电源的缓启动电路设计及原理 （诺基亚西门子版本）

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电源模块的负电压输入端，在上电瞬间，DC/DC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电源模块内部电容的总和，Iinrush为允许冲击电流的幅度。

图5 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电源的最大输入电流，Idc由以下公式确定：

其中Pout为DC/DC电源的最大输出功率，Vmin为最小输入电压，η为DC/DC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。

图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

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电源输出为空载。