DC/DC开关电源的冲击电流限制方法

发布时间:2023-11-04
1、长短针法
图1所示电路为长短针法冲击电流限制电路,在dc/dc电源板插入时,长针接触,输入电容c1通过电阻r1充电,当电源板完全插入时,电阻r1被断针短路。c1代表dc/dc电源的所有电容量。
图1. 长短针法冲击电流限制电路
这种方法的缺陷是插入的速度不能控制,如插入速度过快,电容c1还没充满电时,短针就已经接触,冲击电流的限制效果就不好。
也可用热敏电阻法来限制冲击电流,但由于dc/dc电源的输入电压较低,输入电流较大,在热敏电阻上的功耗也较大,一般不用此方法。
2、有源冲击电流限制法
2.1 利用mos管限制冲击电流
利用mos管控制冲击电流可以克服无源限制法的缺陷。mos管有导通阻抗rds_on低和驱动简单的特点,在周围加上少量元器件就可以做成冲击电流限制电路。
mos管是电压控制器件,其极间电容等效电路如图2所示。
图2. 带外接电容c2的n型mos管极间电容等效电路
mos管的极间电容栅漏电容cgd、栅源电容cgs、漏源电容cds可以由以下公式确定:
公式中mos管的反馈电容crss,输入电容ciss和输出电容coss的数值在mos管的手册上可以查到。
电容充放电快慢决定mos管开通和关断的快慢,为确保mos管状态间转换是线性的和可预知的,外接电容c2并联在cgd上,如果外接电容c2比mos管内部栅漏电容cgd大很多,就会减小mos管内部非线性栅漏电容cgd在状态间转换时的作用。
外接电容c2被用来作为积分器对mos管的开关特性进行精确控制。控制了漏极电压线性度就能精确控制冲击电流。
电路描述:
图3所示为基于mos管的自启动有源冲击电流限制法电路。mos管 q1放在dc/dc电源模块的负电压输入端,在上电瞬间,dc/dc电源模块的第1脚电平和第4脚一样,然后控制电路按一定的速率将它降到负电压,电压下降的速度由时间常数c2*r2决定,这个斜率决定了最大冲击电流。
 图3. 有源冲击电流限制法电路
d1用来限制mos管 q1的栅源电压。元器件r1,c1和d2用来保证mos管q1在刚上电时保持关断状态。
上电后,mos管的栅极电压要慢慢上升,当栅源电压vgs高到一定程度后,二极管d2导通,这样所有的电荷都给电容c1以时间常数r1×c1充电,栅源电压vgs以相同的速度上升,直到mos管q1导通产生冲击电流。
其中vth为mos管q1的最小门槛电压,vd2为二极管d2的正向导通压降,vplt为产生iinrush冲击电流时的栅源电压。vplt可以在mos管供应商所提供的产品资料里找到。
mos管选择
以下参数对于有源冲击电流限制电路的mos管选择非常重要:
漏极击穿电压 vds
必须选择vds比最大输入电压vmax和最大输入瞬态电压还要高的mos管,对于通讯系统中用的mos管,一般选择vds≥100v.
栅源电压vgs
稳压管d1是用来保护mos管q1的栅极以防止其过压击穿,显然mos管q1的栅源电压vgs必须高于稳压管d1的最大反向击穿电压。一般mos管的栅源电压vgs为20v,推荐12v的稳压二极管。
其中pout为dc/dc电源的最大输出功率,vmin为最小输入电压,η为dc/dc电源在输入电压为vmin输出功率为pout时的效率。η可以在dc/dc电源供应商所提供的数据手册里查到。mos管的rds_on必须很小,它所引起的压降和输入电压相比才可以忽略。
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