CN105471243A - 一种启动冲击电流限制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种启动冲击电流限制电路，包括：MOSFET，分别与MOSFET相连的储能电容、放电电路和充电电路，以及与放电电路相连的第一二极管。充电电路设置在MOSFET的栅极，充电电路在电流限制电路上电时，控制MOSFET的栅极电压上升率低于设定值，使储能电容的充电速率低于设定值，实现冲击电流限制。放电电路设置在MOSFET的栅极电容两端，在电流限制电路的输入断电时，对MOSFET栅极电容上积累的电荷进行泄放。第一二极管用于在电流限制电路的输入断电时，阻断储能电容上的电压向电流限制电路的输入端放电。本发明能够有效限制开关电源启动冲击电流，并使限流电路迅速复位，保证电路的可靠运行。

Description

一种启动冲击电流限制电路

技术领域

本发明涉及电子电气技术领域，尤其是涉及一种应用于开关电源等电子设备的启动冲击电流限制电路。

背景技术

在现代电子设备中，通常采用开关电源进行中间转换，为控制系统提供工作电源。因此，在设计开关电源时，为了保证其输出的稳定、低纹波，通常需要在输入端放置大容量的储能电容（通常为铝电解电容）。由于电容在上电时，通常都会呈现瞬间短路的特性。因此，如果储能电容的充电回路中没有采取限流措施，将会在上电的瞬间产生很大的冲击电流，其幅值可能大大超出电源正常工作时的额定输入电流值。此种冲击电流有可能引起输入端跳闸，并且能产生极强的电磁干扰，严重影响其它电子设备的正常工作，还会降低电源板上储能电容的寿命或烧断保险管。同时，储能电容的容量越大，则冲击电流的持续时间越长，危害也越大。

目前，在现有技术中限制开关电源上电冲击电流的技术方案主要有如下几种方式：

第一种方案为在输入端串入负温度系数的热敏电阻器（阻值随电阻器的温度升高而减小）。此热敏电阻器在冷态（未上电）时，阻值较大，因而在上电时能够限制冲击电流。这种方式随着热敏电阻器的发热温度升高，其阻值逐渐减小至稳态，能够防止热敏电阻器产生较大的损耗。然而，采用热敏电阻器的缺点在于，热敏电阻器的阻值受温度影响，其阻值变化是一个缓慢过程。当电源在运行过程中输入端断电时，热敏电阻器的温度尚未降低，阻值还维持在较小状态，如果此时立即上电，则无法限制冲击电流。

另外的方案可以归纳为有源限制方式，其特点是在储能电容的充电回路里串联一个可控的开关器件（如：继电器、晶闸管、MOSFET等）。在电路上电时，控制电路使开关器件逐步或延时导通，使储能电容缓慢充电，从而限制冲击电流。该方案根据使用开关器件的不同，又可以采用如下三种方式：

第一种方式采用一个继电器和一个电阻并联，串入储能电容的充电回路中。在电路上电时，继电器断开，通过电阻为电容充电，从而限制了冲击电流。在电路充电完成后，继电器闭合，电阻短接，从而降低了电源正常工作时的损耗。采用继电器的缺点是，其体积较大，而且继电器为机械式开关，每次开关过程中对机械触点都会产生损耗，因此降低了机械开关的使用寿命，不利于长期使用。

第二种方式采用一个晶闸管，其A极（阳极）与K极（阴极）之间与一个电阻并联后，串入储能电容的充电回路。在电路上电时，晶闸管未导通，通过电阻对储能电容充电，从而限制了冲击电流。在延时一定时间后，对晶闸管的门极施加驱动信号，使晶闸管导通，将电阻短接。晶闸管的缺点是，其导通后A极与K极之间相当于一个二极管，存在大约0.6V～1.2V的导通压降，流过大电流时会产生比较大功耗，因此只能用于低功率场合。

第三种方式采用一个MOSFET串入储能电容的充电回路，利用MOSFET的特性，控制其逐步导通，达到对电容缓慢充电的效果，从而限制了冲击电流。MOSFET通流能力强，完全导通后仅有毫欧级的阻抗，功耗极低，因此是比较理想的开关元件。在一些设计中，对MOSFET的栅极施加占空比逐步展宽的驱动脉冲，使其开通时间逐渐由窄变宽，来实现对储能电容逐步充电。但是，此方法虽然有效，但是需要较为复杂的检测、比较、脉冲发生电路，不易灵活使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种启动冲击电流限制电路，能够有效限制开关电源的启动冲击电流，并能使限流电路迅速复位，有效保证了电路的可靠运行。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种启动冲击电流限制电路的技术实现方案，一种启动冲击电流限制电路，包括：MOSFET，分别与所述MOSFET相连的储能电容、放电电路和充电电路，以及与所述放电电路相连的第一二极管。所述充电电路设置在MOSFET的栅极，所述充电电路在所述启动冲击电流限制电路上电时，控制所述MOSFET的栅极电压上升率低于设定值，使所述储能电容的充电速率低于设定值，实现冲击电流限制。所述放电电路设置在MOSFET的栅极电容两端，在所述启动冲击电流限制电路的输入断电时，对所述MOSFET栅极电容上积累的电荷进行泄放。所述第一二极管用于在所述启动冲击电流限制电路的输入断电时，阻断所述储能电容上的电压向启动冲击电流限制电路的输入端放电。

优选的，所述放电电路进一步包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻。输入电压经过所述第一电阻、第二电阻分压后为所述第一三极管提供驱动电压。所述第一三极管控制所述第二三极管的开通与关断，所述第三电阻、第四电阻通过分压为所述第二三极管提供驱动电压。所述第二三极管的集电极通过所述第五电阻与所述充电电路相连。

优选的，所述放电电路还包括第四二极管，所述第四二极管并联在所述第二电阻的两端，所述第四二极管的阳极连接输入负端，所述第四二极管的阴极连接所述第一三极管的基极。

优选的，所述放电电路进一步包括第一MOSFET、第二MOSFET、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻。输入电压经过所述第一电阻、第二电阻分压后为所述第一MOSFET提供驱动电压。所述第一MOSFET控制所述第二MOSFET的开通与关断，所述第三电阻、第四电阻通过分压为所述第二MOSFET提供驱动电压。所述第二MOSFET的漏极通过所述第五电阻与所述充电电路相连。

优选的，所述放电电路还包括第四二极管，所述第四二极管并联在所述第二电阻的两端，所述第四二极管的阳极连接输入负端，所述第四二极管的阴极连接所述第一MOSFET的栅极。

优选的，所述放电电路进一步包括比较器、第二MOSFET、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻。输入正端依次经过所述第一二极管、第三电阻连接至所述比较器的正端，输入负端经过所述第四二极管连接至所述比较器的负端。所述第四二极管的阳极连接输入负端，所述第四二极管的阴极连接所述比较器的负端。输入电压经过所述第一电阻、第二电阻分压后为所述比较器提供驱动电压。所述比较器的输出信号控制所述第二MOSFET的开通与关断，以判断是否存在输入端断电的情况，所述第三电阻、第四电阻通过分压为所述第二MOSFET提供驱动电压。所述第二MOSFET的漏极通过所述第五电阻与所述充电电路相连。

优选的，所述放电电路进一步包括比较器、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻。输入正端依次经过所述第一二极管、第三电阻连接至所述比较器的正端，输入负端经过所述第四二极管连接至所述比较器的负端。所述第四二极管的阳极连接输入负端，所述第四二极管的阴极连接所述比较器的负端。输入电压经过所述第一电阻、第二电阻分压后为所述比较器提供驱动电压。所述比较器的输出信号控制所述第二三极管的开通与关断，以判断是否存在输入端断电的情况，所述第三电阻、第四电阻通过分压为所述第二三极管提供驱动电压。所述第二三极管的集电极通过所述第五电阻与所述充电电路相连。

优选的，所述启动冲击电流限制电路还包括第八电阻、第九电阻、第二电容和第二二极管，所述放电电路还包括第四二极管。所述储能电容通过所述第一二极管连接在输入正端和输入负端之间，所述第九电阻和第二电容串联在所述MOSFET的栅极与漏极之间。所述第二二极管连接在所述MOSFET的栅极与源极之间，所述第八电阻连接在所述第一二极管与所述MOSFET的栅极之间。所述MOSFET的源极与所述启动冲击电流限制电路的输入负端相连，所述MOSFET的漏极与所述储能电容相连。

优选的，所述充电电路进一步包括第一电容、第六电阻、第三二极管和第五二极管。所述第六电阻与所述第一电容串联在输入正端和输入负端之间，所述第二二极管的集电极连接第五电阻后，分别与所述第一电容和第五二极管并联，并通过所述第三二极管连接至所述MOSFET的栅极。

优选的，所述充电电路进一步包括第一电容、第六电阻、第七电阻和第三二极管。所述第六电阻与所述第一电容串联在输入正端和输入负端之间，所述第二三极管的集电极连接第五电阻后，分别与所述第一电容和第七电阻并联，并通过所述第三二极管连接至所述MOSFET的栅极。优选的，当所述启动冲击电流限制电路正常启动时，所述第一电阻和第二电阻首先得电，驱动所述第一三极管导通，从而将所述第二三极管的基极电压拉低，防止所述第二三极管导通，所述第一电容充电，所述MOSFET的栅极电压随之逐渐上升，所述MOSFET缓慢导通，从而有效限制冲击电流。

优选的，当所述启动冲击电流限制电路上电时，电流从输入正端依次流经所述第一二极管、储能电容、第二电容、第九电阻、第三二极管和第一电容至输入负端，在所述第二电容的两端产生大小约等于输入电压的电压。

优选的，在所述启动冲击电流限制电路上电后，输入电压信号通过所述第一电阻和第二电阻分压后驱动所述第一三极管导通，将所述第二三极管的基极电压拉低，使所述第二三极管关断。输入电压信号通过所述第六电阻、第八电阻对所述第一电容进行充电，使所述MOSFET的栅极电压逐渐升高，当栅极电压升高至所述MOSFET的开通门限时，所述MOSFET的阻抗由无穷大逐渐减小，充电电流经过所述MOSFET继续流通。所述第二电容和第九电阻串联后并联在所述MOSFET栅极和源极间电容的两端。在所述启动冲击电流限制电路上电阶段，在所述第二电容上形成的电压方向与所述MOSFET栅极和源极间电容两端的电压方向相反，使所述MOSFET维持在放大态。所述MOSFET栅极和源极间电容的电压在所述第八电阻对其充电，以及所述第九电阻、第二电容对其放电的影响下缓慢上升，使所述MOSFET逐渐脱离放大区，进入完全导通状态，所述DC/DC变换器正常工作。

优选的，若所述启动冲击电流限制电路在运行过程中，输入端突然断电，则所述第一二极管阻断所述储能电容上的电压向输入端放电，所述第一二极管阳极端的电压迅速降为零，所述第一三极管失去驱动而关断。此时所述储能电容上的残留电压通过所述第三电阻和第四电阻分压后，驱动所述第二三极管导通，所述第二三极管与所述第五电阻形成对所述第一电容的放电回路，所述第五电阻将所述第一电容上的电压迅速泄放为零，使所述启动冲击电流限制电路恢复至初始状态，保证所述启动冲击电流限制电路在短时间内重新上电时，能够发挥限流作用。

优选的，所述启动冲击电流限制电路通过调整所述第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻的电阻值，以及所述第一电容和第二电容的电容值，调节冲击电流的幅值和持续时间。

优选的，所述电流限制电路还包括与所述MOSFET相连的DC/DC变换器，所述储能电容并联在所述DC/DC变换器的输入端。

优选的，当所述启动冲击电流限制电路的输入端反接时，所述第一二极管截止，所述第四二极管导通，形成从输入负端至所述第四二极管、第一电阻、输入正端的通路。所述第一三极管基极与发射极之间，或所述第一MOSFET栅极与源极之间，或所述比较器负端的电压被钳位在设定值，能防止反向电压损坏所述第一二极管所在回路的其它电路元件。

通过实施上述本发明提供的启动冲击电流限制电路，具有如下技术效果：

（1）本发明能够通过设置充电电路，有效限制开关电源的启动冲击电流；

（2）本发明通过设置放电电路，实现了电路的快速复位，保证在短时间内断电、通电时，依旧可以起到限制冲击电流的作用；

（3）本发明电路中设置了完善的保护措施，能够有效保证电路的可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明启动冲击电流限制电路一种具体实施方式的电路结构框图；

图2是本发明启动冲击电流限制电路第一种具体实施方式的电路原理图；

图3是本发明启动冲击电流限制电路另一种具体实施方式的电路原理图；

图4是本发明启动冲击电流限制电路第三种具体实施方式的电路原理图；

图5是本发明启动冲击电流限制电路第四种具体实施方式的电路原理图；

图6是本发明启动冲击电流限制电路第五种具体实施方式的电路原理图；

图中：1-放电电路，2-充电电路，3-DC/DC变换电路。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

MOSFET:英文Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor的缩写，即金属-半导体场效应管，包括G极（栅极）、S极（源极）和D极（漏极）三个电极；

DC/DC变换器：直流/直流变换器的简称；

PWM：PulseWidthModulation，脉冲宽度调制的简称。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图6所示，给出了本发明启动冲击电流限制电路的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图1所示，一种启动冲击电流限制电路的具体实施例，包括：MOSFETV3，分别与MOSFETV3相连的储能电容C3、放电电路1和充电电路2，以及与放电电路1相连的第一二极管D1。充电电路2设置在MOSFETV3的栅极，充电电路2在启动冲击电流限制电路上电时，控制MOSFETV3的栅极电压上升率低于设定值，使储能电容C3的充电速率低于设定值，实现冲击电流限制。放电电路1设置在MOSFETV3的栅极电容两端，在启动冲击电流限制电路的输入断电时，对MOSFETV3栅极电容上积累的电荷进行泄放。第一二极管D1用于在启动冲击电流限制电路的输入断电时，阻断储能电容C3上的电压向电流限制电路的输入端放电。本具体实施例描述的冲击电流限制电路通过充电电路2控制MOSFETV3的栅极电压缓慢上升，使其导通阻抗逐渐减小，以此来限制上电时给储能电容C3充电带来的冲击电流。其中，第一二极管D1既可以起到反接保护的作用，又能在输入断电时阻断储能电容C3向输入端放电。

上述本发明的具体实施例在MOSFETV3的栅极放置充电电路2，在上电时，充电电路2控制MOSFETV3的栅极电压缓慢上升，使其导通阻抗由无穷大逐渐减小到毫欧级，从而对储能电容C3缓慢充电，达到限制冲击电流的目的。同时，在具体实施例中对MOSFETV3的栅极电容设置了有效的放电电路1，在输入断电时，迅速将MOSFETV3栅极电容上积累的电荷能放掉，使电流限制电路恢复到初始状态，保证在重新上电时，依旧可以起到限制冲击电流的作用。相反的，如果没有设置此放电电路1，则在输入断电时，MOSFETV3栅极电容上的电荷不能迅速放掉，若此时立即重新上电，则由于MOSFETV3的栅极还残留比较高的电压，致使MOSFETV3立即完全导通，失去限制冲击电流的作用。因此，本发明具体实施例描述的启动冲击电流限制电路能够有效限制开关电源的启动冲击电流，并且在输入断电时，能够迅速恢复到初始状态，保证电路在短时间内重新上电时，也能发挥限流作用。

作为本发明一种典型的具体实施例，启动冲击电流限制电路还进一步包括与MOSFETV3相连的DC/DC变换器3，储能电容C3并联在DC/DC变换器3的输入端。

作为本发明第一种典型的具体实施例，如附图2所示，放电电路1进一步包括第一三极管V1、第二三极管V2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。输入电压经过第一电阻R1、第二电阻R2分压后为第一三极管V1提供驱动电压。第一三极管V1控制第二三极管V2的开通与关断，第三电阻R3、第四电阻R4通过分压为第二三极管V2提供驱动电压。第二三极管V2的集电极通过第五电阻R5与充电电路2相连。在输入断电时，第一二极管D1的阳极电压在瞬间降为零，放电电路1的第一电阻R1、第二电阻R2从第一二极管D1的阳极检测到输入断电时，能够迅速对第一电容C1进行放电。作为本发明一种较佳的具体实施例，放电电路1还进一步包括第四二极管D4，第四二极管D4并联在第二电阻R2的两端。第四二极管D4的阳极连接输入负端VIN-，第四二极管D4的阴极连接第一三极管V1的基极。第四二极管D4能够在输入电压反接时起到保护第一三极管V1的作用。

作为本发明一种典型的具体实施例，充电电路2进一步包括第一电容C1、第六电阻R6、第七电阻R7和第三二极管D3。第六电阻R6与第一电容C1串联在输入正端VIN+和输入负端VIN-之间，第二三极管V2的集电极连接第五电阻R5后，分别与第一电容C1和第七电阻R7并联，并通过第三二极管D3连接至MOSFETV3的栅极。通过在第一电容C1上并联第七电阻R7，以降低第一电容C1、第二三极管V2和第三二极管D3的电压应力。

作为本发明一种典型的具体实施例，启动冲击电流限制电路还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第二电容C2和第二二极管D2，放电电路1还包括第四二极管D4。储能电容C3通过第一二极管D1连接在输入正端VIN+和输入负端VIN-之间，第九电阻R9和第二电容C2串联在MOSFETV3的栅极与漏极之间。第二二极管D2连接在MOSFETV3的栅极与源极之间，第八电阻R8连接在第一二极管D1与MOSFETV3的栅极之间。MOSFETV3的源极与启动冲击电流限制电路的输入负端VIN-相连，MOSFETV3的漏极与储能电容C3相连。第四二极管D4能够在输入电压反接时起到保护第一三极管V1的作用。同时，通过在MOSFETV3的G级与S极之间加第二二极管D2，既保证了MOSFETV3的可靠工作，同时也减小了第三二极管D3的电压应力。

作为本发明第二种典型的具体实施例，如附图3所示，充电电路2进一步包括第一电容C1、第六电阻R6、第三二极管D3和第五二极管D5。第六电阻R6与第一电容C1串联在输入正端VIN+和输入负端VIN-之间。第二二极管V2的集电极连接第五电阻R5后，分别与第一电容C1和第五二极管D5并联，并通过第三二极管D3连接至MOSFETV3的栅极。在第一种具体实施例的基础上，将第七电阻R7替换为一个作为稳压管的第五二极管D5，同样可以起到降低第一电容C1上电压的作用。

作为本发明第三种典型的具体实施例，如附图4所示，放电电路1进一步包括第一MOSFETU1、第二MOSFETU2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。输入电压经过第一电阻R1、第二电阻R2分压后为第一MOSFETU1提供驱动电压。第一MOSFETU1控制第二MOSFETU2的开通与关断，第三电阻R3、第四电阻R4通过分压为第二MOSFETU2提供驱动电压。第二MOSFETU2的漏极通过第五电阻R5与充电电路2相连。在第一种具体实施例的基础上，将放电电路1中的第一三极管V1、第二三极管V2分别替换为小功率的第一MOSFETU1、第二MOSFETU2，同样可以实现为第一电容C1放电的效果，而且放电速度要优于采用三极管。作为本发明一种较佳的具体实施例，放电电路1还包括第四二极管D4，第四二极管D4并联在第二电阻R2的两端，第四二极管D4的阳极连接输入负端VIN-，第四二极管D4的阴极连接第一MOSFETU1的栅极。

作为本发明第四种典型的具体实施例，如附图5所示，放电电路1进一步包括比较器A1、第二三极管V2、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。输入正端VIN+依次经过第一二极管D1、第三电阻R3连接至比较器A1的正端，输入负端VIN-经过第四二极管D4连接至比较器A1的负端。输入电压经过第一电阻R1、第二电阻R2分压后为比较器A1提供驱动电压。比较器A1的输出信号控制第二三极管V2的开通与关断，以判断是否存在输入端断电的情况，第三电阻R3、第四电阻R4通过分压为第二三极管V2提供驱动电压。第二三极管V2的集电极通过第五电阻R5与充电电路2相连。第四二极管D4的阳极连接输入负端VIN-，第四二极管D4的阴极连接比较器A1的输入负端。

作为本发明第五种典型的具体实施例，如附图6所示，放电电路1进一步包括比较器A1、第二MOSFETU2、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。输入正端VIN+依次经过第一二极管D1、第三电阻R3连接至比较器A1的正端，输入负端VIN-经过第四二极管D4连接至比较器A1的负端。第四二极管D4的阳极连接输入负端VIN-，第四二极管D4的阴极连接比较器A1的输入负端。输入电压经过第一电阻R1、第二电阻R2分压后为比较器A1提供驱动电压。比较器A1的输出信号控制第二MOSFETU2的开通与关断，以判断是否存在输入端断电的情况，第三电阻R3、第四电阻R4通过分压为第二MOSFETU2提供驱动电压。第二MOSFETU2的漏极通过第五电阻R5与充电电路2相连。本实施例采用在第一二极管D1的阳极检测输入断电信号，并以此来控制第一电容C1放电的方法，分别利用电阻分压器检测第一二极管D1阳极与阴极的电压，将该电压检测信号送至比较器A1（或放大器，或有类似比较功能的电路与芯片），以此判断是否有输入断电的情况发生。

下面以如附图2所示的第一种具体实施例为例，说明本发明启动冲击电流限制电路的工作原理。

具体实施例给出的启动冲击电流限制电路，具体包括：主要起限流作用的MOSFETV3，以及储能电容C3、放电电路1、充电电路2、第一二极管D1、第九电阻R9、第二电容C2，作为栅极驱动电阻的第八电阻R8和作为栅极保护二极管的第二二极管D2。放电电路1进一步包括第一三极管V1、第二三极管V2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。充电电路2进一步包括第一电容C1、第六电阻R6、第三二极管D3和第五二极管D5。第六电阻R6、第七电阻R7和第一电容C1组成阻容充电网络，通过第三二极管D3牵制MOSFETV3的栅极电压。第二三极管V2、第五电阻R5为第一电容C1提供放电回路，第三电阻R3和第四电阻R4分压为第二三极管V2提供驱动电压。第一三极管V1控制第二三极管V2的开通与关断，第一电阻R1和第二电阻R2分压为第一二极管V1提供驱动电压。第一三极管V1的基极保护二极管（即第四二极管D4）、电阻R9和电容C2在启动冲击电流限制电路上电时提供最初的电流路径，Cgs和Cgd表示MOSFET内部寄生的极间电容。

当启动冲击电流限制电路上电时，电流从输入正端VIN+依次流经第一二极管D1、储能电容C3、第二电容C2、第九电阻R9、第三二极管D3和第一电容C1至输入负端VIN-。作为本发明一种较佳的具体实施例，第一电容C1的容量远小于储能电容C3，而第二电容C2的容量远小于第一电容C1，第九电阻R9也取较小的阻值。因此，第二电容C2能够在瞬间被充满，在第二电容C2上将产生方向为上负、下正的电压，其大小约等于输入电压。

同时，在启动冲击电流限制电路上电后，第一电阻R1和第二电阻R2最先得电，输入电压信号通过第一电阻R1和第二电阻R2分压后驱动第一三极管V1导通，将第二三极管V2的基极电压拉低，使第二三极管V2关断。输入电压信号通过第六电阻R6、第八电阻R8对第一电容C1进行充电，使MOSFETV3的栅极电压逐渐升高，MOSFETV3缓慢导通，有效限制了冲击电流。当栅极电压升高至MOSFETV3的开通门限时，MOSFETV3的阻抗由无穷大逐渐减小，充电电流经过MOSFETV3继续流通。此时，第二电容C2和第九电阻R9串联后并联在MOSFETV3栅极和源极间电容Cgs的两端。由于前一阶段在第二电容C2上形成了上负、下正的电压，在启动冲击电流限制电路上电阶段，在第二电容C2上形成的电压方向与MOSFETV3栅极和源极间电容Cgs两端的电压方向相反，因而限制了MOSFETV3栅极和源极间电容Cgs电压的上升速度，使MOSFETV3维持在放大态。MOSFETV3栅极和源极间电容Cgs的电压在第八电阻R8对其充电，以及第九电阻R9、第二电容C2对其放电的影响下缓慢上升，使MOSFETV3逐渐脱离放大区，进入完全导通状态，DC/DC变换器3也开始正常工作。

若启动冲击电流限制电路在运行过程中，输入端突然断电时，第一电阻R1和第二R2上的电压瞬间降为零，则由于第一二极管D1的阻断，储能电容C3上的电压向输入端放电，第一二极管D1阳极端的电压迅速降为零，第一三极管V1失去驱动而关断。此时，储能电容C3上尚留有残留电压，该残留电压通过第三电阻R3和第四电阻R4分压后，驱动第二三极管V2导通，第二三极管V2与第五电阻R5形成对第一电容C1的放电回路，使第一电容C1迅速放电。作为本发明一种较佳的具体实施例，第五电阻R5的阻值可以取得很小，只有几欧姆，因此可以将第一电容C1上的电压迅速泄放为零，使启动冲击电流限制电路恢复至初始状态，保证启动冲击电流限制电路在短时间内重新上电时，能够发挥限流作用。通过调整第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第八电阻R8、第九电阻R9和第二电容C2的参数，可以调节冲击电流的幅值和持续时间。相反，如果没有第二三极管V2、第五电阻R5组成的放电回路1，则输入端断电后，第一电容C1只能通过第六电阻R6和第七电阻R7放电。而第六电阻R6和第七电阻R7因为要考虑降低损耗，其阻值不能取得很小，一般为几百千欧姆，因此第一电容C1放电会比较缓慢，如果此时立即重新上电，则第一电容C1还有较高的残留电压，MOSFETV3的栅极电压会迅速升高，导致MOSFETV3立即完全导通，失去限流作用。

在上述具体实施例中，启动冲击电流限制电路通过调整第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的电阻值，以及第一电容C1和第二电容C2的电容值，调节冲击电流的幅值和持续时间。当启动冲击电流限制电路的输入端反接时，则第一二极管D1截止，防止反向电压损坏第一二极管D1后面电路元件。第四二极管D4导通，形成从输入负端VIN-至第四二极管D4、第一电阻R1、输入正端VIN+的通路。只要第一电阻R1的阻值足够大，则此放电电路1的电流可以做到很小。同时，第一三极管V1基极与发射极之间，或第一MOSFETU1栅极与源极之间，或比较器A1负端的电压被钳位在0.7V左右，能防止反向电压损坏第一二极管D1所在回路的其它电路元件。在第一电容C1上并联第七电阻R7，第七电阻R7与电流电阻R6构成分压器，在第一电容C1充电完成后，其电压为第七电阻R7分得的电压。如果没有第七电阻R7，则在第一电容C1充满电后其电压等于输入电压，则第一电容C1、第二二极管V2和第二二极管D2等元器件的电压应力升高，取材难度加大，成本也随之增加。

通过实施本发明具体实施例描述的启动冲击电流限制电路，能够达到以下技术效果：

（1）本发明能够通过设置充电电路，有效限制开关电源的启动冲击电流；

（2）本发明通过设置放电电路，实现了电路的快速复位，保证在短时间内断电、通电时，依旧可以起到限制冲击电流的作用；

（3）本发明电路中设置了完善的保护措施，能够有效保证电路的可靠运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (20)

1.一种启动冲击电流限制电路，其特征在于，包括：MOSFET（V3），分别与所述MOSFET（V3）相连的储能电容（C3）、放电电路（1）和充电电路（2），以及与所述放电电路（1）相连的第一二极管（D1）；所述充电电路（2）设置在MOSFET（V3）的栅极，所述充电电路（2）在所述启动冲击电流限制电路上电时，控制所述MOSFET（V3）的栅极电压上升率低于设定值，使所述储能电容（C3）的充电速率低于设定值，实现冲击电流限制；所述放电电路（1）设置在MOSFET（V3）的栅极电容两端，在所述启动冲击电流限制电路的输入断电时，对所述MOSFET（V3）栅极电容上积累的电荷进行泄放；所述第一二极管（D1）用于在所述启动冲击电流限制电路的输入断电时，阻断所述储能电容（C3）上的电压向启动冲击电流限制电路的输入端放电。

2.根据权利要求1所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述放电电路（1）进一步包括第一三极管（V1）、第二三极管（V2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5）；输入电压经过所述第一电阻（R1）、第二电阻（R2）分压后为所述第一三极管（V1）提供驱动电压；所述第一三极管（V1）控制所述第二三极管（V2）的开通与关断，所述第三电阻（R3）、第四电阻（R4）通过分压为所述第二三极管（V2）提供驱动电压；所述第二三极管（V2）的集电极通过所述第五电阻（R5）与所述充电电路（2）相连。

3.根据权利要求2所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述放电电路（1）还包括第四二极管（D4），所述第四二极管（D4）并联在所述第二电阻（R2）的两端，所述第四二极管（D4）的阳极连接输入负端（VIN-），所述第四二极管（D4）的阴极连接所述第一三极管（V1）的基极。

4.根据权利要求1所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述放电电路（1）进一步包括第一MOSFET（U1）、第二MOSFET（U2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5）；输入电压经过所述第一电阻（R1）、第二电阻（R2）分压后为所述第一MOSFET（U1）提供驱动电压；所述第一MOSFET（U1）控制所述第二MOSFET（U2）的开通与关断，所述第三电阻（R3）、第四电阻（R4）通过分压为所述第二MOSFET（U2）提供驱动电压；所述第二MOSFET（U2）的漏极通过所述第五电阻（R5）与所述充电电路（2）相连。

5.根据权利要求4所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述放电电路（1）还包括第四二极管（D4），所述第四二极管（D4）并联在所述第二电阻（R2）的两端，所述第四二极管（D4）的阳极连接输入负端（VIN-），所述第四二极管（D4）的阴极连接所述第一MOSFET（U1）的栅极。

6.根据权利要求1所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述放电电路（1）进一步包括比较器（A1）、第二MOSFET（U2）、第四二极管（D4）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5）；输入正端（VIN+）依次经过所述第一二极管（D1）、第三电阻（R3）连接至所述比较器（A1）的正端，输入负端（VIN-）经过所述第四二极管（D4）连接至所述比较器（A1）的负端；所述第四二极管（D4）的阳极连接输入负端（VIN-），所述第四二极管（D4）的阴极连接所述比较器（A1）的负端；输入电压经过所述第一电阻（R1）、第二电阻（R2）分压后为所述比较器（A1）提供驱动电压；所述比较器（A1）的输出信号控制所述第二MOSFET（U2）的开通与关断，以判断是否存在输入端断电的情况，所述第三电阻（R3）、第四电阻（R4）通过分压为所述第二MOSFET（U2）提供驱动电压；所述第二MOSFET（U2）的漏极通过所述第五电阻（R5）与所述充电电路（2）相连。

7.根据权利要求1所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述放电电路（1）进一步包括比较器（A1）、第二三极管（V2）、第四二极管（D4）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5）；输入正端（VIN+）依次经过所述第一二极管（D1）、第三电阻（R3）连接至所述比较器（A1）的正端，输入负端（VIN-）经过所述第四二极管（D4）连接至所述比较器（A1）的负端；所述第四二极管（D4）的阳极连接输入负端（VIN-），所述第四二极管（D4）的阴极连接所述比较器（A1）的负端；输入电压经过所述第一电阻（R1）、第二电阻（R2）分压后为所述比较器（A1）提供驱动电压；所述比较器（A1）的输出信号控制所述第二三极管（V2）的开通与关断，以判断是否存在输入端断电的情况，所述第三电阻（R3）、第四电阻（R4）通过分压为所述第二三极管（V2）提供驱动电压；所述第二三极管（V2）的集电极通过所述第五电阻（R5）与所述充电电路（2）相连。

8.根据权利要求3、5、6、7中任一权利要求所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述启动冲击电流限制电路还包括第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第二电容（C2）和第二二极管（D2）；所述储能电容（C3）通过所述第一二极管（D1）连接在输入正端（VIN+）和输入负端（VIN-）之间，所述第九电阻（R9）和第二电容（C2）串联在所述MOSFET（V3）的栅极与漏极之间；所述第二二极管（D2）连接在所述MOSFET（V3）的栅极与源极之间，所述第八电阻（R8）连接在所述第一二极管（D1）与所述MOSFET（V3）的栅极之间；所述MOSFET（V3）的源极与所述启动冲击电流限制电路的输入负端（VIN-）相连，所述MOSFET（V3）的漏极与所述储能电容（C3）相连。

9.根据权利要求8所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述充电电路（2）进一步包括第一电容（C1）、第六电阻（R6）、第三二极管（D3）和第五二极管（D5）；所述第六电阻（R6）与所述第一电容（C1）串联在输入正端（VIN+）和输入负端（VIN-）之间，所述第二二极管（V2）的集电极连接第五电阻（R5）后，分别与所述第一电容（C1）和第五二极管（D5）并联，并通过所述第三二极管（D3）连接至所述MOSFET（V3）的栅极。

10.根据权利要求8所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述充电电路（2）进一步包括第一电容（C1）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）和第三二极管（D3）；所述第六电阻（R6）与所述第一电容（C1）串联在输入正端（VIN+）和输入负端（VIN-）之间，所述第二三极管（V2）的集电极连接第五电阻（R5）后，分别与所述第一电容（C1）和第七电阻（R7）并联，并通过所述第三二极管（D3）连接至所述MOSFET（V3）的栅极。

11.根据权利要求9或10所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：当所述启动冲击电流限制电路上电时，电流从输入正端（VIN+）依次流经所述第一二极管（D1）、储能电容（C3）、第二电容（C2）、第九电阻（R9）、第三二极管（D3）和第一电容（C1）至输入负端（VIN-），在所述第二电容（C2）的两端产生大小约等于输入电压的电压。

12.根据权利要求10所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述启动冲击电流限制电路通过调整所述第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）和第九电阻（R9）的电阻值，以及所述第一电容（C1）和第二电容（C2）的电容值，调节冲击电流的幅值和持续时间。

13.根据权利要求1-7、9、10、12所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述启动冲击电流限制电路还包括与所述MOSFET（V3）相连的DC/DC变换器（3），所述储能电容（C3）并联在所述DC/DC变换器（3）的输入端。

14.根据权利要求3所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述启动冲击电流限制电路还包括第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第二电容（C2）和第二二极管（D2）；所述储能电容（C3）通过所述第一二极管（D1）连接在输入正端（VIN+）和输入负端（VIN-）之间，所述第九电阻（R9）和第二电容（C2）串联在所述MOSFET（V3）的栅极与漏极之间；所述第二二极管（D2）连接在所述MOSFET（V3）的栅极与源极之间，所述第八电阻（R8）连接在所述第一二极管（D1）与所述MOSFET（V3）的栅极之间；所述MOSFET（V3）的源极与所述启动冲击电流限制电路的输入负端（VIN-）相连，所述MOSFET（V3）的漏极与所述储能电容（C3）相连。

15.根据权利要求14所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述充电电路（2）进一步包括第一电容（C1）、第六电阻（R6）、第三二极管（D3）和第五二极管（D5）；所述第六电阻（R6）与所述第一电容（C1）串联在输入正端（VIN+）和输入负端（VIN-）之间，所述第二二极管（V2）的集电极连接第五电阻（R5）后，分别与所述第一电容（C1）和第五二极管（D5）并联，并通过所述第三二极管（D3）连接至所述MOSFET（V3）的栅极。

16.根据权利要求14所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：所述充电电路（2）进一步包括第一电容（C1）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）和第三二极管（D3）；所述第六电阻（R6）与所述第一电容（C1）串联在输入正端（VIN+）和输入负端（VIN-）之间，所述第二三极管（V2）的集电极连接第五电阻（R5）后，分别与所述第一电容（C1）和第七电阻（R7）并联，并通过所述第三二极管（D3）连接至所述MOSFET（V3）的栅极。

17.根据权利要求15或16所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：当所述启动冲击电流限制电路正常启动时，所述第一电阻（R1）和第二电阻（R2）首先得电，驱动所述第一三极管（V1）导通，从而将所述第二三极管（V2）的基极电压拉低，防止所述第二三极管（V2）导通，所述第一电容（C1）充电，所述MOSFET（V3）的栅极电压随之逐渐上升，所述MOSFET（V3）缓慢导通，从而有效限制冲击电流。

18.根据权利要求17所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：在所述启动冲击电流限制电路上电后，输入电压信号通过所述第一电阻（R1）和第二电阻（R2）分压后驱动所述第一三极管（V1）导通，将所述第二三极管（V2）的基极电压拉低，使所述第二三极管（V2）关断；输入电压信号通过所述第六电阻（R6）、第八电阻（R8）对所述第一电容（C1）进行充电，使所述MOSFET（V3）的栅极电压逐渐升高，当栅极电压升高至所述MOSFET（V3）的开通门限时，所述MOSFET（V3）的阻抗由无穷大逐渐减小，充电电流经过所述MOSFET（V3）继续流通；所述第二电容（C2）和第九电阻（R9）串联后并联在所述MOSFET（V3）栅极和源极间电容（Cgs）的两端；在所述启动冲击电流限制电路上电阶段，在所述第二电容（C2）上形成的电压方向与所述MOSFET（V3）栅极和源极间电容（Cgs）两端的电压方向相反，使所述MOSFET（V3）维持在放大态；所述MOSFET（V3）栅极和源极间电容（Cgs）的电压在所述第八电阻（R8）对其充电，以及所述第九电阻（R9）、第二电容（C2）对其放电的影响下缓慢上升，使所述MOSFET（V3）逐渐脱离放大区，进入完全导通状态，所述DC/DC变换器（3）正常工作。

19.根据权利要求15、16、18中任一权利要求所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：若所述启动冲击电流限制电路在运行过程中，输入端突然断电，则所述第一二极管（D1）阻断所述储能电容（C3）上的电压向输入端放电，所述第一二极管（D1）阳极端的电压迅速降为零，所述第一三极管（V1）失去驱动而关断；此时所述储能电容（C3）上的残留电压通过所述第三电阻（R3）和第四电阻（R4）分压后，驱动所述第二三极管（V2）导通，所述第二三极管（V2）与所述第五电阻（R5）形成对所述第一电容（C1）的放电回路，所述第五电阻（R5）将所述第一电容（C1）上的电压迅速泄放为零，使所述启动冲击电流限制电路恢复至初始状态，保证所述启动冲击电流限制电路在短时间内重新上电时，能够发挥限流作用。

20.根据权利要求3、5、6、7、9、10、12、14、15、16、18中任一权利要求所述的启动冲击电流限制电路，其特征在于：当所述启动冲击电流限制电路的输入端反接时，所述第一二极管（D1）截止，所述第四二极管（D4）导通，形成从输入负端（VIN-）至所述第四二极管（D4）、第一电阻（R1）、输入正端（VIN+）的通路；所述第一三极管（V1）基极与发射极之间，或所述第一MOSFET（U1）栅极与源极之间，或所述比较器（A1）负端的电压被钳位在设定值，能防止反向电压损坏所述第一二极管（D1）所在回路的其它电路元件。