缓启动电路的工作原理

風雲

单板

电压

启动

电源

电路

上电

电容

电源模块

波形

输入

【摘要】通信产品一般采用分散供电方式，各单板上采用DC/DC模块将-48V电源转换为其所需的5V、3.3V、2.5V等子电源。由于输入电压高，电源电路中又存在用于滤波和防止DIP的大电容，在单板插入上电时，会对-48V电源造成冲击，瞬时大电流将造成-48V电源电压出现跌落，可能影响到其它单板的正常工作；同时，由于瞬时大电流的原因，单板插入时在接插件上会产生明显的打火现象，这会引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。为了避免上述现象，-48V电源供电单板需要“缓慢”上电。

一、缓启动电路的作用通信设备产品单板上几乎都在电源模块的输入端设计有缓启动电路，缓启动电路的功能主要有两个：1、延迟单板电源的上电时间：我们的单板一般都要求支持热拔插，当单板插入子架时，单板插头和母板插针的接触是不稳定的，为了避免这种抖动的影响，可以在电源模块和母板电源之间加一个电路，使母板的电源延迟一段时间以后再加到电源模块。2、减小上电的冲击电流：由于单板电源都接有滤波电容，电源上电瞬间跳变时由于电容的充电，会产生较大的冲击电流，造成母板电源电压抖动，跌落，以及强烈的电磁辐射，很容易对其他工作中的单板造成不良影响，如果能把电源的上电速度变缓一些，就能有效的减小这种影响。     二、缓启动电路的工作原理电路的原理图：

缓启动电路由R39，R49，C7和Q31组成，Q31是绝缘栅型场效应管，也是缓启动电路最关键的器件。为了理解缓启动的原理，首先我们来回顾一下MOS管的一点基础知识。下图大致描述了典型的MOS管的转移特性：

MOS管的特性表明，当Vgs小于一定电压（Vth）时，DS极之间的电阻Rds是很大的，可以认为开路，电流不能通过；当Vgs达到Vth时，MOS管开始导通，Rds随Vgs的增加迅速减小。当Vgs达到一定的程度，Rds很小，可以认为DS之间是近似短路的。Vth可以称之为开启电压（Voltage－Gate threshold），一般为2－4V。在的缓启动电路中，电阻R39，R49和C7构成了分压式RC时间常数电路，C7并联在Q31的GS极之间，也就是Vc7＝Vgs。当48V电源刚加到单板时，C7未充电，Vgs＝0，MOS不导通，电源模块不供电。随后，48V通过R39，R49向C7充电，当C7的电压达到Vth时，MOS开始导通，这一阶段，完成的是延时上电的作用，延迟时间可由下式估算：Uin(R39/(R39+R49))(1－e-T/ )=Vth

其中，T为延迟时间， Uin＝48V，为RC电路的时间常数，＝C7（R39//R49），Vth一般取4V。将原理图中数值代入计算可知，延迟时间T约等于15.3ms。MOS管开始导通后，Vgs继续增加（直到12V左右），Rds迅速减小，缓启动的输出电压逐渐升高直到到与输入电压基本一致。电源模块开始工作，单板正式上电。在这一过程中，输出电压并不是瞬间跳变到最高的，因此，大大减轻了冲击电流的干扰。这一过程的时间与C7的充电速度，MOS的特性，负载特性都有关系，难以具体计算，具体还需实测调整。三、实测波形分析下图是缓启动的输入电压上电波形

这是缓启动输入端在电源开关闭合瞬间的波形，可以看到画圆圈处的抖动，持续时间约1ms，如果是热拔插，这个抖动的幅度和持续时间都将可能更大。下图是缓启动的C7电压上升波形

可以看到，上电15ms后，C7电源上升到约4V，与理论计算值基本一致。下图是缓启动MOS管的D，S间电压波形。

可以看到，在开关闭合后的14ms以内，输入电压完全加在MOS的DS两端，这与理论计算值基本一致（由于MOS管的Vth并不一定是4V，有些误差是很正常的），从14ms开始，Vds以指数方式下降，过程时间约4ms。下图是缓启动输出的电压波形。

可以看到，对比缓启动的输入电压上电波形，缓启动的输出电压不再有开关闭合时的抖动，而且上电边沿也非常明显，过程约4ms，实现了减小上电冲击的目的。

让我们再把所有的波形放在同一时间轴上来比较一下，如下：

可以看到，经过缓启动电路之后，单板实际供电电压Uout比输入电压Uin总共延时了将近20ms，不但消除了上电抖动，而且有效减小了冲击。四、总结1、缓启动的时间常数电路必须确保电容充电完成后其电压不能大于15V，因为一般大功率MOS管的G，S间击穿电压在20V左右，电压过高，会损坏MOS管（现在很多单板上在电容两端并联了一个稳压管就是起这个作用的），但是也不应该低于10V，因为一般大功率MOS管的D，S间电阻Rds都需要Vgs达到10V后才达到最小值（一般在0.1ohm量级）。2、缓启动的延迟时间不能太长，原因有二。其一，延迟太长，热拔插时，单板接口信号线已连接，而电源仍未上电，会造成接口器件闩锁损坏；其二，缓启动关键器件MOS管在从截止到导通转换的过程中瞬间功耗是非常大的，如果电容充电过于缓慢，造成边沿时间太长，MOS管将因为功耗过大而损坏。延时一般取几十毫秒。声明：本文经作者授权转自“硬件电子工程师”，版权归原作者所有。如有侵权，请联系我们删除！❤「有用请分享」❤

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