CN1674438A - 一种正电源输入负载上电缓启动的电路 - Google Patents

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本发明提供一种正电源输入负载上电缓启动的电路,以克服现有技术中存在的上电时间难于控制的缺点,所述的电路连接在正电源的两端,分别为:电源输入正极(+VIN)和电源输入负极(GND),所述的电路包括:电容(C1),连接在电源的(+VIN)和(GND)间;电阻(R1),所述的电阻(R1)一端连接在(+VIN)上;稳压管(D1),所述的稳压管(D1)一端与所述的电阻(R1)相连;电阻(R2),一端与稳压管(D1)相连,另一端连接在(GND)上;电容(C2),并联在电阻(R2)的两端;电阻(R3),所述的电阻(R3)一端连接在+VIN上;电阻(R4),所述的电阻(R4)和所述的电阻(R3)相串连;三极管(Q1),其上连接有稳压管(D1)、电阻(R2)及电阻(R4);三极管(Q2),其上连接有电阻(R3)和电阻(R4)。

Description

一种正电源输入负载上电缓启动的电路
技术领域
本发明涉及电子领域的电源技术,具体指一种正电源输入负载上电缓启动的电路。
背景技术
在电子设备的工作过程中,负载端为保证工作电源稳定和正常工作,一般情况下都并联有一定容量的滤波电容。上电过程中从电源输入端吸收大量的瞬间电流,需要输入电源能够提供较大的瞬间电流以便建立负载电压。但是,过大的瞬间电流也会造成一些问题,如:容易烧毁输入端串连的保险丝、多次热插拔的情况下负载电压不稳定、电源多负载情况下要求输入电源提供较大容量以及输入电源电压跌落情况下容易造成各负载不能正常工作等。
可见,如何保证电子设备在上电过程中,各个负载正常有序的上电,同时减少上电过程中的冲击电流是业界需解决的问题,为解决上述问题业界现有技术中常在负载和电源输入端之间采取控制上电顺序和控制上电冲击电流的相关措施,其中,上电缓启动是其中一项比较关键的措施。
在现有的正电源缓启动的方法中,常常用在输入电源和负载间串连电感,以达到上电缓启动的作用。
但是,仅仅利用串连电感来使上电缓启动,却存在如下缺点:由于电感器件参数的差异较大,所以现有技术中存在上电时间难于控制的缺点;由于串连电感存在电流不能突变的特性,所以持续给负载充电,所以现有技术中存在后级负载电压有较大过冲的缺点;由于串连了电感,负载电源动态响应较差,当前极电压发生瞬间跌落的情况下,由于电感阻止电流的突变,将造成后极负载电压跌落。所以在现有技术中当电源电压跌落时将导致负载瞬间电压过低,进而使负载发生故障,不能正常地工作。
发明内容
本发明目的在于提供一种正电源输入负载上电缓启动的电路,以克服现有技术中存在的上电时间难于控制的缺点。
为解决上述问题,本发明提供如下的技术方案:一种正电源输入负载上电缓启动的电路,所述的电路连接在正电源的两端,分别为:电源输入正极(+VIN)和电源输入负极(GND),,所述的电路包括:电容(C1),所述的电容(C1)连接在电源的(+VIN)和(GND)间,起储能作用;电阻(R1),所述的电阻(R1)一端连接在(+VIN)上;稳压管(D1),所述的稳压管(D1)一端与所述的电阻(R1)相连;电阻(R2),所述的电阻(R2)一端与稳压管(D1)相连,另一端连接在(GND)上;电容(C2),所述的电容(C2)并联在电阻(R2)的两端;电阻(R3),所述的电阻(R3)一端连接在+VIN上;电阻(R4),所述的电阻(R4)和所述的电阻(R3)相串连;三极管(Q1),所述三极管(Q1)为NPN型三极管,其基级B连接在所述的稳压管(D1)和所述的电阻(R2)间,所述三极管(Q1)的发射极E连接在(GND)上,所述三极管(Q1)的集电级C与所述的电阻(R4)相连;三极管(Q2),所述三极管(Q2)为P沟道MOS管,其源极S极连接到电源的(+VIN)上,漏极D极连接到电源(+VIN)上,栅极G极连接到所述电阻(R3)和电阻(R4)的串连节点上。
所述的电路还包括:电容(C4),其连接在电源的(+VIN)和(GND)间,作用为:旁路高频干扰信号。
所述的电容(C4)为高频滤波电容。
所述的电路还包括:电容(C3),为负载储能滤波电容,连接在电源的(+VIN)和(GND)间。
所述电容(C3)两端分别引出(+VOUT)和(GND),负载通过与所述的(+VOUT)和(GND)相连,获得电源供应。
所述的三极管(Q1)为NPN型三极管。
所述的电路还包括一电容,其并联在电阻(R3)的两端。
通过上述的技术方案,本发明具有如下优点:1、由于设计了上电延时缓启动控制电路以及储能电容C1的作用,可以方便调节负载上电时间,保证电源后级负载正常建立工作电压所需要的瞬态电流,有效降低负载上电瞬间所产生的冲击电流。
2、由于该电路设计了储能电容,以及上电延时缓启动电路的工作作用下,可以有效提高发生输入电源电压跌落情况下负载正常工作的可靠性。
3、由于储能电容C1的储能作用,以及延时电路延时作用,另外由于MOS管开通特性决定了负载在输入电源电压建议以后才上电,所需的瞬间能量可以通过输入电源和储能电容共同提供,可以降低电子设备对电源容量的要求。
4、由于MOS管导通过程中的阻抗变化特性,同时本缓启动延时控制电路是由电容和电阻以及三极管的特性决定,输出电压不会产生过冲。
附图说明
图1为本发明具体实施例正电源输入负载上电缓启动的电路的结构图;具体实施方式在具体介绍本发明具体实施例前,先对专用术语作一介绍:MOS:Metal-oxide semiconductor:金属氧化物半导体;FET:Field Effect Transistor:场效应管;P沟道MOS管:Positive Channel Metal Oxide Semiconductor FET:P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管,所述的P沟道MOS管是一种高输入阻抗、低开关速度及低功耗的半导体器件;上电冲击电流:负载上电过程中建立正常工作电压从输入端所吸收的瞬间电流;
上电顺序控制:由于电源多负载情况下,为保证各负载要求的不同上电工作顺序所采取的控制措施;电压跌落:在系统中某点电压突然降低,经过一段时间后(从几毫秒到几秒范围内)电压恢复正常。
请参考图1,本发明具体实施例正电源输入负载上电缓启动的电路,所述的电路连接在正电源的两端,分别为:电源输入正极(+VIN)和电源输入负极(GND),所述的正电源输入负载上电缓启动电路包括:电容C1,所述的电容C1连接在电源的+VIN和GND间,起储能作用;电阻R1,所述的电阻R1一端连接在+VIN上;稳压管D1,所述的稳压管D1一端与所述的电阻R1相连;电阻R2,所述的电阻R2一端与稳压管D1相连,另一端连接在GND上;电容C2,所述的电容C2并联在电阻R2的两端;电阻R3,所述的电阻R3一端连接在+VIN上;电阻R4,所述的电阻R4和所述的电阻R3相串连;三极管Q1,所述三极管Q1为NPN型三极管,其基级B连接在所述的稳压管D1和所述的电阻R2间,所述三极管Q1的发射极E连接在GND上,所述三极管Q1的集电级C与所述的电阻R4相连;三极管Q2,所述三极管Q2为P沟道MOS管,其源极S极连接到电源的+VIN上,漏极D极连接到电源+VIN上,栅极G极连接到所述电阻R3和电阻R4的串连节点上;电容C4,所述的电容C4为高频滤波电容,其连接在电源的+VIN和GND间,作用为:旁路高频干扰信号;电容C3,为负载储能滤波电容,也连接在电源的+VIN和GND间,其两端分别引出+VOUT和GND,负载通过与所述的+VOUT和GND相连,获得电源供应。
所述的电阻R1和R2及稳压管D1起分压作用,当电源输入电压超过所述稳压管D1的稳压值以后,电源便开始通过所述的电阻R1、稳压管D1给所述的电容C2充电,由于所述的电阻R2、稳压管D1及电阻R1串连,所述的电容C2和电阻R2并联,所以充电的时间T1的计算方法为:T1=C2*R1*R2/(R1+R2);而在电源掉电时的放电时间T2的计算方法为:T2=R2*C2。另外,由于三极管Q1的基极B和发射极E的电压在超过0.6V时将导通,所以所述电容C2的电压被钳制在0.6V以内。
所述的电阻R3和电阻R4为三极管Q2和电源负极GND之间的分压电阻,所述P沟道MOS管Q2的Vgs电压(Vgs为MOS管栅源极电压差)为负超过一定的数值以后MOS管Q2将导通,所以通过选取所述电阻R3和电阻R4的分压值可以保证三极管Q1导通以后P沟道MOS管Q2正常导通工作。另外,为延迟MOS管Q2的导通时间,还可以在S和G极之间(即电阻R3两端)并联一个电容(图未示)。
上电过程中,由于电容C1的储能作用,输入电源电压逐渐上升,当电容C1两端的电压超过稳压二极管D1的稳压值以后,通过R1和R2分压以后给电容C2充电;当C2上的电压超过0.6V以后,三极管Q1导通;由于三极管Q1导通,MOS管Q2的栅极G和源极S之间形成压差,用Vgs表示,当Vgs达到MOS管开通的门限电压时,MOS管Q2导通,从而保证了后极和输入电源直接相连,负载开始上电建立工作电压。由于MOS管的开通特性决定,MOS管开通的过程中,内部阻抗逐步变化,从高阻抗逐步变化到低阻抗,从而决定了负载上电的特性。同时由于储能电容C1和控制MOS管开通的电路中R1、R2、C2、Q1以及R3和R4的延时作用,保证了MOS管Q2开通过程中,前极输入电源已经建立,负载所需的瞬间电流,可以通过输入电源和储能电容C1共同提供,从而保证了负载电压的正常建立。由于负载电压和输入电源电压建立后延时建立的,所以该控制电路起到了控制负载缓启动的作用。
由于储能电容C1的储能作用,当输入电源电压发生跌落的时候,负载所需的能量可以通过储能电容C1维持,所需能量,可以通过改变电容C1的容量实现。计算的公式如下:C1=2PT/(V1*V1-V2*V2),其中P表示负载功率,T表示预计需承受的电源电压跌落时间长度,V1表示负载在输入电源跌落瞬间的电压,V2表示负载正常工作所需维持的最低安全工作电压。由于储能电容的储能特性可以提高负载在电源电压跌落瞬间的可靠性。另一方面如果电源电压跌落时间过长,超过预计的时间长度,储能电容C1上的电压逐步下降,在延时控制电路的R1、D1、R2、C2、Q1的共同作用下,C1电压下降到一定程度后该控制电路将自动关闭MOS管Q2。保证了输入电源电源深度跌落后的电源缓启动,从而提高了负载抗电源电压跌落的能力。
由于所述的电容C1具有储能作用,所以可以保证负载上电时正常建立所需要的时间,和正常建立所需要的上电冲击电流。
由于控制了负载的上电延时,可以保证负载在上电过程中所需要的瞬态电流通过储能电容来提供;同时电源也可以适当补充所损失的能量,保证了后级负载电压建立的可靠性和稳定性;同时由于P沟道MOS管组成的缓启动也减少了后级负载的上电冲击电流,保证了前级输入电源模块不发生过流保护。
电源输入端连接的容量较大的储能电容C1提高了系统在电源电压跌落情况下的可靠性。电容C1容量的选取通常按照以下公式进行:C1>2PT/(U1*U1-U2*U2),其中P表示负载功率,T表示跌落时间,U1表示负载正常额定工作电压,U2表示负载所能承受的最低安全工作电压。
系统正常工作情况下,当电源发生短时电压跌落,可以通过储能电容C1释放能量保证后级负载正常工作,当电源恢复正常后,系统正常工作。如果电源电压跌落时间过长,储能电容C1上的电压低于电源缓启动电路所设置的电压门限值时,该缓启动电路将关断输出,缓启动电路所设置的门限电压值要高于负载最低安全工作电压。电源正常恢复后,负载的重新正常启动,避免了中间不稳定状态的发生,降低了负载由于输入电压过低所产生的各种故障,提高了负载在电源电压跌落条件下正常工作的可靠性。
由于有储能电容C1可以提高了负载在电源电压发生波动的情况下正常工作的可靠性,所以负载对前级电源输出容量的要求适当降低。
通过上述的技术方案,本发明具有如下优点:1、由于设计了上电延时缓启动控制电路以及储能电容C1的作用,可以方便调节负载上电时间,保证电源后级负载正常建立工作电压所需要的瞬态电流,有效降低负载上电瞬间所产生的冲击电流。
2、由于该电路设计了储能电容,以及上电延时缓启动电路的工作作用下,可以有效提高发生输入电源电压跌落情况下负载正常工作的可靠性。
3、由于储能电容C1的储能作用,以及延时电路延时作用,另外由于MOS管开通特性决定了负载在输入电源电压建议以后才上电,所需的瞬间能量可以通过输入电源和储能电容共同提供,可以降低电子设备对电源容量的要求。
4、由于MOS管导通过程中的阻抗变化特性,同时本缓启动延时控制电路是由电容和电阻以及三极管的特性决定,输出电压不会产生过冲。

Claims (7)

1.一种正电源输入负载上电缓启动的电路,所述的电路连接在正电源的两端,分别为:电源输入正极(+VIN)和电源输入负极(GND),其特征在于,所述的电路包括:电容(C1),所述的电容(C1)连接在电源的(+VIN)和(GND)间,起储能作用;电阻(R1),所述的电阻(R1)一端连接在(+VIN)上;稳压管(D1),所述的稳压管(D1)一端与所述的电阻(R1)相连;电阻(R2),所述的电阻(R2)一端与稳压管(D1)相连,另一端连接在(GND)上;电容(C2),所述的电容(C2)并联在电阻(R2)的两端;电阻(R3),所述的电阻(R3)一端连接在+VIN上;电阻(R4),所述的电阻(R4)和所述的电阻(R3)相串连;三极管(Q1),所述三极管(Q1)为NPN型三极管,其基级B连接在所述的稳压管(D1)和所述的电阻(R2)间,所述三极管(Q1)的发射极E连接在(GND)上,所述三极管(Q1)的集电级C与所述的电阻(R4)相连;三极管(Q2),所述三极管(Q2)为P沟道MOS管,其源极S极连接到电源的(+VIN)上,漏极D极连接到电源(+VIN)上,栅极G极连接到所述电阻(R3)和电阻(R4)的串连节点上。
2.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述的电路还包括:电容(C4),其连接在电源的(+VIN)和(GND)间,作用为:旁路高频干扰信号。
3.如权利要求2所述的电路,其特征在于,所述的电容(C4)为高频滤波电容。
4.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述的电路还包括:电容(C3),为负载储能滤波电容,连接在电源的(+VIN)和(GND)间。
5.如权利要求4所述的电路,其特征在于,所述电容(C3)两端分别引出(+VOUT)和(GND),负载通过与所述的(+VOUT)和(GND)相连,获得电源供应。
6.如权利要求1至5任一项所述的电路,其特征在于,所述的三极管(Q1)为NPN型三极管。
7.如权利要求1至5任一项所述的电路,其特征在于,所述的电路还包括一电容,其并联在电阻(R3)的两端。
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