【導(dǎo)讀】電源開(kāi)關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，是常用電路之一。本文要講解的電源開(kāi)關(guān)電路，是用MOS管實(shí)現(xiàn)的，且?guī)к涢_(kāi)啟功能。
電路說(shuō)明
電源開(kāi)關(guān)電路，尤其是MOS管電源開(kāi)關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，如下框圖所示。
圖中一個(gè)MOS管符號(hào)代表一個(gè)完成電路
在設(shè)計(jì)時(shí)，只要增加一個(gè)電容（C1），一個(gè)電阻（R2），就可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)啟（soft start）功能。
C1、R2實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能
軟開(kāi)啟，是指電源緩慢開(kāi)啟，以限制電源啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。在沒(méi)有做軟開(kāi)啟時(shí)，電源電壓的上升會(huì)比較陡峭，見(jiàn)下圖：
沒(méi)有做軟開(kāi)啟，電壓上升比較陡峭
加入軟開(kāi)啟功能后，電源開(kāi)關(guān)會(huì)慢慢打開(kāi)，電源電壓也就會(huì)慢慢上升，上升沿會(huì)比較平緩，見(jiàn)下圖：
加入軟開(kāi)啟，電壓上升比較平緩
浪涌電流可能會(huì)令電源系統(tǒng)突然不堪重負(fù)而掉電，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重的可能會(huì)損壞電路上的元器件。
浪涌導(dǎo)致不穩(wěn)定，甚至損壞電路
電源上電過(guò)快過(guò)急，負(fù)載瞬間加電，會(huì)突然索取非常大的電流。比如在電源電壓是5V，負(fù)載是個(gè)大容量電容的時(shí)候，電源瞬間開(kāi)啟令電壓瞬間上升達(dá)到5V，電容充電電流會(huì)非常大。如果同樣的時(shí)間內(nèi)電源電壓只上升到2.5V，那么電流就小得多了，下面從數(shù)學(xué)上分析一下。
電量 = 電容容量 * 電容兩端的電壓，即：
Q = C * U
同時(shí) 電量 = 電流 * 時(shí)間，即：
Q = I * t
所以電流：
I = (CU) / t
從公式可以看出，當(dāng)電容容量越大，電壓越高，時(shí)間越短，電流就會(huì)越大，從而形成浪涌電流。
大電容只是形成浪涌電流的原因之一，其他負(fù)載也會(huì)引起浪涌電流。
原理分析
1、控制電源開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào) Control 為低電平或高阻時(shí)，三極管Q2的基極被拉低到地，為低電平，Q2不導(dǎo)通，進(jìn)而MOS管Q1的Vgs = 0，MOS管Q1不導(dǎo)通，+5V_OUT 無(wú)輸出。電阻R4是為了在 Control 為高阻時(shí)，將三極管Q2的基極固定在低電平，不讓其浮空。
2、當(dāng)電源 +5V_IN 剛上電時(shí)，要求控制電源開(kāi)關(guān)的輸入信號(hào) Control 為低電平或高阻，即關(guān)閉三極管Q2，從而關(guān)閉MOS管Q1。因 +5V_IN 還不穩(wěn)定，不能將電源打開(kāi)向后級(jí)電路輸出。此時(shí)等效電路圖如下。
此時(shí)電源 +5V_IN 剛上電，使MOS管G極與S極等電勢(shì)，即Vgs = 0，令Q1關(guān)閉。
3、電源 +5V_IN 上電完成后，MOS管G極與S極兩端均為5V，仍然Vgs = 0。
4、此時(shí)將 Control 設(shè)為高電平（假設(shè)高電平為3.3V），則：
①三極管Q2的基極為0.7V，可算出基極電流Ibe為：
(3.3V - 0.7V) / 基極電阻R3 = 0.26mA
②三級(jí)管Q2飽和導(dǎo)通，Vce ≈ 0。電容C1通過(guò)電阻R2充電，即C1與G極相連端的電壓由5V緩慢下降到0V，導(dǎo)致Vgs電壓逐漸增大。
③MOS管Q1的Vgs緩慢增大，令其緩慢打開(kāi)直至完全打開(kāi)。最終Vgs = -5V。
④利用電容C1的充電時(shí)間實(shí)現(xiàn)了MOS管Q1的緩慢打開(kāi)（導(dǎo)通），實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)啟的功能。
MOS管打開(kāi)時(shí)的電流流向如下圖所示：
5、電源打開(kāi)后，+5V_OUT 輸出為5V電壓。此時(shí)將 Control 設(shè)為低電平，三極管Q2關(guān)閉，電容C1與G極相連端通過(guò)電阻R2放電，電壓逐漸上升到5V，起到軟關(guān)閉的效果。軟關(guān)閉一般不是我們想要的，過(guò)慢地關(guān)閉電源，可能出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定等異常。過(guò)程如下圖：
一般情況下還是放心使用軟啟動(dòng)功能，伴隨而來(lái)的軟關(guān)閉效果一般沒(méi)什么影響。
電路參數(shù)設(shè)定說(shuō)明
調(diào)整C1、R2的值，可以修改軟啟動(dòng)的時(shí)間。值增大，則時(shí)間變長(zhǎng)。反之亦然。
作者：LR梁銳
來(lái)源：芯片之家
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