摘
要:介紹了軟啟動電路的基本原理,對筆記本電腦上的軟啟動電路進行了詳細的分析。通過具體的應(yīng)用實例,比較了軟啟動電路與普通電路在電壓啟動時間和沖擊電流上的差異。實驗結(jié)果表明了軟啟動電路可以減緩啟動電壓的上升速率,降低瞬間沖擊電流,保護電路元器件。

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引言

　　隨著手持式產(chǎn)品與便攜式產(chǎn)品 (例如手機, MP4 , 筆記本電腦等 )的出現(xiàn), 開關(guān)電源由于其效率高, 功耗小,體積小等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源在開機的瞬間會產(chǎn)生較大的沖擊電流,峰值電流可能為穩(wěn)態(tài)電流的幾倍到幾十倍。這么大的沖擊電流容易導(dǎo)致電路中的零件不能正常工作,甚至有可能損壞電路中的零件。因此在電源開啟的瞬間希望電路中電壓和電流可以由低到高逐漸增大, 這一點在大功率電路或高壓電路中尤其必要。軟啟動電路就可以實現(xiàn)上述功能,軟啟動電路在國外稱為 So ft Starte r電路。

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軟啟動電路的工作原理

　　軟啟動電路的工作原理是在電源開啟的瞬間, 通過適當(dāng)?shù)姆椒▽㈦妷河闪懵嵘筋~定電壓,啟動電流由過去過載沖擊電流不可控變成沖擊電流可控制,并且可以根據(jù)實際的需要調(diào)節(jié)啟動電流的大小。

　　常見的軟啟動電路實現(xiàn)的方法:

　　1) 利用電容的充電效應(yīng)實現(xiàn)軟啟動;2) 利用限流電阻與控制電路實現(xiàn)軟啟動;3) 利用單片機或 DSP實現(xiàn)軟啟動。

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軟啟動電路在筆記本電腦上的設(shè)計

　　圖 1為筆記本電腦的軟啟動電路圖, 工作原理是: 在電路中設(shè)定一個固定的電壓閾值,當(dāng)電壓未達到該閾值時利用電容的充電效應(yīng), 延長電壓的上升時間, 以達到場效應(yīng)管 P
MOS慢慢開啟,降低電路中的沖擊電流。

圖 1
筆記本電腦軟啟動電路圖.

　　開啟電源 (在實驗中使用的開關(guān)電源輸出電壓為 20 V,電流為 4 . 5 A)后,電流經(jīng)過 L1后 P
MOS U1的 S端電壓為+ DC_I N。在 t= 0+時刻, 電容 C3兩端相當(dāng)于短路, U1的Vg s= 0 V。電路對 C3進行充電, C3的兩端電壓滿足下面的公式:

　　P
MOS U1 所 用 的 型 號 為 V i shay 公 司 生 產(chǎn) 的Si 4435BDY, 在 Vg s- 4 . 5 V時 (后續(xù)為了方便說明 Vg s均為其 ), 該 MOS可以完全導(dǎo)通,此時有:

　　將
= 47 m s代入公式 ( 5)有: t= 14 . 7 m s 。

　　根據(jù)上面的分析與計算, U1的 Vg s從 0 V變化到 4 . 5 V所需的時間約為 14 m s , 隨著電源對 C1的充電 U1的 Vg 電壓會從 Vs的基準電壓逐漸下降到:

　　隨著 Vg s的變化, P- MOS U1會從斷路到半導(dǎo)通到終轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珜?dǎo)通, Vd 的電壓也會從 0 V逐漸上升到 Vs的基準電壓 ( Vs= 20 V), 從而達到軟啟動的效果。從圖 2中可以看到 Vd 的啟動時間約為 3 . 8 m s 。

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軟啟動電路和普通電路的比較

　　下面從 P
MOS U1的 Vg s的啟動時間, Vd 的啟動時間和漏極電流 Id 這三方面來比較軟啟動電路與普通電路的差異。為了具有可比較性,普通電路只少電容 C1這一顆零件,電路的其余部分均與軟啟動電路圖 1相同。

　　3 . 1
Vgs啟動時間的差異

　　由前面的分析與圖 2可以得知: 軟啟動電路中 Vgs啟動時間約為 14 ms。普通電路電源在開啟的瞬間電流經(jīng)過 L1后,會迅速通過電阻 R 1和 R2分壓, Vg s的電壓即為 R 1兩端的電壓, Vg s啟動時間相當(dāng)短。從圖 3中, 可以看到 Vg s從 0 V變化到 4 . 5 V 是在幾十個微秒之內(nèi)。

　　3 . 2
Vd啟動時間的差異

　　由前面的測量可以得知:軟啟動電路中 Vd 啟動時間約為 3 . 8 m s 。從圖 3中可以看到: 普通電路中 Vd啟動時間約為 160 us , 由此可見軟啟動電路在電路開啟時的確可以降低啟動電壓的上升速率。

　　3 . 3
Id的差異:

　　從圖 4中可以看到軟啟動電路在啟動的瞬間漏極電流Id 達到 4 A,而從圖 5中可以看到普通電路在啟動的瞬間漏極電流 Id 高達 38 A。根據(jù) P
MOS U1的芯片資料查到 Id 的允許值為 9 . 1 A, 由此可見, 在普通電路開啟的瞬間, U1的漏極電流 Id 很有可能會導(dǎo)致電路不能正常工作, 甚至有可能將電路中的零件損壞。

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結(jié)束語:

　　本文結(jié)合筆記本電腦的實際應(yīng)用, 討論了軟啟動電路的工作原理,并比較了軟啟動電路與普通電路在電壓開啟時間與沖擊電流等方面的差異。通過實驗分析得知: 軟啟動電路如果應(yīng)用得當(dāng)?shù)脑? 可以減緩啟動電壓的上升速率, 降低電路中的沖擊電流, 防止零件因過流損壞, 從而可以很好的保護電路。