CN101150249A - 后级电路热插拔冲击电流抑制方法及其缓冲异步启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后级电路热插拔冲击电流抑制方法及其缓冲异步启动电路，缓冲异步启动电路在冲击电流抑制电路的基础上，增设饱和导通触发电路检测冲击电流抑制电路的输出电压，判断出其工作状态，只有检测到冲击电流抑制电路饱和导通后，才给出启动信号，让后级电路开始工作，因此可有效地防止后级电路在冲击电流抑制电路工作于线性区时启动，避免造成隔离输出电压的上升沿出现严重的振荡，有效保护整个系统。本发明可广泛应用于直流输入的热插拔的后级电路中，以缓冲后级电路在热插拔时的冲击电流。

Description

后级电路热插拔冲击电流抑制方法及其缓冲异步启动电路

【技术领域】

本发明涉及一种电路。

【背景技术】

带有大的输入电容的电路模块，因为输入级有很大的容性负载，会使得模块在热插拔时，冲击电流非常大，容易使插针打火，降低插针的性能与使用寿命；同时，过大的冲击电流有可能引起系统的关机、系统供电不稳或对系统或模块内部元件造成损伤，因此常常引入缓冲启动电路来限制输入电容对系统的电流冲击。现有技术中，抑制热插拔时冲击电流的缓冲启动电路采用如下限流方法：

串联电阻法：即在输入端串联大电阻(一般为绕线电阻)，但是此时电阻上的功耗也就变大，因此要选择折衷的电阻值，使冲击电流和电阻上的功耗都在允许的范围之内。

热敏电阻法：原理同串联电阻法，但因为热敏电阻的负温度系数的特性，随着其自身的发热阻值变小，功耗也就减小；由于热敏电阻在电源第一次启动后要过一段时间才达到其工作态电阻值，那么低输入时可能导致电源工作在打嗝状态。

有源冲击电流限制法：利用MOS场效应管导通阻抗低和驱动简单的特点，在周围加上少量元器件就可以做成冲击电流限制电路。基本思想是在MOS场效应管的栅极与漏极之间并入电容，就是让MOSET的栅极与源极的电压缓慢上升，从而让MOS场效应管逐渐开通，实现模块的热插拔时的缓冲。

利用专用集成电路控制冲击电流和实现热插拔功能：现有的如LinearTechnology公司的LT1640芯片就提供简单而有效的冲击电流控制方法，这种基于MOS场效应管的缓冲启动电路，对输入的电流进行检测，利用取样电阻所检测到的电流来控制MOS场效应管的开通程度。如图1所示：在上电瞬间，MOS场效应管Q1保持在关断状态，将未充电电容C3、DC/DC电源滤波器电容和输入电源隔离，随着Q1的慢慢导通，电容在控制状态下慢慢充电，只有在电容充满电后，芯片才给出开关信号，让DC/DC电源开始工作。

以上现有技术中的串联电阻法、热敏电阻法的电路实现大大降低了模块的效率，并且电阻的串入使得模块在正常工作时输入阻抗加大，不利于模块的动态性能。而利用专用集成电路的缓冲电路，基于对输入电流的控制与输出电压的检测，性能虽好，但电路复杂，成本高；并且由于电流检测的原因，使得本缓冲启动电路在工作时由于检测电阻消耗功率的原因，降低了系统的供电效率。

在采用MOS场效应管限制冲击电流的有源冲击电流限制法中，利用的是MOS场效应管线性放大区对冲击电流进行限制，而输入电容电压的上升到系统开始启动工作时，MOS场效应管不一定过渡完线性放大区，在MOS场效应管未过渡完线性放大区时，系统的启动会导致输入电容上的电压出现凹陷，造成隔离输出电压的上升沿出现严重的振荡。

【发明内容】

本发明的目的就是为了克服以上现有技术中的不足，提供一种后级电路热插拔冲击电流抑制方法及其缓冲异步启动电路，可有效抑制热插拔时的冲击电流，而且满足后级电路内部正常启动的要求，工作效率高。

为实现上述目的，本发明提出一种后级电路热插拔冲击电流抑制方法，包括如下步骤：1)利用冲击电流抑制电路，实现输出电流的缓慢上升，并限制其最大输出电流；2)利用饱和导通触发电路实时监测所述冲击电流限制电路的导通状态，当所述冲击电流限制电路饱和导通时，所述饱和导通触发电路发出开机信号，启动后级电路。

上述的方法，所述冲击电流抑制电路包括MOS管、并联于其栅极与源极之间的电阻和电容，可以根据后级电路输入电容的大小，选择MOS场效应管工作于线性放大区的时间。所述饱和导通触发电路根据对MOS场效应管的栅极源极之间电压的监测，判断MOS场效应管工作状态，给出后级电路启动信号，防止后级电路在MOS场效应管工作于线性区时启动。所述冲击电流抑制电路的最大电流限制值、电流上升速率可通过对本电路选择不同的电容来实现。所述饱和导通触发电路通过电压取样电路实时监测栅极源极之间电压，当取样电压达到预定值时，启动开关电路，所述开关电路输出启动信号给后级电路。

一种热插拔冲击电流抑制的缓冲异步启动电路，包括冲击电流限制电路，实现输出电流缓慢上升；还包括饱和导通触发电路，实时监测所述冲击电流限制电路的导通状态，当所述冲击电流限制电路饱和导通时，所述饱和导通触发电路发出开机信号，启动后级电路。

上述的缓冲异步启动电路，所述饱和导通触发电路包括电压取样电路、开关电路；所述电压取样电路一端与所述冲击电流限制电路连接，取样端与所述开关电路控制端连接；所述冲击电流限制电路饱和导通时，所述电压取样电路取样端电压触发所述开关电路导通，发出开机信号，启动后级电路。

上述的缓冲异步启动电路，所述冲击电流限制电路包括MOS场效应管、充放电容、充放电阻，所述充放电容、充放电阻并联于所述MOS场效应管的栅极与源极之间，所述MOS场效应管的栅极与源极分别与输入电压高低电位端耦合；所述饱和导通触发电路具有二输入端并联于所述MOS场效应管的栅极与源极之间。

上述的缓冲异步启动电路，所述电压取样电路包括分压电阻、稳压管、取样电阻，三者依次串联后连接于所述MOS场效应管栅极与源极之间；所述稳压管、取样电阻的共接点为所述取样端，与所述开关电路的控制端连接。所述开关电路包括第一开关管、分压电阻、第二开关管；所述第一开关管基极与所述电压取样电路取样端连接，射极接低电位端；所述分压电阻连接于所述第一开关管集电极与第二开关管基极之间；所述第二开关管发射极接高电位端，其集电极用于连接后级电路。

本发明增设饱和导通触发电路检测冲击电流抑制电路的输出电压，判断出其工作状态，只有检测到冲击电流抑制电路饱和导通后，才给出启动信号，让后级电路开始工作，因此可有效地防止后级电路在冲击电流抑制电路工作于线性区时启动，避免造成隔离输出电压的上升沿出现严重的振荡，有效保护整个系统。本发明可广泛应用于直流输入的热插拔的后级电路中，以缓冲后级电路在热拔插时的冲击电流。

与采用专用集成芯片实现对冲击电流的抑制不同，本发明并非基于冲击电流的检测方法来进行缓冲控制，而是通过检测MOS场效应管的栅源极电压来实现缓冲启动，即采用电压检测方式，只用普通的三极管和MOS场效应管以及稳压管，加上电阻电容就能实现，所用的元器件较少，电路也较简单，成本显著降低。

【附图说明】

图1基于控制芯片的冲击电流控制电路实例。

图2利用N-MOS场效应管的缓冲异步启动电路原理框图。

图3利用P-MOS场效应管的缓冲异步启动电路原理框图。

图4N-MOS场效应管的缓冲异步启动原理电路。

【具体实施方式】

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明原理框图分别如图2与图3所示，在由MOS场效应管、充放电容、充放电阻组成的冲击电流抑制电路输出端，增设一饱和导通触发电路，实时监测冲击电流限制电路的导通状态，当冲击电流限制电路饱和导通时，所述饱和导通触发电路发出开机信号，启动后级电路。

如图4所示为一种具体的实施方式。饱和导通触发电路包括电压取样电路、开关电路；电压取样电路一端与冲击电流限制电路连接，取样端与开关电路控制端连接；所述冲击电流限制电路饱和导通时，电压取样电路取样端电压触发开关电路导通，发出开机信号，启动后级电路。电压取样电路包括分压电阻R3、稳压管ZD1、取样电阻R4，三者依次串联后连接于MOS场效应管栅极与源极之间；稳压管ZD1、取样电阻R4的共接点为电压取样端，与开关电路的控制端连接。开关电路包括第一开关管Q2、分压电阻R5、第二开关管Q3；第一开关管Q2基极与电压取样电路电压取样端连接，射极接低电位端；分压电阻R5连接于第一开关管Q2集电极与第二开关管Q3基极之间；第二开关管Q3发射极接高电位端，其集电极用于连接后级电路。

本方案的工作原理如下：

如图4所示，MOS场效应管Q1的源极S接到输入的低电位端，漏极D与输入电容的低电位脚相连，即通过该MOS场效应管Q1把输入电容、电源模块整体与输入电源部分隔离开来，MOS场效应管的栅极G与源极S之间引入充放电容C1和充放电阻R2的并联网络，MOS场效应管的驱动由输入串接电阻R1到栅极G；这种功能的电路已经可以实现热插拔冲击电流的抑制。

上电瞬间，由于输入电容C2两端的电压不能突变，此时输入电压加在MOS场效应管Q1的两端，MOS场效应管Q1的漏极D电压与输入电压相等；同时，输入电源通过MOS场效应管栅极控制电路上的电阻R1向栅极G与源极S间并联的充放电容C1充电，使得MOS场效应管Q1栅极与源极间的电压以设定的速率缓慢上升，使得MOS场效应管由截止向线性导通过渡；在线性工作区时，MOS场效应管将根据自身的放大特性限制漏极D与源极S之间导通的最大电流，从而防止了热插拔时的冲击电流，选择不同的缓上电的电容C1，可以获得栅-源极电压的上升速率，从而获得不同的电流限制值。当MOS场效应管Q1栅极与源极电压足够高时，MOS场效应管Q1才进入饱和导通。但电容C1的选择也必须参考输入电容的大小，以使得电容C1上的电压使MOS场效应管在饱和导通前，输入电压的电压已经达到输入电压的90％以上。

本设计可在原理不变的情况下，更改饱和导通触发方法实现本缓冲启动的功能。

Claims (10)

1.一种后级电路热插拔冲击电流抑制方法，包括如下步骤：1)利用冲击电流抑制电路，实现输出电流的缓慢上升，并限制其最大输出电流；2)利用饱和导通触发电路实时监测所述冲击电流限制电路的导通状态，当所述冲击电流限制电路饱和导通时，所述饱和导通触发电路发出开机信号，启动后级电路。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述冲击电流抑制电路包括MOS管、并联于其栅极与源极之间的电阻和电容，可以根据后级电路输入电容的大小，选择MOS场效应管工作于线性放大区的时间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是：所述饱和导通触发电路根据对MOS场效应管的栅极源极之间电压的监测，判断MOS场效应管工作状态，给出后级电路启动信号，防止后级电路在MOS场效应管工作于线性区时启动。

4.如权利要求2所述的方法，其特征是：所述冲击电流抑制电路的最大电流限制值、电流上升速率可通过对本电路选择不同的电容来实现。

5.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述饱和导通触发电路通过电压取样电路实时监测栅极源极之间电压，当取样电压达到预定值时，启动开关电路，所述开关电路输出启动信号给后级电路。

6.一种热插拔冲击电流抑制的缓冲异步启动电路，包括冲击电流限制电路，实现输出电流缓慢上升；其特征是：还包括饱和导通触发电路，实时监测所述冲击电流限制电路的导通状态，当所述冲击电流限制电路饱和导通时，所述饱和导通触发电路发出开机信号，启动后级电路。

7.如权利要求6所述的缓冲异步启动电路，其特征是：所述饱和导通触发电路包括电压取样电路、开关电路；所述电压取样电路一端与所述冲击电流限制电路连接，取样端与所述开关电路控制端连接；所述冲击电流限制电路饱和导通时，所述电压取样电路取样端电压触发所述开关电路导通，发出开机信号，启动后级电路。

8.如权利要求7所述的缓冲异步启动电路，其特征是：所述冲击电流限制电路包括MOS场效应管、充放电容、充放电阻，所述充放电容、充放电阻并联于所述MOS场效应管的栅极与源极之间，所述MOS场效应管的栅极与源极分别与输入电压高低电位端耦合；所述饱和导通触发电路具有二输入端并联于所述MOS场效应管的栅极与源极之间。

9.如权利要求8所述的缓冲异步启动电路，其特征是：所述电压取样电路包括分压电阻(R3)、稳压管(ZD1)、取样电阻(R4)，三者依次串联后连接于所述MOS场效应管栅极与源极之间；所述稳压管(ZD1)、取样电阻(R4)的共接点为所述取样端，与所述开关电路的控制端连接。

10.如权利要求9所述的缓冲异步启动电路，其特征是：所述开关电路包括第一开关管(Q2)、分压电阻(R5)、第二开关管(Q3)；所述第一开关管(Q2)基极与所述电压取样电路取样端连接，射极接低电位端；所述分压电阻(R5)连接于所述第一开关管(Q2)集电极与第二开关管(Q3)基极之间；所述第二开关管(Q3)发射极接高电位端，其集电极用于连接后级电路。

Images