CN116169867A - 缓启动电路以及缓启动方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种缓启动电路以及缓启动方法，其中，该缓启动电路包括：连接于电源输入端的场效应管和第一电容，电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，场效应管的栅极连接电源正输入端，场效应管的漏极和源极连接电源负输入端，第一电容连接在场效应管的栅极和源极之间，缓启动电路还包括放电触发模块和放电模块，其中：放电触发模块与放电模块连接，用于检测电源输入端的状态，当检测到电源输入端断电时，触发放电模块；放电模块与第一电容并联，用于受放电触发模块的触发，控制第一电容锁定在放电状态使场效应管关断。通过本申请，解决了频繁热插拔导致缓启动电路失效的，提高了缓启动电路的安全性。

Description

缓启动电路以及缓启动方法

技术领域

本申请涉及电源控制技术领域，特别是涉及一种缓启动电路以及缓启动方法。

背景技术

现在大多数电子系统都需要支持热插拔功能，热插拔(Hot Swap)即带电插拔，指的是在不关闭系统电源的情况下，将模块、板卡等单元插入或拔出系统而不影响系统的正常工作，从而提高了系统的可靠性、快速维修性、冗余性和对灾难的及时恢复能力等。但热插拔也会对系统产生一定的影响，该影响主要包括两方面：其一，热插拔时，连接器的机械触点在接触瞬间会出现弹跳，引起电源振荡，这个振荡过程会引起系统电源跌落，引起误码，或系统重启，也可能会引起连接器打火，引发火灾。解决的办法就是延迟连接器的通电时间，在连接器抖动的那十几毫秒内不给连接器通电，等插入稳定后再通电，即防抖动延时。其二，模块、板卡等单元的电源输入口会设置大容量储能电容以维持自身工作的稳定性，热插拔时，由于储能电容的充电效应，系统中会出现很大的冲击电流，电容在充电时，电流呈指数趋势下降，所以在刚开始充电的时候，其冲击电流是非常大的。此冲击电流可能会烧毁设备电源保险管，所以在热插拔时必须对冲击电流进行控制。

为了防止热插拔产生的电源振荡和冲击电流，通常通过在电源输入口设置缓启动电路实现防抖动延时上电，从而克服热插拔对系统产生的影响。

现有的场效应管(MOSFET)的缓启动方式，通常在电源输入端串联MOSFET，并在MOSFET的栅源极并联有一定容量的电容，当电源输入端上电时，MOSFET栅源极电容充电，使MOSFET管缓慢开通，达到缓启动目的。但在电源输入端反复断电上电的情况下，储能电容放电慢，会一直给MOSFET栅源极电容充电，导致MOSFET管始终无法关断；若在MOSFET管处于半开半闭状态时上电，MOSFET管会产生很大冲击电流和瞬时应力，严重时甚至烧毁设备电源，从而导致缓启动电路失效。

针对相关技术中存在频繁热插拔导致缓启动电路失效的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

发明内容

在本实施例中提供了一种缓启动电路以及缓启动方法，以解决相关技术中存在频繁热插拔导致缓启动电路失效的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种缓启动电路，包括连接于电源输入端的场效应管和第一电容，所述电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述场效应管的栅极连接电源正输入端，所述场效应管的漏极和源极连接电源负输入端，所述第一电容连接在所述场效应管的栅极和源极之间，其特征在于，所述缓启动电路还包括放电触发模块和放电模块，其中：

所述放电触发模块与所述放电模块连接，用于检测所述电源输入端的状态，当检测到所述电源输入端断电时，触发所述放电模块；

所述放电模块与所述第一电容并联，用于受所述放电触发模块的触发，控制所述第一电容锁定在放电状态使所述场效应管关断。

在其中的一些实施例中，所述放电触发模块包括：电压获取单元以及比较单元；

所述电压获取单元，连接于所述电源正输入端和所述电源负输入端之间，用于获取所述电源输入端的电压，并将所述电源输入端的电压传输至所述比较单元；

所述比较单元，与所述放电模块连接，用于将所述电源输入端的电压与阈值电压进行比较，当所述电源输入端的电压小于所述阈值电压时，触发所述放电模块；

所述阈值电压小于电源电压，并且所述阈值电压根据所述电源输入端上电动作时间设置。

在其中的一些实施例中，所述比较单元包括基准电压源以及运算放大器；所述基准电压源与所述运算放大器的电源端连接，用于为所述运算放大器供电；

所述电压获取单元包括串联于所述电源正输入端和所述电源负输入端之间的多个第一分压电阻，所述运算放大器的负极输入端连接于所述第一分压电阻之间；

所述阈值电压输入所述运算放大器的正极输入端，所述运算放大器的输出端与所述放电模块连接。

在其中的一些实施例中，所述基准电压源包括三端稳压器，所述三端稳压器的A极连接于所述电源正输入端，所述三端稳压器的K极连接于所述电源负输入端，所述三端稳压器的A极与所述运算放大器的电源端连接，在所述三端稳压器的基准源与A极之间连接有第一调节电阻，在所述三端稳压器的基准源与K极之间连接有第二调节电阻。

在其中的一些实施例中，所述运算放大器的正极输入端与所述三端稳压器的A极之间连接有第三分压电阻，所述运算放大器的正极输入端与所述电源负输入端之间连接有第四分压电阻，所述阈值电压通过所述第三分压电阻和所述第四分压电阻设置。

在其中的一些实施例中，所述放电模块包括：NPN型三极管、稳压二极管以及PNP型三极管；

所述NPN型三极管的集电极以及所述PNP型三极管的发射极与所述第一电容的正极连接，所述NPN型三极管的发射极与所述第一电容的负极连接；

所述稳压二极管的阴极与所述放电触发模块的输出端连接，所述NPN型三极管的基极与所述稳压二极管的阳极以及所述PNP型三极管的集电极连接，所述PNP型三极管的基极与所述NPN型三极管的集电极连接。

在其中的一些实施例中，所述缓启动电路还包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述电源正输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述PNP型三极管的发射极连接，所述第一电阻用于为所述PNP型三极管提供导通电流；

所述第二电阻的第一端与所述NPN型三极管的基极以及所述PNP型三极管的集电极连接，所述第二电阻的第二端与所述电源负输入端连接，所述第二电阻用于为所述NPN型三极管提供导通电流。

在其中的一些实施例中，所述缓启动电路还包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述电源正输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述场效应管的栅极连接，所述第四电阻的第一端与所述电源正输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述场效应管的漏极连接。

在其中的一些实施例中，所述缓启动电路还包括：钳位二极管，所述钳位二极管的阴极与所述第三电阻的第一端连接，所述钳位二极管的阳极与所述场效应管的源极连接，所述钳位二极管用于限制所述场效应管的栅极和源极之间的电位。

第二个方面，在本实施例中提供了一种缓启动方法，缓启动方法应用于上述第一方面任一项所述的缓启动电路，所述缓启动电路包括连接于电源输入端的场效应管和第一电容，所述电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述场效应管的栅极连接电源正输入端，所述场效应管的漏极和源极连接电源负输入端，所述第一电容连接在所述场效应管的栅极和源极之间，所述缓启动电路还包括放电触发模块和放电模块，所述缓启动方法包括：

所述放电触发模块检测所述电源输入端的状态，当检测到所述电源输入端断电时，触发所述放电模块；

所述放电模块受所述放电触发模块的触发，控制所述第一电容锁定在放电状态使所述场效应管关断。

与相关技术相比，在本实施例中提供的缓启动电路，放电触发模块与放电模块连接，用于检测所述电源输入端的状态，一检测到所述电源输入端断电，就触发放电模块；放电模块与第一电容并联，用于受放电触发模块的触发，控制第一电容锁定在放电状态使场效应管关断。能够有效地避免在MOSFET缓慢关断过程中，再次使电源模块上电而产生更大的冲击电流，导致电源设备烧毁，进而提高了缓启动电路的安全性。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例提供的一种缓启动电路结构示意图；

图2是本申请实施例提供的第二种缓启动电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的第三种缓启动电路结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第四种缓启动电路结构示意图；

图5是本申请实施例提供的第五种缓启动电路的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种缓启动电路实施例的示意图；

图7是本申请实施例与现有技术的冲击电流对比示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

现在大多数电子系统都需要支持热插拔功能，热插拔(Hot Swap)即带电插拔，指的是在不关闭系统电源的情况下，将模块、板卡等单元插入或拔出系统而不影响系统的正常工作，从而提高了系统的可靠性、快速维修性、冗余性和对灾难的及时恢复能力等。但热插拔也会对系统产生一定的影响，该影响主要包括两方面：其一，热插拔时，连接器的机械触点在接触瞬间会出现弹跳，引起电源振荡，这个振荡过程会引起系统电源跌落，引起误码，或系统重启，也可能会引起连接器打火，引发火灾。解决的办法就是延迟连接器的通电时间，在连接器抖动的那十几毫秒内不给连接器通电，等插入稳定后再通电，即防抖动延时。其二，模块、板卡等单元的电源输入口会设置大容量储能电容以维持自身工作的稳定性，热插拔时，由于系统大容量储能电容的充电效应，系统中会出现很大的冲击电流，电容在充电时，电流呈指数趋势下降，所以在刚开始充电的时候，其冲击电流是非常大的。此冲击电流可能会烧毁设备电源保险管，所以在热插拔时必须对冲击电流进行控制。

为了防止热插拔产生的电源振荡和冲击电流，通常通过在电源输入口设置缓启动电路实现防抖动延时上电，从而克服热插拔对系统产生的影响。

现有的场效应管(MOSFET)的缓启动方式，通常在电源输入端串联MOSFET，并在MOSFET的栅源极并联有一定容量的电容，当电源输入端上电时，MOSFET栅源极电容充电，使MOSFET管缓慢开通，达到缓启动目的。但在电源输入端反复断电上电的情况下，储能电容放电慢，会一直给MOSFET栅源极电容充电，导致MOSFET管始终无法关断；若在MOSFET管处于半开半闭状态时上电，MOSFET管会产生很大冲击电流和瞬时应力，严重时甚至烧毁设备电源，从而导致缓启动电路失效。

因此，如何提高缓启动电路的安全性，是一个需要解决的问题。

在本实施例中提供了一种缓启动电路，图1是本申请实施例提供的一种缓启动电路结构示意图，如图1所示，该缓启动电路包括：连接于电源输入端的场效应管110和第一电容120，电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，场效应管110的栅极连接电源正输入端，场效应管110的源极连接电源负输入端，第一电容120连接在场效应管110的栅极和源极之间，电源正输入端和场效应管110的漏极之间接入储能电容130和负载160，储能电容130和负载160并联，即缓启动电路连接在电源输入端与储能电容130之间，通过场效应管110的关断与导通实现储能电容130和负载160的上下电，其中，场效应管110可以为mos管。

需要说明的是，本申请实施例中的第一电容可以是一个电容，也可以是多个并联的电容，在此不做限制。

缓启动电路还包括放电触发模块140和放电模块150，其中：放电触发模块140与放电模块150连接，用于检测电源输入端的状态，当检测到电源输入端断电时，触发放电模块150；放电模块150与第一电容120并联，用于受放电触发模块140的触发，控制第一电容120锁定在放电状态使场效应管110关断。

示例性地，电源输入端用于连接电源，电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，即电源正输入端连接电源正极，电源负输入端连接电源负极，放电触发模块140分别与电源输入端以及放电模块150连接，用于检测电源与电源输入端的连接状态，当电源输入端与电源连接时，放电触发模块140不会触发放电模块150，电源为第一电容120充电，使场效应管110缓慢打开，实现软启动限流功能；当检测到电源与电源输入端断开连接时，放电触发模块140触发放电模块150。

进一步地，放电模块150受到放电触发模块140的触发，控制第一电容120锁定在放电状态使场效应管110迅速关断，从而确保下次上电前场效应管110彻底关断。第一电容120被锁定在放电状态，即第一电容120一直处于放电状态直至放空电荷量，从而确保场效应管110被完全关断，而避免出现场效应管110半开半闭状态中第一电容120又被充电使场效应管110一直不被关断的情况出现。

在上述实现过程中，通过放电触发模块检测电源输入端断电时，触发放电模块，从而使放电模块控制第一电容锁定在放电状态，从而使场效应管立刻关断，能够有效地避免快速反复地热插拔产生更大的冲击电流，导致设备电源场效应管损坏的问题，从而提高了缓启动电路的安全性。

在其中的一些实施例中，放电触发模块包括：电压获取单元以及比较单元。

电压获取单元，连接于电源正输入端和电源负输入端之间，用于获取电源输入端的电压，并将电源输入端的电压传输至比较单元。

比较单元，与放电模块连接，用于将电源输入端的电压与阈值电压进行比较，当电源输入端的电压小于阈值电压时，触发放电模块。

阈值电压小于电源电压，并且根据电源输入端上电动作时间设置。

示例性地，图2是本申请实施例提供的第二种缓启动电路结构示意图，如图2所示，放电触发模块140可以包括电压获取单元142以及比较单元141，具体的，电压获取单元142连接于电源输入端的正负端口之间，并与比较单元141连接，用于获取电源输入端的电压，并将电源输入端的电压传输至比较单元141。

进一步地，比较单元141中可以设定阈值电压，比较单元141将获取的电源输入端的电压与阈值电压进行比较，当电源输入端的电压小于阈值电压时，触发放电模块150，其中，阈值电压小于电源电压，并且根据电源输入端上电动作时间进行设置。当电源输入端是上电状态时，电源输入端的电压是电源电压，当电源输入端断电时，储能电容130开始放电，所以电源输入端的电压会从电源电压开始下降。因为电源输入端的电压会受负载160影响有所波动，所以如果将阈值电压设为电源电压，会导致在电源输入端处于上电状态时，因电压波动导致的下降而使放电触发模块140触发放电模块150，使场效应管110关断的情况出现。因此，为提高抗干扰性，阈值电压需小于电源电压。同时，为提高检测灵敏度，阈值电压又不能设置的太低。因此，此处将阈值电压的设置与电源输入端上电动作时间关联起来，根据使用场景中电源输入端上电动作的时间设置阈值电压，确保在下次上电前能够触发放电模块150即可。其中，电源输入端上电动作时间指的是，电源输入端与电源连接的动作时间，可以通过上电开关元器件的动作或反应时间、统计或经验获取。例如，如果使用场景是经常手动拨动上电开关通断电，一般手动拨动上电开关上电的动作周期需要至少20ms，则电源输入端上电动作时间的取值可以为20ms。

进一步地，放电模块150受到触发后，控制场效应管110立即关断。

具体的，在直流电源激励的情况下，一阶线性电路微分方程解的通用表达式为：

f(t)＝f(∞)+[f(0₊)-f(∞)]e^-t/τ (1)

其中，f(t)表示一阶响应电路中的电压函数，f(0₊)表示初始值，f(∞)表示稳态值，τ表示时间常数。若将该表达式应用于本申请中的缓启动电路中，在电源输入端断电时，储能电容130开始放电，储能电容130与负载160、放电触发模块140、放电模块150、场效应管110构成放电回路，可以等效为上述一阶线性电路，则f(0₊)＝电源电压，f(∞)＝0，即存在如下关系：

电容放电电压＝0+电源电压*^-t/τ (2)

其中，t表示放电时间，时间常数τ满足如下关系：

τ＝RC (3)

其中，R相当于负载160的等效阻抗，C表示储能电容130的容值。

则，将关系式(3)代入关系式(2)可得出如下关系式：

电容放电电压＝电源电压*^-t/RC (4)

在具体的使用场景中，关系式(4)中的电源电压、负载160的等效阻抗R和储能电容130的容值C均为已知值，因此可以直接利用关系式(4)得到放电时间与电容放电电压之间的关系。因为下次上电的最短时间为电源输入端断电后立即上电，即电源输入端上电动作时间。为确保断电期间场效应管110被关断，就需要保证在下次上电前能触发放电模块150，也即阈值电压最低应设为，关系式(4)中的t为电源输入端上电动作时间时，对应的电容放电电压。因此，可根据电源输入端上电动作时间进行设置阈值电压。

例如，当本申请的缓启动电路应用于手动插拔场景中，电源输入端连接的是48V直流电源，负载160的等效阻抗R为100Ω，储能电容130容值C为880μF时，根据关系式(4)，将放电时间t设置为手动插拔动作时间的下限20ms，计算得到的电容放电电压为38V，则设置阈值电压的下限为38V，电源输入端开始断电时，电源输入端的电压开始下降，降至38V的时间为20ms，当电源输入端的电压一低于38V，比较单元141就立即触发放电模块150，放电模块150立即关断场效应管110。即使在电源输入端断开时马上手动上电，时间需要20ms以上，在电源输入端被上电时，放电触发模块140已经触发放电模块150关断场效应管110，使场效应管110能够重新进行缓启动。当然，阈值电压也可以设置为大于38V并且小于48V之间的任意值，但需要考虑到电源输入端的电压波动情况。阈值电压设置的越高，自电源输入端断电起，场效应管110越快被关断。

在上述实现过程中，通过电压获取单元获取电源输入端的电压，并将电容电压传输至比较单元，进一步地，比较单元将电源输入端的电压与阈值电压进行比较，在电源输入端的电压小于阈值电压时，触发放电模块，从而便于放电模块在下次上电前控制场效应管立即关断。

在其中的一些实施例中，比较单元包括基准电压源以及运算放大器。

基准电压源与运算放大器的电源端连接，用于为运算放大器提供供电。

电压获取单元包括串联于电源正输入端和电源负输入端之间的多个第一分压电阻，运算放大器的负极输入端连接于多个第一分压电阻之间。

阈值电压输入运算放大器的正极输入端，运算放大器的输出端与放电模块连接。

示例性地，如图2所示，放电触发模块140可以包括电压获取单元142以及比较单元141。

其中，比较单元141包括基准电压源10以及运算放大器20，基准电压源10与运算放大器20的电源端连接，用于为运算放大器20提供供电。

电压获取单元142包括串联于电源正输入端和电源负输入端之间的两个第一分压电阻R1和R2，运算放大器20的负极输入端连接于第一分压电阻R1和R2之间。

需要说明的是，本申请实施例中的多个第一分压电阻仅以电阻R1以及电阻R2为例进行说明，在实际应用多个第一分压电阻也可以是3个电阻，也可以是4个电阻，每一电阻的阻值可以相同，也可以不同，在此不做限制。

阈值电压输入运算放大器20的正极输入端，运算放大器20的输出端与放电模块150连接，当电源输入端的电压小于阈值电压时，运算放大器20输出高电平信号，从而使高电平信号触发放电模块150启动，进而通过放电模块150控制场效应管立即关断。

在上述实现过程中，通过多个第一分压电阻获取电源输入端的电压，进一步地，便于运算放大器将电源输入端的电压与阈值电压进行比较，从而在电源输入端的电压小于阈值电压时输出触发信号，并且，通过基准电压源为运算放大器供电，从而便于运算放大器的正常工作。

在其中的一些实施例中，基准电压源包括三端稳压器，三端稳压器的A极连接于电源正输入端，三端稳压器的K极连接于电源负输入端，在三端稳压器的基准源与A极之间连接有第一调节电阻，在三端稳压器的基准源与K极之间连接有第二调节电阻。

示例性地，基准电压源10可以包括三端稳压器，三端稳压器的A极连接于电源正输入端，三端稳压器的K极连接于电源负输入端，三端稳压器的A极与运算放大器20的电源端连接，在三端稳压器的基准源与A极之间连接有第一调节电阻，在三端稳压器的基准源与K极之间连接有第二调节电阻。

在上述实现过程中，将三端稳压器接入电源的正负极之间，从而通过电源为三端稳压器供电，进而便于三端稳压器为运算放大器供电，并且，在三端稳压器的基准源与A极之间连接有第一调节电阻，在三端稳压器的基准源与K极之间连接有第二调节电阻，从而能够适应性地调节三端稳压器输入至运算放大器的电压。

在其中的一些实施例中，运算放大器的正极输入端与三端稳压器的A极之间连接有第三分压电阻，运算放大器的正极输入端与电源负输入端之间连接有第四分压电阻，阈值电压通过第三分压电阻和第四分压电阻设置。

示例性地，图3为本申请实施例提供的第三种缓启动电路结构示意图，如图3所示，基准电压源可以包括三端稳压器U1，三端稳压器U1的A极连接于电源正输入端，三端稳压器的K极连接于电源负输入端，三端稳压器的A极与运算放大器20的电源端连接，在三端稳压器U1的基准源与A极之间连接有第一调节电阻R3，在三端稳压器的基准源与K极之间连接有第二调节电阻R4，三端稳压器U1的A极与运算放大器的输出端连接。

进一步地，运算放大器20的正极输入端与三端稳压器的A极之间连接有第三分压电阻R5，运算放大器20的正极输入端与电源负输入端之间连接有第四分压电阻R6，阈值电压通过第三分压电阻R5和第四分压电阻R6设置。

在上述实现过程中，通过第三分压电阻以及第四分压电阻，从三端稳压器U1提供的电源中获取阈值电压，并将阈值电压接入运算放大器的正极输入端，从而实现了阈值电压的设置。

在其中的一些实施例中，放电模块包括：NPN型三极管、稳压二极管以及PNP型三极管。

NPN型三极管的集电极以及PNP型三极管的发射极与第一电容的正极连接，NPN型三极管的发射极与第一电容的负极连接。

稳压二极管的阴极与放电触发模块的输出端连接，NPN型三极管的基极与稳压二极管的阳极以及PNP型三极管的集电极连接，PNP型三极管的基极与NPN型三极管的集电极连接。

示例性地，图4是本申请实施例提供的第四种缓启动电路结构示意图，如图4所示，放电模块包括：NPN型三极管Q1、稳压二极管D1以及PNP型三极管Q2，

NPN型三极管Q1的集电极以及PNP型三极管Q2的发射极与第一电容的正极连接，NPN型三极管Q1的发射极与第一电容的负极连接。

稳压二极管D1的阴极与放电触发模块的输出端连接，NPN型三极管Q1的基极以及PNP型三极管Q2的集电极与稳压二极管D1的阳极连接，PNP型三极管Q2的基极与NPN型三极管Q1的集电极连接。

当电源输入端上电时，运算放大器20输出低电平信号，此时，稳压二极管D1断开，从而无法开启放电模块150，并且，电源输入端为第一电容C1充电，从而通过第一电容C1为场效应管110供电，从而使场效应管110缓慢导通。

当电源输入端断电且电源输入端电压小于阈值电压时，通过上拉电阻R7增加电流，运算放大器20输出高电平信号，进一步地，高电平信号通过稳压二极管D1，使稳压二极管D1导通，从而触发放电模块启动，具体的，高电平信号使NPN型三极管Q1产生基极电流，进一步地，通过基极电流触发NPN型三极管Q1导通，从而使第一电容C1通过导通的NPN型三极管Q1瞬间放电，进一步地，使第一电容C1无法为场效应管110供电，从而实现了场效应管110的立即关断，并且，导通的NPN型三极管Q1拉低PNP型三极管Q2的基极电压，迫使PNP型三极管Q2导通，PNP型三极管Q2导通后，储能电容130通过PNP型三极管Q2持续为NPN型三极管Q1基极提供导通电流，使NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2进入循环导通的锁存状态，NPN型三极管Q1持续处于导通状态，不再受稳压二极管D1的控制，则第一电容C1持续放电，直至第一电容C1放电完成，从而完成了场效应管110的迅速关断。

在上述实现过程中，通过稳压二极管传输高电平信号，并通过高电平信号使NPN型三极管导通，从而使第一电容的电压通过导通的NPN型三极管瞬间放电，从而实现了场效应管的立即关断，并且，通过NPN型三极管与PNP型三极管组成互锁单元，在电源输入端电压小于阈值电压时，通过稳压二极管触发互锁单元导通，从而使第一电容的电压通过导通的互锁单元放电，即阻断了场效应管的供电，从而实现了场效应管的迅速关断。

可以理解地，NPN型三极管Q1与电源负输入端之间、储能电容130与PNP型三极管Q2的发射极之间均设置有提供导通电流的电阻。

在其中的一些实施例中，缓启动电路还包括：第一电阻和第二电阻。

第一电阻的第一端与电源正输入端连接，第一电阻的第二端与PNP型三极管的发射极连接。

第二电阻的第一端与NPN型三极管的基极以及PNP型三极管的集电极连接，第二电阻的第二端与电源负输入端连接。

示例性地，在电源正输入端和PNP型三极管Q2的发射极之间设置第一电阻，在电源断电时，导通的NPN型三极管Q1拉低PNP型三极管Q2的基极电压，从而迫使储能电容130通过第一电阻为PNP型三极管提供导通电流，进而使PNP型三极管Q2导通。

将第二电阻的第一端与NPN型三极管Q1的基极以及PNP型三极管Q2的集电极连接，第二电阻的第二端与电源负输入端连接，PNP型三极管Q2导通后，使PNP型三极管通过第二电阻与电源负极输入端导通，进而使导通的PNP型三极管Q2持续为NPN型三极管Q1基极提供导通电流，使NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2进入循环导通的锁存状态，NPN型三极管Q1持续处于导通状态，不再受稳压二极管D1的控制，则第一电容C1持续放电。

在上述实现过程中，通过第一电阻和第二电阻实现NPN型三极管和PNP型三极管的持续导通，使NPN型三极管和PNP型三极管进入循环导通的锁存状态。

在其中的一些实施例中，缓启动电路还包括：第三电阻和第四电阻。

第三电阻的第一端与电源正输入端连接，第三电阻的第二端与场效应管的栅极连接，第四电阻的第一端与电源正输入端连接，第四电阻的第二端与场效应管的漏极连接。

第三电阻和第四电阻形成振荡电路，振荡电路用于控制场效应管的自激振荡。

在其中的一些实施例中，缓启动电路还可以包括：

电流变化率控制模块，连接于电源正输入端和场效应管的漏极之间，用于在电源输入端上电时，控制上电电流的变化率。

示例性地，缓启动电路还可以包括电流变化率控制模块，并且，电流变化率控制模块连接在电源正输入端和场效应管的漏极之间，在电源输入端上电时，电流变化率控制模块控制上电电流的变化率。

在上述实现过程中，通过电流变化率控制模块控制热插拔过程中的上电电流的变化率，从而控制电源输入端上电电流的上升斜率和幅值，有效地提高了缓启动电路的限流效果，进而提高了缓启动电路的安全性。

在其中的一些实施例中，电流变化率控制模块包括：第二电容和第五电阻。

第五电阻的第一端与电源正输入端连接，第二电容的正极与第五电阻的第二端连接，第二电容的负极与场效应管的漏极连接。

在上述实现过程中，通过第二电容以及第五电阻，在电源输入端上电时，控制上电时的电流变化率，从而有效地提高了缓启动电路的限流效果。

示例性地，图5是本申请实施例提供的第五种缓启动电路的示意图，如图5所示，缓启动电路还包括第三电阻R8和第四电阻R9，电流变化率控制模块包括第二电容C2和第五电阻R10，

第三电阻R8的第一端与电源正输入端连接，第三电阻R8的第二端与场效应管110的栅极连接。

第五电阻R10的第一端与电源正输入端连接，第二电容C2的正极与第五电阻R10的第二端连接，第二电容C2的负极与第四电阻R9的第一端连接，第四电阻R9的第二端与场效应管110的漏极连接。

第三电阻R8与第四电阻R9形成振荡电路，振荡电路用于控制场效应管的自激振荡。

具体的，第五电阻R10的阻值可以在100K～200K欧姆之间，第三电阻R8的阻值可以在10～50欧姆之间，第四电阻R9的阻值可以为2K欧姆，第二电容C2的取值可以在10nF～100nF之间，需要说明的是，本申请实施例中，仅以上述取值为电阻和电容的取值为例进行说明，在实际应用中，缓启动电路中，电容与电阻的阻值可以根据实际需要设定，在此不做限制。

在上述实现过程中，通过第三电阻与第四电阻形成振荡电路，从而能够有效地控制场效应管的自激振荡，有效地提高了缓启动电路的限流效果。

在其中的一些实施例中，缓启动电路还包括：钳位二极管，钳位二极管的阴极与第三电阻的第一端连接，钳位二极管的阳极与场效应管的源极连接，钳位二极管用于限制场效应管的栅极和源极之间的电位。

示例性地，缓启动电路还可以包括：钳位二极管，将钳位二极管的阴极与第三电阻的第一端连接，钳位二极管的阳极与场效应管的源极连接，从而使钳位二极管限制场效应管的栅极和源极之间的电位，避免场效应管的栅极和源极不被高压击穿。

在上述实现过程中，将钳位二极管的阴极与第三电阻的第一端连接，钳位二极管的阳极与场效应管的源极连接，能够有效地保护场效应管的栅极和源极不被高压击穿。

图6是本申请实施例提供的一种缓启动电路实施例的示意图，如图6所示，缓启动电路的输出端连接储能电容C6与负载RL1，开关S1两端即为电源正负输入端，串联电阻R11、R12与三端稳压器U1的A极相连，用于为三端稳压器U1提供电流，串联电阻R11、R12的数量可以根据具体情况调整；R3一端与U1(三端稳压器)A极相连，另一端与U1基准源相连，R4一端与三端稳压器U1的基准源相连，另一端与三端稳压器U1的K极相连，运算放大器U2B的8脚(正电源端)与三端稳压器U1的A极相连，U2B的4脚(负电源端)与D2的阳极相连，即连接于电源负输入端，C4的一端接U2B的8脚，C4的另一端接D2的阳极，电阻R11、R12、R3、R4、电容C4共同作用，以保证三端稳压器U1为运算放大器U2B提供稳定的电源；U2B的5脚与R6、C5的一端相连，R6、C5的另一端接D2阳极，U2B的6脚连接R13的一端，R13的另一端与R2、C8的一端相连，R2、C8的另一端连接D2的阳极，R1的一端连接S1即电源正输入端，R1的另一端连接R13的一端，R5的一端连接三端稳压器U1的A极，R5的另一端连接U2B的5脚，R1、R2、C8、R13为运算放大器U2B提供稳定的电源输入端电压，R5、R6、C5为运算放大器U2B提供稳定的阈值电压；U2B的7脚连接R7的一端，R7的另一端连接三端稳压器U1的A极，R7为D1提供导通电流。

若电源电压为+48V，三端稳压器U1工作时，三端稳压器U1的A极输出稳定的+15V电压[(1+R3/R4)*2.5]，+15V的电压给运算放大器U2B供电，R5与R6根据需要设计阈值，通过R5与R6为运算放大器U2B提供阈值电压。

当电源断电后，根据R1与R2的分压可以计算出电源输入端的放电电压，当电源输入端的放电电压小于阈值电压时，U2B的7脚输出高电平信号(接近U2B供电电源电压)，进一步地，高电平传输至稳压二极管D1。

进一步地，缓启动电路中可以包括多个第一电容，且多个第一电容并联，如图6所示的缓启动电路中可以包括两个第一电容，分别为C1和C3。

具体的，R16的一端与D2的阳极相连，R16的另一端与C2的正极相连，R16用于为Q3提供下拉电压；C3的一端与D2的阳极相连，C3的另一端与钳位二极管D3的阴极相连，C1的一端与D2的阳极相连，C1的另一端与钳位二极管D3的阴极相连，C1、C3连接于Q3的栅极和源极之间，用于开通或断开Q3；Q1的发射极与D2的阳极相连，Q1的集电极与D3的阴极相连，Q1的基极与Q2的集电极相连，Q2的基极与Q1的集电极相连，Q2的发射极与R14、R15的一端相连，R15的另一端连接S1，R14的另一端连接D3的阴极，Q1的基极连接R17的一端，R17的另一端连接D2的阳极，R14、R17用于为Q1和Q2构成的锁存电路提供导通电流，C7与R17并联，C7用于滤波，Q1的基极连接D1的阳极，D1的阴极连接U2B的7脚。

当开关S1闭合，电源上电，电源电压经过R15、R14、R10给C1、C2、C3充电，并且可以R15、R14、C1、C3实现缓启动电路中的热插拔防抖延时，从而使Q3缓慢导通；若上电运行过程中开关S1断开，电源断电，储能电容C6放电，Q1、Q2构成触发锁存电路，当放电电压小于阈值电压时，U2B的7脚输出高电平，进一步地，稳压二极管D1导通，从而使Q1有一定的基极电流，基极电流达到一定程度时触发Q1导通锁存，C1、C2、C3电容迅速放电，使Q3快速关断，防止产生大的冲击电流，并为下次上电做好缓启动限流的准备。

钳位二极管D3可以用于保护MOSFET管Q3的栅-源极不被高压击穿，起到保护MOSFET管Q3的作用。R10和C2可以用于控制上电电流的上升斜率，在实际应用中，R10一般选100K～200K欧姆左右，C2取值为10nF～100nF。R8和R9的作用是防止MOSFET管Q3自激振荡，R8取值一般为10～50欧姆之间，R9一般为2K欧姆。

图7是本申请实施例与现有技术的冲击电流对比示意图，如图7所示，若电源电压为+48V，通道B为电源输入端电压，当开关S1闭合导通后，现有技术中回路冲击电流为5.3A，如图7中的通道D，本申请实施例中回路冲击电流为2A，如图7中的通道C，由此可知，本申请实施例的缓启动限流效果较好。

当开关S1断开断路后，电源输入端电压跌至+28V时，S1闭合导通，此时现有设计中的回路冲击电流为61A，如图7中的通道D，本申请实施例中回路冲击电流为2A，如图7中的通道C。

当开关S1断开断路后，当电源输入端电压跌至+25V时，S1闭合导通，此时现有设计中的回路冲击电流大于91A，如图7中的通道D，本申请实施例中回路冲击电流2A，如图7中的通道C。由此可知，本申请能够有效地改善断电后在上电存在冲击电流大的缺点，并且提高了缓启动电路的限流效果。

在本实施例中还提供了一种缓启动方法，缓启动方法应用于上述任一实施例所述的缓启动电路，缓启动电路包括连接于电源输入端的场效应管和第一电容，电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，场效应管的栅极连接电源正输入端，场效应管的漏极和源极连接电源负输入端，第一电容连接在场效应管的栅极和源极之间，还包括放电触发模块和放电模块，缓启动方法包括：

放电触发模块检测电源输入端的状态，当检测到电源输入端断电时，触发放电模块。

放电模块受放电触发模块的触发，控制第一电容锁定在放电状态使场效应管关断。

示例性地，放电触发模块检测电源输入端的状态，当检测到电源输入端断电时，获取电源输入端的电压，并在电源输入端的电压低于阈值电压时，输出高电平信号，进一步地，高电平信号触发放电模块启动，从而使放电模块控制第一电容锁定在放电状态，进而使场效应管关断迅速关断，从而有效地避免在MOSFET缓慢关断过程中，再次使电源模块上电而产生更大的冲击电流，导致电源设备烧毁，进而提高了缓启动电路的安全性。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种缓启动电路，包括连接于电源输入端的场效应管和第一电容，所述电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述场效应管的栅极连接所述电源正输入端，所述场效应管的漏极和源极连接所述电源负输入端，所述第一电容连接在所述场效应管的栅极和源极之间，其特征在于，所述缓启动电路还包括放电触发模块和放电模块，其中：

所述放电触发模块与所述放电模块连接，用于检测所述电源输入端的状态，当检测到所述电源输入端断电时，触发所述放电模块；

所述放电模块与所述第一电容并联，用于受所述放电触发模块的触发，控制所述第一电容锁定在放电状态使所述场效应管关断。

2.根据权利要求1所述的缓启动电路，其特征在于，所述放电触发模块包括：电压获取单元以及比较单元；

所述电压获取单元，连接于所述电源正输入端和所述电源负输入端之间，用于获取所述电源输入端的电压，并将所述电源输入端的电压传输至所述比较单元；

所述比较单元，与所述放电模块连接，用于将所述电源输入端的电压与阈值电压进行比较，当所述电源输入端的电压小于所述阈值电压时，触发所述放电模块；

所述阈值电压小于电源电压，并且所述阈值电压根据所述电源输入端上电动作时间设置。

3.根据权利要求2所述的缓启动电路，其特征在于，所述比较单元包括基准电压源以及运算放大器；所述基准电压源与所述运算放大器的电源端连接，用于为所述运算放大器供电；

所述电压获取单元包括串联于所述电源正输入端和所述电源负输入端之间的多个第一分压电阻，所述运算放大器的负极输入端连接于所述第一分压电阻之间；

所述阈值电压输入所述运算放大器的正极输入端，所述运算放大器的输出端与所述放电模块连接。

4.根据权利要求3所述的缓启动电路，其特征在于，所述基准电压源包括三端稳压器，所述三端稳压器的A极连接于所述电源正输入端，所述三端稳压器的K极连接于所述电源负输入端，所述三端稳压器的A极与所述运算放大器的电源端连接，在所述三端稳压器的基准源与A极之间连接有第一调节电阻，在所述三端稳压器的基准源与K极之间连接有第二调节电阻。

5.根据权利要求4所述的缓启动电路，其特征在于，所述运算放大器的正极输入端与所述三端稳压器的A极之间连接有第三分压电阻，所述运算放大器的正极输入端与所述电源负输入端之间连接有第四分压电阻，所述阈值电压通过所述第三分压电阻和所述第四分压电阻设置。

6.根据权利要求1所述的缓启动电路，其特征在于，所述放电模块包括：NPN型三极管、稳压二极管以及PNP型三极管；

所述NPN型三极管的集电极以及所述PNP型三极管的发射极与所述第一电容的正极连接，所述NPN型三极管的发射极与所述第一电容的负极连接；

所述稳压二极管的阴极与所述放电触发模块的输出端连接，所述NPN型三极管的基极与所述稳压二极管的阳极以及所述PNP型三极管的集电极连接，所述PNP型三极管的基极与所述NPN型三极管的集电极连接。

7.根据权利要求6所述的缓启动电路，其特征在于，所述缓启动电路还包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述电源正输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述PNP型三极管的发射极连接；

所述第二电阻的第一端与所述NPN型三极管的基极以及所述PNP型三极管的集电极连接，所述第二电阻的第二端与所述电源负输入端连接。

8.根据权利要求1所述的缓启动电路，其特征在于，所述缓启动电路还包括：第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端与所述电源正输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述场效应管的栅极连接，所述第四电阻的第一端与所述电源正输入端连接，所述第四电阻的第二端与所述场效应管的漏极连接。

9.根据权利要求8所述的缓启动电路，其特征在于，所述缓启动电路还包括：钳位二极管，所述钳位二极管的阴极与所述第三电阻的第一端连接，所述钳位二极管的阳极与所述场效应管的源极连接，所述钳位二极管用于限制所述场效应管的栅极和源极之间的电位。

10.一种缓启动方法，其特征在于，所述缓启动方法应用于上述权利要求1至权利要求9中任一项所述的缓启动电路，所述缓启动电路包括连接于电源输入端的场效应管和第一电容，所述电源输入端包括电源正输入端和电源负输入端，所述场效应管的栅极连接所述电源正输入端，所述场效应管的漏极和源极连接所述电源负输入端，所述第一电容连接在所述场效应管的栅极和源极之间，所述缓启动电路还包括放电触发模块和放电模块，所述缓启动方法包括：

所述放电触发模块检测所述电源输入端的状态，当检测到所述电源输入端断电时，触发所述放电模块；

所述放电模块受所述放电触发模块的触发，控制所述第一电容锁定在放电状态使所述场效应管关断。

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