軟開(kāi)啟功能的MOS管電源開(kāi)關(guān)電路分析-KIA MOS管

軟開(kāi)啟功能MOS管電源開(kāi)關(guān)電路

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)現的，且帶軟開(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。

軟開(kāi)啟，MOS管，電源開(kāi)關(guān)電路

在設計時(shí)，只要增加一個(gè)電容（C1），一個(gè)電阻（R2），就可以實(shí)現軟開(kāi)啟（soft start）功能。

軟開(kāi)啟，MOS管，電源開(kāi)關(guān)電路

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：

軟開(kāi)啟，MOS管，電源開(kāi)關(guān)電路

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：

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浪涌電流可能會(huì )令電源系統突然不堪重負而掉電，導致系統不穩定，嚴重的可能會(huì )損壞電路上的元器件。

電源上電過(guò)快過(guò)急，負載瞬間加電，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到5V，電容充電電流會(huì )非常大。如果同樣的時(shí)間內電源電壓只上升到2.5V，那么電流就小得多了。

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 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不導通，進(jìn)而MOS管Q1的Vgs = 0，MOS管Q1不導通，+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。

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2、當電源 +5V_IN 剛上電時(shí)，要求控制電源開(kāi)關(guān)的輸入信號 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 還不穩定，不能將電源打開(kāi)向后級電路輸出。此時(shí)等效電路圖如下。

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此時(shí)電源 +5V_IN 剛上電，使MOS管G極與S極等電勢，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 設為高電平（假設高電平為3.3V），則：

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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

②三級管Q2飽和導通，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)現了MOS管Q1的緩慢打開(kāi)（導通），實(shí)現了軟開(kāi)啟的功能。

MOS管打開(kāi)時(shí)的電流流向如下圖所示：

軟開(kāi)啟，MOS管，電源開(kāi)關(guān)電路

5、電源打開(kāi)后，+5V_OUT 輸出為5V電壓。此時(shí)將 Control 設為低電平，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，可能出現系統不穩定等異常。過(guò)程如下圖：

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