CN109067158A - 一种消除直流电源启动过冲保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除直流电源启动过冲保护电路，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、三极管、稳压管、MOS管和软启动电容；电源Vin经第一电阻对软启动电容进行充电；软启动电容并列在稳压管的两极，稳压管的正极接地，负极连接MOS管的栅极；MOS管的源极接地，漏极连接至三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极作为输出端用于控制PWM控制器；电源同时经第二电阻连接至三极管的基极，三极管的基极同时经第一二极管接地。本发明可有效消除DC/DC电源在上电时的输出电流过冲和电压过冲，避免对电源输出后级电路的损坏。

Description

一种消除直流电源启动过冲保护电路
技术领域
本发明属于电子产品领域，是一种消除直流电源启动过冲保护电路设计。
背景技术
目前开关电源为了减小输出电压脉动，一般在其输出端接有大容量的滤波电容，由于在上电瞬间该电容电压为零，所以在上电时会产生较大的电容充电电流，从而给开关电源电路造成较大的电流冲击，严重影响到开关电源的使用寿命和工作可靠性。同时在电源启动的瞬间，由于反馈环路的响应时间所限，反馈环路可视为开环，输出电压在此瞬间不受反馈环路控制，故出现过冲现象。而目前针对开关电源所采用的软启动方式，一般借助电压源对RC电路进行充电，利用电容的充电电压产生对应功率开关的PWM占空比，从而实现对开关电源输出电压的控制。对于输出电压过冲，往往采用钳位和吸收的方法，器件的过电压应力较大，电路设计成本较高。
检索的现有技术中，专利《开关电源中的过冲抑制设计电路》，授权公告号CN201860258B，其缺点是：器件的过电压应力较高，且无法对输出过电流应力进行控制。专利《一种用于开关电源的软启动电路》，授权公告号CN 207083011U，其缺点是：电路结构较复杂，不利于集成。
发明内容
电源在上电时会产生较大的电容充电电流和电压过冲，从而给开关电源电路造成较大的冲击，严重影响到开关电源的使用寿命和工作可靠性，为消除启动过冲，需要对启动时的过冲进行抑制和消除，本发明采用软启动消除方法，提供了一种简单有效的供电电路设计。
为解决上述技术问题，本发明提供一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、三极管、稳压管、MOS管和软启动电容；
电源Vin经第一电阻对软启动电容进行充电；
软启动电容并列在稳压管的两极，稳压管的正极接地，负极连接MOS管的栅极；MOS管的源极接地，漏极连接至三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极作为输出端用于控制PWM控制器；
电源Vin同时经第二电阻连接至三极管的基极，三极管的基极同时经第一二极管接地。
三极管的基极经串联的第一二极管、第二二极管接地。
MOS管的漏极经第三电阻连接至三极管的基极。
稳压管的稳压电压高于MOS管的开启电压。
稳压管的稳压电压高于MOS管的开启电压4V～5V。
软启动电容连接于稳压管的负极的一端经第三二极管与第二电阻连接，使电源Vin掉电时，软启动电容经第三二极管、第二电阻和第一二极管形成的回路泄放。
本发明所达到的有益效果：
本发明设计一种对输入母线电压进行采样的软启动电路，可有效消除DC/DC电源在上电时的输出电流过冲和电压过冲，避免对电源输出后级电路的损坏。
1.电源在上电时，将PWM控制器电压反馈端钳位至零，控制器无脉宽输出；
2.系统在软启动过程结束后将钳位电路完全断开，不影响电源正常工作。电路结构相对简单，便于集成。级联二极管能有效开启三极管，过驱动MOS管能有效关闭三极管，该设计方法提高了电路的可靠性。采用此电路可降低器件的电压应力和电流应力，有利于降低电路设计成本，有效消除了DC/DC电源启动过冲。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的技术方案：由图1、图2所示，消除直流电源启动过冲保护电路包括3个电阻R17、R18、R19、3个二极管D7、D9、D10、1个三极管Q2、1个稳压管D8、一个N-MOS管Q1和软启动电容C15。当软启动电容C15充电电压等于稳压管D8正常工作时电压值时，MOS管Q1导通，三极管Q2关断，输出端COMP关断，断开对PWM控制器的电压反馈端控制，实现软启动功能。
电源Vin上电时，输入母线电压经电阻R17对软启动电容C15进行充电，由于电容C15两端电压不能突变，因而稳压管D8电压等于电容端电压，其值由0按指数规律上升，电压VZ为稳压管正常工作时输出的稳压值，时间常数t＝RC为电阻R17和电容C15的数值乘积。系统刚上电时，稳压管D8端电压为0，MOS管Q1未开启，电流流经电阻R18、R19、二极管D9、D10回路，NPN三极管Q2饱和导通，将输出端COMP电压钳位在0V，PWM控制器无输出脉宽电压，采用二极管D9、D10双二极管是保证三极管Q2能有效开启。随着软启动电容端电压上升至MOS管Q1开启电压Ugs(th),MOS管Q1开始导通，由于MOS管Q1刚导通时栅源DS间导通电阻比较大，MOS管Q1漏极即A点电压较高不为零，三极管Q2开始退出饱和导通但尚不能关闭，必须对三极管Q1过驱动来降低MOS管DS间导通电阻，将A点电压降至零电位。设置稳压管D8稳压电压高于MOS管Q1开启电压Ugs(th)，一般取值高于MOS管Q1开启电压4V～5V。随着电容C17端电压继续上升至稳压管D8工作电压时，MOS管Q1过驱动，其DS端导通电阻降低，A点电压降低为0V，从而将三极管Q2有效关闭，软启动过程结束，PWM控制器开始输出正常脉宽，电源开始正常工作。当电源掉电时，软启动电容C15储存的电荷必须释放掉以便于下个启动周期内，使电源的软启动功能正常。电源掉电时，电容C15经二极管D7、电阻R18、R19、二极管D9、D10回路泄放。
本发明独创性主要体现在：电路由3个电阻、3个二极管、1个三极管、1个稳压管、一个N-MOS管和软启动电容组成。当采用这种电路结构时，可实现：1.电源在上电时，将PWM控制器电压反馈端钳位至零，控制器无脉宽输出；2.系统在软启动过程结束后将钳位电路完全断开，不影响电源正常工作。电路结构相对简单，便于集成。级联二极管能有效开启三极管，过驱动MOS管能有效关闭三极管，该设计方法提高了电路的可靠性。采用此电路可降低器件的电压应力和电流应力，有利于降低电路设计成本，有效消除了DC/DC电源启动过冲。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，
包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、三极管、稳压管、MOS管和软启动电容；
电源Vin经第一电阻对软启动电容进行充电；
软启动电容并列在稳压管的两极，稳压管的正极接地，负极连接MOS管的栅极；MOS管的源极接地，漏极连接至三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极作为输出端用于控制PWM控制器；
电源Vin同时经第二电阻连接至三极管的基极，三极管的基极同时经第一二极管接地。
2.根据权利要求1所述的一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，三极管的基极经串联的第一二极管、第二二极管接地。
3.根据权利要求1所述的一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，MOS管的漏极经第三电阻连接至三极管的基极。
4.根据权利要求1所述的一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，稳压管的稳压电压高于MOS管的开启电压。
5.根据权利要求1所述的一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，稳压管的稳压电压高于MOS管的开启电压4V～5V。
6.根据权利要求1所述的一种消除直流电源启动过冲保护电路，其特征是，
软启动电容连接于稳压管的负极的一端经第三二极管与第二电阻连接，使电源Vin掉电时，软启动电容经第三二极管、第二电阻和第一二极管形成的回路泄放。
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