CN102739029A - 一种实现开关电源大电流启动的软启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电源启动电路，是一种实现开关电源大电流启动的软启动电路，软启动电路接在开关电源与系统电路之间，软启动电路包括场效应管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和二极管D1；场效应管Q1的源极接输入电压，电阻R1和电阻C1并联接在场效应管Q1的源极和栅极，电阻R2和二极管D1并联接在场效应管Q1的栅极和地，电阻R3接在场效应管Q1的源极和地之间，场效应管Q1的漏极接电压输出端。本发明在开关电源后端使用，可以明显提升开关电源负载能力，且电路简单，并且可以灵活调节器件的参数，修改软启动的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源启动电路，具体的说是一种实现开关电源大电流启动的软启动电路。
背景技术
常用的电源电路，主要分为两种：线性稳压电源(LDO)，开关电源。两种电源的优缺点都非常明显。线性稳压电源的优点是稳定，纹波小，成本低，电路简单，缺点是效率低，输入输出需要一定的压差。开关电源的优点是无需压差，满足不同的输出需求，效率高，缺点是电路相对复杂，成本高。两者最根本的区别在于开关电源电路中的变压器工作数KHz甚至几MHz，而不是工作在工频。上所述在大功率输出的场合，大部分的电源电路都是使用开关电源。
由于与开关电源相连的系统电路中存在很多并联的滤波电容，电容是盛电的容器，对于电流的阻抗是容性的，因此叫做容抗。电容并联时总容量等于并联的电容的容量之和，同时电容的容抗与电容量成正比，因此电容的容量越大，它的容抗就越大，电容阻碍电流变化的能力就越大，因此开关电源在给一个有较多大电容并联并且系统电流较大电路供电的瞬间，由于电容容抗的作用，电容两端的瞬间电阻为零，从而造成瞬间电流过大，开关电源的输出端处于短路状态，从而导致系统无法正常工作；而实际上系统电路正常工作的功率实际远远小于开关电源的输出功率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种实现开关电源大电流启动的软启动电路，在开关电源后端使用，可以明显提升开关电源负载能力，且电路简单，并且可以灵活调节器件的参数，修改软启动的时间。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种实现开关电源大电流启动的软启动电路，软启动电路接在开关电源与系统电路之间，软启动电路包括场效应管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和二极管D1；场效应管Q1的源极接输入电压，电阻R1和电阻C1并联接在场效应管Q1的源极和栅极，电阻R2和二极管D1并联接在场效应管Q1的栅极和地，电阻R3接在场效应管Q1的源极和地之间，场效应管Q1的漏极接电压输出端。
场效应管属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高，噪声小，功耗范围大，易于集成，无二次击穿现象，安全工作区域宽等优点。当场效应管Q1导通后，在导通状态下场效应管源极和漏极之间的电阻Rds很小，输出电压VOUT =输出电压 VIN–(Rds*I)，I为系统电路的总电流，一般情况下可以看做VIN=VOUT。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的实现开关电源大电流启动的软启动电路，还包括输入接线端子J1和输出接线端子J2，输入接线端子J1接在开关电源的输出端，输出接线端子J2接在系统电路的输入端。
前述的实现开关电源大电流启动的软启动电路，场效应管Q1为IRF9540。
前述的实现开关电源大电流启动的软启动电路，电阻R1:510K；电阻R2:510K；电阻R3:10K；电容C1:4.7uF/35V；二极管D1:1N4007。
本发明的有益效果是：
本发明在开关电源后端使用，可以明显提升开关电源负载能力，且电路简单，并且可以灵活调节器件的参数，修改软启动的时间。由于系统的时间T≈R2*C1，因此在系统电路工作电流较大的情况下，可以采用延长充电时间的方法，由公式可知时间T与电阻R2以及电容C1的值成正比，因此调节R2和C1的值可以调节软启动的时间。
本发明使用了场效应管在以及电容的特性，根据通过在不同电压条件下，场效应管的电阻Rds发生很巨大变化的特性，先给负载电路中的大电容进行小电流的缓慢充电，待电压路达到预夹断点电压时，场效应管完全导通，开关电源大电流给系统电路供电，而不会造成开关电源短路，从而有效提高了开关电源的效率；并且可以有效避免由于快速通电而造成的浪涌电流过大使电路中的器件烧坏的现象发生。
附图说明
图1是软启动电路实现开关电源大电流启动框图。
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种实现开关电源大电流启动的软启动电路，启动电路实现开关电源大电流启动如图1所示，软启动电路接在开关电源与系统电路之间，开关电源输入端通过开关K1接输入电压220V。
本实施例电路说明：
J1，J2分别为接线端子，J1为输入接线端子，J2为输出接线端子；
VIN在本例中使用DC24V；
各元器件：
场效应管Q1:IRF9540；
电阻R1:510K；
电阻R2:510K；
电阻R3:10K；
电容C1:4.7uF/35V；
二极管D1:1N4007；
应用中可以改变场效应管的种类以及调节电路中的R，C值来改变系统的相关参数满足系统电路的需求。
本实施例场效应管为IRF9540，其主要参数如下：
晶体管极性：P；
漏极电流最大值：19A；
电压Vds最大：100V；
导通电阻Rds(on)：0.117Ω；
电压Vgs最高：20V。
本实施的电路连接如图2所示，输入接线端子J1接在开关电源的输出端，输出接线端子J2接在系统电路的输入端，场效应管Q1（IRF9540）的源极接输入电压，本例中为DC24V，电阻R1和电阻C1并联接在场效应管Q1（IRF9540）的源极和栅极，电阻R2和二极管D1并联接在场效应管Q1（IRF9540）的栅极和地，电阻R3接在场效应管Q1（IRF9540）的源极和地之间；IRF9540的漏极接输出端，当场效应管导通后，此时Rds很小，因此VOUT = VIN – (Rds*I),此处I为系统电路的总电流。一般情况下可以看做VIN=VOUT。
由于场效应管具备特性在未导通状态下的场效应管在截止状态下源极和漏极之间的电阻Rds(off)一般为几十甚至几百KΩ级别，而在导通状态下的场效应管在导通状态下源极和漏极之间的电阻Rds(on)则很小，IRF9540为0.117Ω，本实施例即利用了场效应管的相关特性。
本实施例中VIN=24VDC，C1=4.7uf/35V。由图2可见，在未充电时，B点的电压由于电阻R2下拉的作用为0V。在系统充电瞬间，闭合开关K1，由于A点电压VA=VIN=24VDC，而B点的目标电压为VB=R2/(R1+R2)*VIN=12VDC。由于电容C1的存在，B点的电压VB缓慢提升至12VDC，充电时间约为T≈R2*C1=2.4S，在B点的电压VB达到IRF9540的预夹断点电压之前，B点电压的提升对沟道的影响不大，Rds(off)基本是一个数KΩ常数，VIN通过Rds(off)向负载电路充电，并且此时的充电电流很小，经过一定的时间的充电，负载电路中的电容具备了一定的电量，就不会再出现当场效应管Q1导通时由于负载电流过大而造成开关电源短路的现象。在实际应用过程中可以调节R1，R2，C1的相关参数以满足系统电路可以正常工作的条件。
而在系统断电瞬间，断开开关K1开关瞬间，A点目标电压为VA=0VDC，而由于电容C1的存在，由于电容容抗的作用，阻碍A点电压的快速变化，电容C1开始对电路放电，如果没有电阻R3和二极管D1的话，放电时间为T≈R2*C1=2.4S，而增加了电阻R3和二极管D1以后，电容的放电可以由电阻R3和二极管D1形成放电的回路，放电时间变为Tnew≈R3*C1=0.047S，这样的话就可以快速切断系统电源。
本实施例使用了场效应管在以及电容的特性，根据通过在不同电压条件下，场效应管的电阻Rds发生很巨大变化的特性，先给负载电路中的大电容进行小电流的缓慢充电，待电压路达到预夹断点电压时，场效应管完全导通，开关电源大电流给系统电路供电，而不会造成开关电源短路，从而有效提高了开关电源的效率；并且可以有效避免由于快速通电而造成的浪涌电流过大使电路中的器件烧坏的现象发生。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种实现开关电源大电流启动的软启动电路，所述软启动电路接在开关电源与系统电路之间，其特征在于：所述软启动电路包括场效应管Q1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和二极管D1；所述场效应管Q1的源极接输入电压，电阻R1和电阻C1并联接在场效应管Q1的源极和栅极，电阻R2和二极管D1并联接在场效应管Q1的栅极和地，电阻R3接在场效应管Q1的源极和地之间，场效应管Q1的漏极接电压输出端。
2.如权利要求1所述的实现开关电源大电流启动的软启动电路，其特征在于：还包括输入接线端子J1和输出接线端子J2，所述输入接线端子J1接在开关电源的输出端，所述输出接线端子J2接在系统电路的输入端。
3.如权利要求1或2所述的实现开关电源大电流启动的软启动电路，其特征在于：所述场效应管Q1为IRF9540。
4.如权利要求1或2所述的实现开关电源大电流启动的软启动电路，其特征在于：所述电阻R1:510K；所述电阻R2:510K；所述电阻R3:10K；所述电容C1:4.7uF/35V；所述二极管D1:1N4007。
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