技术领域

本发明涉及热插拔緩启动控制电路技术领域， 特别是涉及一种电源输入 负载上电緩启动装置。

背景技术

对于可以热插拔的模块或系统， 需要在电源输入口加上负载上电緩启动 电路。 緩启动电路是电源的重要组成部分， 是外部电源与内部功能模块的接 口电路， 它可以緩解上电瞬间对内部电路的冲击， 同时可以过滤外部电源的 噪声， 使内部功能模块可靠工作。 一般这样的緩启动电路只对电源的一级进 行緩启动， 另外一级釆取直通的形式。

目前， 用于实现緩启动功能的电路主要有两种： 专用的热插拔控制集成 电路和分立器件搭建而成的电路， 其中， 后者因为成本低廉而得到了广泛应 用。

图 1为相关技术的緩启动电路， 上电后， 电流源对并联在 VT1栅、 源极 的电容 C1 充电， 直至 MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, 金属 -氧化物-半导体场效应晶体管， 简称 MOS管）达到阔值电压 打开， 导通电路， 緩启动延时时间就是电流源为 C1充电达到 MOS开启阔值 的时间， 这种緩启动电路的延时电路和开关管的驱动电 路是一体的。 该电路 存在下述缺点： 该电路输出电压振荡波形如图 2所示， 电流源对 C1充电， C1两端电压上升的同时， MOS管打开， 打开后由于其栅压上升緩' It, 因此， MOS 管打开瞬间的电流输出能力不强， 有可能不能满足负载开启的电流要 求， 使得电源电压被拉低， 导致的电源电压振荡， 影响后级电路的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电源输入 负载上电緩启动装置， 用 以解决现有技术中緩启动电路中开关管緩慢开 启过程中电流输出能力不足的 问题。

为解决上述技术问题， 本发明提供一种电源输入负载上电緩启动装置 ， 所述装置包括：

緩启动延时电路， 设置为： 连接在电源的输出端；

稳压管， 与所述緩启动延时电路连接；

开关管驱动电路， 与所述稳压管连接；

开关管， 与所述开关管驱动电路连接。

优选地， 所述緩启动延时电路包括：

第一电容， 设置为： 连接在所述电源的输出端的正负极之间；

串联连接的第一电阻和第二电阻， 与所述第一电容并联连接；

第二电容， 与所述第二电阻并联连接。

优选地， 所述开关管为 MOS管。

优选地，所述 MOS管设置为：在将所述电源预先设置为正极进 行上电緩 启动时， 为 PMOS管； 在将所述电源预先设置为负极进行上电緩启动 时， 为 丽 OS管。

优选地， 所述开关管驱动电路包括：

三极管， 设置为： 所述三极管的发射极与所述电源的正极连接； 所述三 极管的基极与第三电阻的一端连接， 所述第三电阻的另一端与所述电源不需 要进行上电緩启动的一端连接；

串联连接的第四电阻、 第五电阻， 设置为： 所述第四电阻的另一端连接 所述电源的负极， 所述第五电阻的另一端连接所述三极管的集电 极；

第六电阻， 设置为： 一端与所述第四电阻、 第五电阻的连接点连接， 另 一端与所述 MOS管的栅极连接；

第五电容， 设置为： 并联连接在所述 MOS 管的源极和漏极之间； 所述 MOS管设置为： 源极与所述电源需要进行上电緩启动的一端连 接。

优选地， 所述稳压管的一端与所述第一电阻、 第二电阻的连接点连接， 另一端与所述三极管的基极连接。 优选地， 所述第四电阻两端并联连接有第四电容。

优选地， 所述第五电容与所述 MOS管漏极之间连接有第七电阻。

优选地，所述 MOS管还设置为： 漏极与所述电源不需要进行上电緩启动 的一端之间连接有第三电容。

优选地， 所述三极管设置为： 在将所述电源预先设置为正极进行上电緩 启动时， 为 NPN管； 在将所述电源预先设置为负极进行上电緩启动 时， 为 PNP管。

本发明实施例将緩启动延时电路和开关管驱动 电路隔离， 在满足一定緩 启动延时时间的同时， 开关管能迅速开启， 解决了开关管緩慢开启过程中电 流输出能力不足的问题； 另外， 釆用分立元器件搭建， 还具有灵活性强， 成 本低， 可靠性高的优点。

附图概述

图 1 是相关技术中緩启动电路的电路图；

图 2 是相关技术中緩启动电路的输出电压振荡波形 图；

图 3 是本发明实施例中电源输入负载上电緩启动装 置的电路原理图； 图 4 是本发明电源输入负载上电緩启动装置一个具 体实施例的电路图。

本发明的较佳实施方式

为了解决緩启动电路中开关管緩慢开启过程中 电流输出能力不足的问 题， 本发明实施例提供了一种电源输入负载上电緩 启动装置， 以下结合附图 以及实施例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明， 并不限定本发明。

本发明实施例提供了一种直流电源上电緩启动 电路， 利用稳压管在未达 到稳压值前漏电流极低几乎不导通的特性， 将延时电路和开关管驱动电路隔 离开来， 在满足緩启动延时时间的同时， 又能保证开关 MOS管迅速开启。

如图 3所示， 本发明实施例涉及一种电源输入负载上电緩启 动装置， 包 括：

緩启动延时电路， 连接在电源的输出端；

稳压管， 与緩启动延时电路连接；

开关管驱动电路， 与稳压管连接；

开关管， 与开关管驱动电路连接。

其中， 緩启动延时电路包括：

第一电容， 连接在电源的正负极之间， 用于滤波和储能；

串联连接的第一电阻和第二电阻， 与第一电容并联连接； 其中， 第一电 阻一端与电源输入需要上电緩启动的一端相连 ， 第二电阻一端与电源输入不 需要緩启动的一端相连； 第一电阻的瞬态耐压值和瞬态功率值要达到输 入电 源的要求值； 为了保证稳压管的稳压能力， 通过其电流不宜过小， 第一电阻 不宜选太大；

第二电容， 与第二电阻并联连接。 开关管为 MOS管， 当电源的正极进行上电緩启动时， MOS管为 PMOS 管； 当电源的负极进行上电緩启动时， MOS管为 NMOS管。

开关管驱动电路包括：

三极管， 三极管的发射极与电源的正极连接； 三极管的基极与第三电阻 的一端连接， 第三电阻的另一端与电源不需要进行上电緩启 动的一端连接； 为了满足三极管 B极（基极）驱动电流， 第三电阻应比第一电阻阻值大一个 数量级；

串联连接的第四电阻、 第五电阻， 第四电阻的另一端连接电源的负极， 第五电阻的另一端连接三极管的集电极；

第六电阻， 一端与第四电阻、 第五电阻的连接点连接， 另一端与 MOS 管的栅极连接； 用于保护 MOS管栅极免受电流冲击；

第五电容， 并联连接在 MOS管的源极和漏极之间； MOS管的源极与电 源需要进行上电緩启动的一端连接， 漏极与电源输出端相连。

稳压管的一端与第一电阻、 第二电阻的连接点连接， 另一端与三极管的 基极连接。

第四电阻两端并联连接有第四电容， 第四电容为高频滤波电容， 一般选 取不超过 1 F。

第五电容与 MOS管漏极之间连接有第七电阻。第五电容和第 七电阻串联 为緩冲电路， 其作用是减少开关瞬间的高频振铃， 振铃所产生的传导辐射和 电磁干扰会引发周围 IC的问题。

MOS管漏极与电源不需要进行上电緩启动的一端 之间连接有第三电容， 即： 第三电容连接在电源输出正极和电源输出负极 之间， 用于储能。

当电源的正极进行上电緩启动时， 三极管为 NPN管； 当电源的负极进行 上电緩启动时， 三极管为 PNP管。

如图 4所示，本发明具体实施例为一负电源输入负� �上电的緩启动电路， 电路包括： 电容 C1 , 电容 C1连接在电源的输入负极 VIN-和输入正极 VIN+ 之间， 具有滤波、 储能作用。 电阻 R1与 R2串联后， R1—端与 VIN-相连； R2一端与 VIN+相连； 电容 C2 , 与 R2并联； 稳压管 VD1 , 正端与 R1和 R2 串联节点相连， 另一端与电阻 R3的一端连接； 电阻 R3的另一端与 VIN+相 连； 电阻 R4 , —端与 VIN-相连； 另一端与电阻 R5串联； VT1为 PNP型三 极管， 其基极 B连接在电阻 R3和 VD1连节点上， 发射极（E极）与 VIN+ 相连， 集电极（C级）与 R5的另一端连接； VT2为 N沟道型 MOS管， 栅极 ( G极）与电阻 R6的一端相连， 电阻 R6的另一端与 R4和 R5的串联节点相 连； 电阻 R7与电容 C5串联后， 跨接在 VT2的源极（ S极）和漏极（ D极） 之间； 电容 C4与电阻 R4并联， 用于高频滤波； 电容 C3 , 连接在电源输出 负 VOUT-和电源输出正 VOUT+, 用于储能。 负载连接在 VOUT-和 VOUT+ 之间， 获得电源供电。

上述电路中， 上电后， 对 C2充电 （电流由 R1决定） ， C2电压未达到 VD1稳压值和 VT1发射结电压前， C2电压由 R1和 R2分压决定， 当 VD1 和 VT1导通后， C2上的电压被钳位， 因此， R1和 R2分压， 共同决定了緩 启动电路的开启电压。 根据负载要求的不同， 可自行设计电阻 R1和 R2的比 例关系。 VD1未打开前， R3电阻相当于 VT1基极的上拉电阻， 保证了 VT1 的完全关断。 緩启动电路的延时时间由 R1和 C2决定。 C2的充电电压稳定 值与 VD1和 VTl的发射结有关， 可以根据负载要求的不同自行设计。

上电过程中， C1作为滤波电容可以滤除上电时的毛刺， 同时快速储能， R1为 C2充电， 在 C2电压未达到 VD1稳压值和 VT1发射极电压前， C2的 电压值决定于 R1和 R2的分压值， 当电源输入电压在 C2上的电压超过 VD1 稳压值和 VT1发射结电压值后， 随着输入电压的增加， VT1的基极驱动电流 迅速增大， PNP从线性区过度到饱和区， R4、 R5和 VTl分压， VT2的栅源 电压 VGS迅速达到阔值， VT2打开， 緩启动电路打开， 后级负载上电。 电路 中緩启动延时电路为 VD1前面的电路， R1和 C2决定了緩启动时间； VD1 后面的为开关管驱动电路， 由于三级管的开关特性， 一旦满足驱动电流要求， PNP打开， 栅源电压建立， MOS管打开。

电阻 R1的瞬时耐压和瞬时功率值应满足要求， 以防上电瞬间的电压、 电 流冲击。 R1不宜过大， 这样才能为 VT1提供较大的基极驱动电流， 同时 R3 要至少比 R1大一个量级， 这样能保证在满足 VT1发射结导通电压前， 通过 VD1的电流足够小， 近似于截至。 在 VD1和 VT1满足电压要求的同时， 通 过 R3的电流足够小， 大部分电流都用于 VT1基极驱动电流， 大的基极驱动 电流可以使 VT1从 PNP输出特性曲线的截止区快速过度到线性区， 最后到饱 和区， 即成为开关管。 根据三极管的开关特性， 其开关速度较快。

电阻 R4、 R5以及 VTl分压， R4两端的电压超过 VT2的阔值后， VT2 打开， 根据公式， VT2的导通电阻 Ron=H3(VGS-VTH)]-l (其中 β为 MOS管 的几何跨导因子， 与 MOS管的材料和结构有关； VTH为阔值电压） ， 作为 开关管希望 VT2的 VGS在允许范围内尽量大， 这样 VT2的导通电阻才小， 给负载的电压才能大。

C4作为高频滤波电容应， C4一般选取不超过 1 F, 对于对 MOS管电 流输出能力要求较高的电路， 电容的选取要谨慎， 防止电容过大， 开关管开 启緩慢而造成的后级输出振荡。

R7、 C5的串联电路， 并联在 VT2的源极和漏极， 起减小振铃的作用。 下电时， C3作为储能电容， 为负载提供电流； C1从 R1和 R2放电； C2 从 R1和 R2放电； C4从 R4放电。 尽管为示例目的， 已经公开了本发明的优选实施例， 本领域的技术人员 将意识到各种改进、 增加和取代也是可能的， 因此， 本发明的范围应当不限 于上述实施例。

工业实用性

由上述实施例可以看出， 本发明实施例具有以下优点：

利用稳压管的工作特性， 隔离了緩启动延时电路和开关管驱动电路， 在 满足了一定緩启动时间的同时，开关管驱动电 路能够迅速驱动 MOS管从截至 区到饱和区， 最后到线性区， 也满足了负载电路上电瞬间需要大电流的要求 ； 应用灵活， 通过设置第一电阻、 第二电阻的比例关系， 及稳压管的工作 电压， 调整緩启动电路的开启电压值， 可以满足不同负载上电需求；

可靠性强， 第四电容釆用高频率波电容， 防止工作过程中的高频干扰； 第六电阻具有防冲击的作用， 保护栅极免受电流冲击； 第五电容和第七电阻