plt為產(chǎn)生Iinrush 沖擊電流時的柵源電壓。Vpl

11、t可以在MOS管供應(yīng)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：1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VdsNlOOV。I柵源電壓Vgs穩(wěn)壓管D1是用來保護(hù)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。1導(dǎo)通電阻Rds_onMOS管必須能夠耗散導(dǎo)通電阻Rds_on所引起的熱量，熱耗計算公式為：其中Ide為DC/DC電源的最大輸入電流，Ide由以下公式確定：辦 c(10)其中Pout為DC2c電源的最大輸出功率，Vmin為最小輸入電壓，n為DC/DC電源在輸入電壓為 Vnun輸出功率為Pout時的效率。n可以在DC/DC電源供應(yīng)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6.有源沖擊電流限制電路在75V輸入，DC/DC輸出空載時的波形設(shè)計舉例已知：Vmax=72VIinrush=3A選擇MOS管QI為IRF540S選擇二極管D2為B