後級電路熱插拔衝擊電流抑制方法及其緩衝異步啟動電路的製作方法

2023-05-04 09:52:31 1

專利名稱：後級電路熱插拔衝擊電流抑制方法及其緩衝異步啟動電路的製作方法
後級電路熱插拔衝擊電流抑制方法及其緩衝異步啟動電路方法
技術領域：
本發明涉及一種電路。背景技術：
帶有大的輸入電容的電路模塊，因為輸入級有很大的容性負載，會使得 模塊在熱插拔時，衝擊電流非常大，容易使插針打火，降低插針的性能與使 用壽命；同時，過大的衝擊電流有可能引起系統的關機、系統供電不穩或對 系統或模塊內部元件造成損傷，因此常常引入緩衝啟動電路來限制輸入電容 對系統的電流衝擊。現有技術中，抑制熱插拔時衝擊電流的緩衝啟動電路採 用如下限流方法串聯電阻法即在輸入端串聯大電阻(一般為繞線電阻)，但是此時電阻 上的功耗也就變大，因此要選擇折衷的電阻值，使衝擊電流和電阻上的功耗 都在允許的範圍之內。熱敏電阻法原理同串聯電阻法，但因為熱敏電阻的負溫度係數的特性， 隨著其自身的發熱阻值變小，功耗也就減小；由於熱敏電阻在電源第一次啟 動後要過一段時間才達到其工作態電阻值，那麼低輸入時可能導致電源工作 在打嗝狀態。有源衝擊電流限制法利用MOS場效應管導通阻抗低和驅動簡單的特點，在周圍加上少量元器件就可以做成衝擊電流限制電路。基本思想是在MOS場效 應管的柵極與漏極之間併入電容，就是讓MOSET的柵極與源極的電壓緩慢上 升，從而讓MOS場效應管逐漸開通，實現模塊的熱插拔時的緩衝。利用專用集成電路控制衝擊電流和實現熱插拔功能現有的如Linear Technology公司的LT1640晶片就提供簡單而有效的衝擊電流控制方法，這種 基於MOS場效應管的緩衝啟動電路，對輸入的電流進行檢測，利用取樣電阻所 檢測到的電流來控制MOS場效應管的開通程度。如圖l所示在上電瞬間，MOS 場效應管Q1保持在關斷狀態，將未充電電容C3、 DC/DC電源濾波器電容和輸入
電源隔離，隨著Q1的慢慢導通，電容在控制狀態下慢慢充電，只有在電容充 滿電後，晶片才給出開關信號，讓DC/DC電源開始工作。以上現有技術中的串聯電阻法、熱敏電阻法的電路實現大大降低了模塊 的效率，並且電阻的串入使得模塊在正常工作時輸入阻抗加大，不利於模塊 的動態性能。而利用專用集成電路的緩衝電路，基於對輸入電流的控制與輸 出電壓的檢測，性能雖好，但電路複雜，成本高；並且由於電流檢測的原因， 使得本緩衝啟動電路在工作時由於檢測電阻消耗功率的原因，降低了系統的 供電效率。在採用MOS場效應管限制衝擊電流的有源衝擊電流限制法中，利用的是 MOS場效應管線性放大區對衝擊電流進行限制，而輸入電容電壓的上升到系統 開始啟動工作時，MOS場效應管不一定過渡完線性放大區，在MOS場效應管未 過渡完線性放大區時，系統的啟動會導致輸入電容上的電壓出現凹陷，造成 隔離輸出電壓的上升沿出現嚴重的振蕩。
發明內容本發明的目的就是為了克服以上現有技術中的不足，提供一種後級電路 熱插拔衝擊電流抑制方法及其緩衝異步啟動電路，可有效抑制熱插拔時的衝 擊電流，而且滿足後級電路內部正常啟動的要求，工作效率高。為實現上述目的，本發明提出 一種後級電路熱插拔衝擊電流抑制方法， 包括如下步驟1)利用衝擊電流抑制電路，實現輸出電流的緩慢上升，並限 制其最大輸出電流；2)利用飽和導通觸發電路實時監測所述衝擊電流限制電 路的導通狀態，當所述衝擊電流限制電路飽和導通時，所述飽和導通觸發電 路發出開機信號，啟動後級電路。上述的方法，所述衝擊電流抑制電路包括MOS管、並聯於其柵極與源極 之間的電阻和電容，可以根據後級電路輸入電容的大小，選擇MOS場效應管 工作於線性放大區的時間。所述飽和導通觸發電路根據對MOS場效應管的柵 極源極之間電壓的監測，判斷MOS場效應管工作狀態，給出後級電路啟動信 號，防止後級電路在MOS場效應管工作於線性區時啟動。所述衝擊電流抑制 電路的最大電流限制值、電流上升速率可通過對本電路選擇不同的電容來實 現。所述飽和導通觸發電路通過電壓取樣電路實時監測柵極源極之間電壓， 當取樣電壓達到預定值時，啟動開關電路，所述開關電路輸出啟動信號給後
級電路。一種熱插拔衝擊電流抑制的緩衝異步啟動電路，包括衝擊電流限制電路， 實現輸出電流緩慢上升；還包括飽和導通觸發電路，實時監測所述衝擊電流 限制電路的導通狀態，當所述衝擊電流限制電路飽和導通時，所述飽和導通 觸發電路發出開機信號，啟動後級電路。上述的緩衝異步啟動電路，所述飽和導通觸發電路包括電壓取樣電路、 開關電路；所述電壓取樣電路一端與所述衝擊電流限制電路連接，取樣端與 所述開關電路控制端連接；所述衝擊電流限制電路飽和導通時，所述電壓取 樣電路取樣端電壓觸發所述開關電路導通，發出開機信號，啟動後級電路。上述的緩衝異步啟動電路，所述衝擊電流限制電路包括M0S場效應管、 充放電容、充放電阻，所述充放電容、充放電阻並聯於所述M0S場效應管的 柵極與源極之間，所述M0S場效應管的柵極與源極分別與輸入電壓高低電位 端耦合；所述飽和導通觸發電路具有二輸入端並聯於所述M0S場效應管的柵 極與源極之間。上述的緩衝異步啟動電路，所述電壓取樣電路包括分壓電阻、穩壓管、 取樣電阻，三者依次串聯後連接於所述M0S場效應管柵極與源極之間；所述 穩壓管、取樣電阻的共接點為所述取樣端，與所述開關電路的控制端連接。 所述開關電路包括第一開關管、分壓電阻、第二開關管；所述第一開關管基 極與所述電壓取樣電路取樣端連接，射極接低電位端；所述分壓電阻連接於 所述第一開關管集電極與第二開關管基極之間；所述第二開關管發射極接高 電位端，其集電極用於連接後級電路。本發明增設飽和導通觸發電路檢測衝擊電流抑制電路的輸出電壓，判斷 出其工作狀態，只有檢測到衝擊電流抑制電路飽和導通後，才給出啟動信號， 讓後級電路開始工作，因此可有效地防止後級電路在衝擊電流抑制電路工作 於線性區時啟動，避免造成隔離輸出電壓的上升沿出現嚴重的振蕩，有效保 護整個系統。本發明可廣泛應用於直流輸入的熱插拔的後級電路中，以緩衝 後級電路在熱拔插時的衝擊電流。與採用專用集成晶片實現對衝擊電流的抑制不同，本發明並非基於衝擊 電流的檢測方法來進行緩衝控制，而是通過檢測MOS場效應管的柵源極電壓來 實現緩衝啟動，即採用電壓檢測方式，只用普通的三極體和MOS場效應管以及穩壓管，加上電阻電容就能實現，所用的元器件較少，電路也較簡單，成本 顯著降低。
圖1基於控制晶片的衝擊電流控制電路實例。圖2利用N-MOS場效應管的緩衝異步啟動電路原理框圖。 圖3利用P-MOS場效應管的緩衝異步啟動電路原理框圖。 圖4 N-MOS場效應管的緩衝異步啟動原理電路。
具體實施方式下面通過具體的實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。 本發明原理框圖分別如圖2與圖3所示，在由M0S場效應管、充放電容、 充放電阻組成的衝擊電流抑制電路輸出端，增設一飽和導通觸發電路，實時 監測衝擊電流限制電路的導通狀態，當衝擊電流限制電路飽和導通時，所述 飽和導通觸發電路發出開機信號，啟動後級電路。如圖4所示為一種具體的實施方式。飽和導通觸發電路包括電壓取樣電 路、開關電路；電壓取樣電路一端與衝擊電流限制電路連接，取樣端與開關 電路控制端連接；所述衝擊電流限制電路飽和導通時，電壓取樣電路取樣端 電壓觸發開關電路導通，發出開機信號，啟動後級電路。電壓取樣電路包括 分壓電阻R3、穩壓管ZD1、取樣電阻R4，三者依次串聯後連接於MOS場效應 管柵極與源極之間；穩壓管ZD1、取樣電阻R4的共接點為電壓取樣端，與開 關電路的控制端連接。開關電路包括第一開關管Q2、分壓電阻R5、第二開關 管Q3;第一開關管Q2基極與電壓取樣電路電壓取樣端連接，射極接低電位端； 分壓電阻R5連接於第一開關管Q2集電極與第二開關管Q3基極之間；第二開 關管Q3發射極接高電位端，其集電極用於連接後級電路。本方案的工作原理如下如圖4所示，M0S場效應管Q1的源極S接到輸入的低電位端，漏極D與輸入 電容的低電位腳相連，即通過該MOS場效應管Ql把輸入電容、電源模塊整體 與輸入電源部分隔離開來，M0S場效應管的柵極G與源極S之間引入充放電容C1 和充放電阻R2的並聯網絡，M0S場效應管的驅動由輸入串接電阻R1到柵極G; 這種功能的電路已經可以實現熱插拔衝擊電流的抑制。 上電瞬間，由於輸入電容C2兩端的電壓不能突變，此時輸入電壓加在MOS 場效應管Q1的兩端，M0S場效應管Q1的漏極D電壓與輸入電壓相等；同時，輸 入電源通過M0S場效應管柵極控制電路上的電阻R1向柵極G與源極S間並聯的 充放電容C1充電，使得M0S場效應管Q1柵極與源極間的電壓以設定的速率緩慢 上升，使得MOS場效應管由截止向線性導通過渡；在線性工作區時，M0S場效 應管將根據自身的放大特性限制漏極D與源極S之間導通的最大電流，從而防 止了熱插拔時的衝擊電流，選擇不同的緩上電的電容C1，可以獲得柵-源極電 壓的上升速率，從而獲得不同的電流限制值。當M0S場效應管Q1柵極與源極電 壓足夠高時，M0S場效應管Q1才進入飽和導通。但電容C1的選擇也必須參考輸 入電容的大小，以使得電容C1上的電壓使M0S場效應管在飽和導通前，輸入電 壓的電壓已經達到輸入電壓的90%以上。本設計可在原理不變的情況下，更改飽和導通觸發方法實現本緩衝啟動 的功能。
權利要求
1、一種後級電路熱插拔衝擊電流抑制方法，包括如下步驟1)利用衝擊電流抑制電路，實現輸出電流的緩慢上升，並限制其最大輸出電流；2)利用飽和導通觸發電路實時監測所述衝擊電流限制電路的導通狀態，當所述衝擊電流限制電路飽和導通時，所述飽和導通觸發電路發出開機信號，啟動後級電路。
2、 如權利要求1所述的方法，其特徵是所述衝擊電流抑制電路包括MOS管、並聯於其柵極與源極之間的電阻和電容，可以根據後級電路輸入電 容的大小，選擇MOS場效應管工作於線性放大區的時間。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵是所述飽和導通觸發電路根據對MOS場效應管的柵極源極之間電壓的監測，判斷MOS場效應管工作狀態， 給出後級電路啟動信號，防止後級電路在MOS場效應管工作於線性區時啟 動。
4、 如權利要求2所述的方法，其特徵是所述衝擊電流抑制電路的最大 電流限制值、電流上升速率可通過對本電路選擇不同的電容來實現。
5、 如權利要求3所述的方法，其特徵是所述飽和導通觸發電路通過電 壓取樣電路實時監測柵極源極之間電壓，當取樣電壓達到預定值時，啟動開 關電路，所述開關電路輸出啟動信號給後級電路。
6、 一種熱插拔衝擊電流抑制的緩衝異步啟動電路，包括衝擊電流限制電 路，實現輸出電流緩慢上升；其特徵是還包括飽和導通觸發電路，實時監 測所述衝擊電流限制電路的導通狀態，當所述衝擊電流限制電路飽和導通時， 所述飽和導通觸發電路發出開機信號，啟動後級電路。
7、 如權利要求6所述的緩衝異步啟動電路，其特徵是所述飽和導通觸 發電路包括電壓取樣電路、開關電路；所述電壓取樣電路一端與所述衝擊電 流限制電路連接，取樣端與所述開關電路控制端連接；所述衝擊電流限制電 路飽和導通時，所述電壓取樣電路取樣端電壓觸發所述開關電路導通，發出 開機信號，啟動後級電路。
8、 如權利要求7所述的緩衝異步啟動電路，其特徵是所述衝擊電流限 制電路包括MOS場效應管、充放電容、充放電阻，所述充放電容、充放電阻 並聯於所述MOS場效應管的柵極與源極之間，所述MOS場效應管的柵極與源 極分別與輸入電壓高低電位端耦合；所述飽和導通觸發電路具有二輸入端並 聯於所述MOS場效應管的柵極與源極之間。
9、 如權利要求8所述的緩衝異步啟動電路，其特徵是所述電壓取樣電 路包括分壓電阻(R3)、穩壓管(ZD1)、取樣電阻(R4)，三者依次串聯後連 接於所述MOS場效應管柵極與源極之間；所述穩壓管(ZD1)、取樣電阻(R4) 的共接點為所述取樣端，與所述開關電路的控制端連接。
10、 如權利要求9所述的緩衝異步啟動電路，其特徵是所述開關電路 包括第一開關管(Q2)、分壓電阻(R5)、第二開關管(Q3);所述第一開關管(Q2)基極與所述電壓取樣電路取樣端連接，射極接低電位端；所述分壓電 阻(R5)連接於所述第一開關管(Q2)集電極與第二開關管(Q3)基極之間; 所述第二開關管(Q3)發射極接高電位端，其集電極用於連接後級電路。
全文摘要
本發明公開了一種後級電路熱插拔衝擊電流抑制方法及其緩衝異步啟動電路，緩衝異步啟動電路在衝擊電流抑制電路的基礎上，增設飽和導通觸發電路檢測衝擊電流抑制電路的輸出電壓，判斷出其工作狀態，只有檢測到衝擊電流抑制電路飽和導通後，才給出啟動信號，讓後級電路開始工作，因此可有效地防止後級電路在衝擊電流抑制電路工作於線性區時啟動，避免造成隔離輸出電壓的上升沿出現嚴重的振蕩，有效保護整個系統。本發明可廣泛應用於直流輸入的熱插拔的後級電路中，以緩衝後級電路在熱插拔時的衝擊電流。
文檔編號H02H3/08GK101150249SQ20061006268
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月18日 優先權日2006年9月18日
發明者唐志傑, 駱春敏 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司