專利名稱：電源緩啟動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地涉及一種電源i爰啟動裝置。
技術(shù)背景目前，通信設(shè)備的集成度和復(fù)雜度越來越高，出于保護(hù)設(shè)備、 P務(wù)〗氐電石茲干^尤(Electromagnetic Interference, 簡《爾EMI)等方面6勺 考慮，通信系統(tǒng)對設(shè)備電源上電過程提出了更嚴(yán)格的要求，電源上 電緩啟動控制是常用的保護(hù)通信設(shè)備和降低EMI的方法。現(xiàn)有的設(shè) 備電源上電緩啟動控制方法如圖1所示，在電源回路中增加功率場 效應(yīng)管(MOSFET),通過控制MOSFET的4冊源電壓KGS來控制 MOSFET的溝道電阻，從而控制設(shè)備電源上電過程中流過設(shè)備的電 流，通過構(gòu)造不同的Fgs波形，形成不同的緩啟動控制方法。^f旦這 種緩啟動控制方法存在以下不足①屬于開環(huán)控制電路，易受元器 件參凄t偏差、負(fù)載變化、以及電源波動等的影響，負(fù)載電流難以津青 確控制；②緩啟動過程結(jié)束后，控制電路即"失效"，當(dāng)負(fù)載特性變 化和電源發(fā)生突變時，不能保護(hù)設(shè)備和抑制EMI干擾。發(fā)明內(nèi)容鑒于以上所述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了 一種新的電源 緩啟動裝置，以在負(fù)載上電過程中將負(fù)栽電流與輸入控制電壓之間 的關(guān)系控制成嚴(yán)格的線性關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明的電源緩啟動裝置包括功率場效應(yīng)管，連接在線 性電流控制單元、電流沖企測單元、以及負(fù)載單元之間，用于4空制;充 過負(fù)載單元的電流的大?。痪€性電流控制單元，連4妄在功率場效應(yīng) 管、電流檢測單元、以及裝置輸入端之間，用于根據(jù)電流檢測單元 的4企測結(jié)果，只于功率場歲文應(yīng)管的4冊-源電壓進(jìn)4亍調(diào)節(jié)；以及電流檢 測單元，連4妄在功率場效應(yīng)管、線性電流控制單元、以及負(fù)載單元 之間，用于檢測流過負(fù)載單元的電流的大小。其中，線性電流控制單元包括輸入衰減單元，用于對來自裝 置輸入端的輸入電壓進(jìn)行衰減；差值放大單元，用于對電流檢測單 元的輸入端和輸出端之間的電位差進(jìn)行放大；以及運(yùn)算》文大單元， 用于生成用于對功率場效應(yīng)管的棚--源電壓進(jìn)^f亍調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)電壓。其中，l命入衰減單元包4舌至少一個電阻。電流沖全測單元為與負(fù) 載單元串聯(lián)的一個或多個電阻。其中，差值放大單元與電流檢測單元構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)的反饋系 數(shù)尺=<^^&￡,其中，G^是差值放大單元的增益，&￡是電流檢測 單元的電阻阻值。運(yùn)算》文大單元與功率場效應(yīng)管構(gòu)成的開環(huán)傳遞環(huán) 節(jié)的傳遞函數(shù)i^Gx Gm，其中，C7是運(yùn)算放大單元的增益，C^是 功率場效應(yīng)管的跨導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的電源緩啟動裝置的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G-^-丄.~^~，其中，K是差值放大單元與電流檢測單元 w i + a: . //構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)，Vin是輸入電壓，Ibd是流過負(fù)載單元的電;充。其中，差值放大單元是誤差放大器，運(yùn)算放大單元是運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的增益大于1E4，功率場效應(yīng)管的跨導(dǎo)介于35至 100之間。
通過本發(fā)明，可以在負(fù)載上電過程中將負(fù)載電流與輸入控制電 壓之間的關(guān)系控制成嚴(yán)格的線性關(guān)系，并且可以通過對輸入控制電 壓編程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的負(fù)載電流緩啟動控制。本發(fā)明能夠克服元件制 造偏差、負(fù)載特性變化等因素，在應(yīng)用于不同負(fù)載或替換關(guān)鍵元件(如MOSFET)時，無需更改控制電路參數(shù)。另夕卜，反々貴的引入在 一定程度上抑制了由負(fù)載特性變化和電源突變等引起的浪涌電流， 提高了電源緩啟動裝置的EMI性能。


此處所說明的附圖用來l是供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申 請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并 不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1是現(xiàn)有的緩啟動控制電路的框圖；圖2是本發(fā)明的原理框圖；圖3是本發(fā)明的閉環(huán)控制4莫型圖；圖4是本發(fā)明的一種電路實(shí)現(xiàn)圖；以及圖5是本發(fā)明的使用結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖，詳細(xì)"i兌明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖2是本發(fā)明的原理框圖。如圖2所示，才艮據(jù)本發(fā)明的電源》爰 啟動裝置包括以下組成部分功率MOSFET、電流;f企測單元、線性 電流4空制單元。其中，電流才企測單元由功率電阻組成；線性電流4空
制單元由誤差放大器、運(yùn)算放大器、以及電阻構(gòu)成的輸入衰減網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)成。圖3是本發(fā)明的閉環(huán)控制模型。在圖3中，W"表示輸入控制 電壓；J/c/'"表示衰減后的輸入控制電壓；&￡表示反饋電壓；//。^表 示負(fù)載電流；丄表示輸入電壓衰減系數(shù)；//表示控制系統(tǒng)的開環(huán)傳 遞函數(shù)；AT表示反々貴系數(shù)。G —腸d —丄其中，該閉環(huán)控制模型的閉環(huán)傳遞函數(shù)為—.1 + M。當(dāng)《/7>>1時，Gw￡i。即，當(dāng)環(huán)3各增益足夠大時，閉環(huán)系統(tǒng)的響 應(yīng):f又決于反々貴，而幾乎與開環(huán)特性無關(guān)。圖4是本發(fā)明的一種電路實(shí)現(xiàn)。在圖4中，電流4企測單元由0.02 歐姆的功率電阻組成；線性電流控制單元由誤差放大器Al、運(yùn)算》文 大器A2、以及R3和R4構(gòu)成的l敘入衰減網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中，電流枱r 測電阻串聯(lián)在負(fù)載電流回路中，它兩端的壓降與負(fù)載電流成正 比，&￡兩端的壓降經(jīng)誤差放大器Al放大后得到運(yùn)算放大器A2的 反相輸入電壓^=G￡'//^^/^。輸入控制電壓w"經(jīng)過電阻R3和 R4構(gòu)成的衰減網(wǎng)絡(luò)衰減后，作為運(yùn)算方文大器A2的同相輸入電壓 Fc,'w=W"xZ。其中，為了滿足黃金頭見則(運(yùn)算方文大器同相輸入端電 壓等于反相輸入端電壓)，運(yùn)算放大器A2調(diào)整F77的柵源電壓KGS, 以控制的溝道電阻，直到負(fù)載電流滿足以下條件T/o。J = W"--^-//oac/. = 或 / 促.G￡ ,即實(shí)現(xiàn)了控制電壓與負(fù)載電流的線性關(guān)系。其中，電阻R3和R4構(gòu)成的輸入衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓衰減系凝: L=R4/( R3+R4 );誤差》文大器Al和電阻i^構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)的反饋 系數(shù)《=(^^&￡，其中，Gf20為誤差放大器的增益，/^￡=0.02為
電流檢測電阻；運(yùn)算放大器A2構(gòu)成加法器，其與MOSFET構(gòu)成的 開環(huán)傳遞環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)/^Gx GW,其中，運(yùn)算》文大器的增益的 典型值01E4， MOSFET跨導(dǎo)的典型值35〈GA^100。將以上參數(shù)的2.500017S>2>2.500006S 典型值代入閉環(huán)傳遞函數(shù)，可以得出 Z 。當(dāng)輸入控制電壓F w對應(yīng)的負(fù)載電流達(dá)到電源系統(tǒng)能夠供給的 最大電流// 或負(fù)載吸收的電流達(dá)到最大值A(chǔ)皿后，如果W"繼續(xù) 增大，則運(yùn)算放大器輸出正向飽和，運(yùn)算放大器輸出固定為最大電 源電壓，使VT1處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，負(fù)載緩啟動過程結(jié)束。對于根據(jù)本發(fā)明的電源緩啟動裝置，在正常工作過程中，當(dāng)由 于負(fù)載變化或電源變化引起的浪涌電流大于Ww i殳置的最大電流 /腿釘=W"^/d 時，運(yùn)算放大器A2會通過調(diào)節(jié)J^s來調(diào)節(jié)VT1的溝道電阻，以將其電流限制在/M4^SW之內(nèi)，從而在一定程度上抑制浪涌電流的產(chǎn)生，4是高系統(tǒng)的EMI性能。由于輸入電壓衰減環(huán)節(jié)不在反々責(zé)回路中，并不影響線性度，因 此，在MOSFET跨導(dǎo)變化范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的電源緩啟動裝置的 線性度優(yōu)于(2.500017-2.500006)/2.500006<le-6。所以，負(fù)載啟動 過程中的電流//。。rf可以由緩啟動控制電壓K/w精確控制。上面的討論已經(jīng)闡述了本發(fā)明的工作原理，圖5給出了它在纟爰啟動電i 各中的應(yīng)用結(jié)果。在圖5中，分別給出了ilr入控制電壓w"、VT1柵源電壓Fgs、和負(fù)載電流的曲線。其中，緩啟動控制電壓凈皮 設(shè)計(jì)成具有線性上升沿和下降沿的波形，且下降過程比上升過程快。 在0 0.5ms內(nèi)，由于控制電壓為負(fù)電壓，運(yùn)算放大器輸出電壓負(fù)飽 和，Kc;s鎖定在0V，迫使MOSFET保持關(guān)斷，負(fù)載電流為0A。 0.5 6.5ms內(nèi)，控制電壓線性增大，負(fù)載電流隨輸入控制電壓線性增 加，這一過程即為緩啟動的過程。6.5 10ms內(nèi)，由于負(fù)載電流已達(dá)到最大值，運(yùn)算放大器輸出正飽和，^cs鎖定在運(yùn)算》文大器輸出最大電壓10V, MOSFET保持完全開啟狀態(tài)，緩啟動過程結(jié)束。10~30ms 內(nèi)的情況同6.5 10ms—樣，運(yùn)算放大器控制輸出飽和，使MOSFT 保持完全開啟。30 32ms內(nèi)，控制電壓迅速線性下降，MOSFET控 制電壓K^和負(fù)載電流經(jīng)過與上升過程相反的過程，分別下降到OV 和0A?？梢钥闯?，無"i侖是在負(fù)載電流上升或下降的過程中，F(xiàn)gs并 非線性變化，正是由于反々赍回路控制FG^吏其^氐消了 MOSFET傳遞 特性的非線性，才實(shí)現(xiàn)了負(fù)栽電流的線性控制。采用本發(fā)明，通過設(shè)計(jì)不同的控制電壓波形(電壓波形的設(shè)計(jì) 相對電流波形設(shè)計(jì)來說是比較容易)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備電源上電緩啟動 任意規(guī)律的負(fù)載電流控制，如指數(shù)緩啟動、階梯緩啟動、甚至是阻 尼振蕩緩啟動；同樣的原理，通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂齐妷簛砜刂曝?fù)載 的關(guān)斷過程，可以實(shí)現(xiàn)"緩關(guān)閉"控制電路。綜上所述，本發(fā)明可以在負(fù)載上電過程中將負(fù)載電流與輸入控 制電壓之間的關(guān)系控制成嚴(yán)格的線性關(guān)系，并且可以通過對輸入控 制電壓編程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的負(fù)載電流緩啟動控制。另外，本發(fā)明可以 克服元件制造偏差、負(fù)載特性變化等因素，在應(yīng)用于不同負(fù)載或替 換關(guān)鍵元件(如MOSFET)時，無需更改控制電路參數(shù)。另夕卜，反 饋的引入在一定程度上抑制了由負(fù)載特性變化和電源突變等引起的 浪涌電流，提高了的電源緩啟動裝置的EMI性能。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均 應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電源緩啟動裝置，其特征在于，包括功率場效應(yīng)管，連接在線性電流控制單元、電流檢測單元、以及負(fù)載單元之間，用于控制流過所述負(fù)載單元的電流的大小；所述線性電流控制單元，連接在所述功率場效應(yīng)管、所述電流檢測單元、以及裝置輸入端之間，用于根據(jù)所述電流檢測單元的檢測結(jié)果，對所述功率場效應(yīng)管的柵--源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；以及所述電流檢測單元，連接在所述功率場效應(yīng)管、所述線性電流控制單元、以及所述負(fù)載單元之間，用于檢測流過所述負(fù)載單元的電流的大小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源緩啟動裝置，其特征在于，所述線 性電流控制單元包括輸入衰減單元，用于對來自所述裝置輸入端的輸入電壓進(jìn) 行衰減；差值;改大單元，用于對所述電流檢測單元的輸入端和輸出 端之間的電位差進(jìn)行放大；以及運(yùn)算放大單元，用于生成用于對所述功率場效應(yīng)管的柵-源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源緩啟動裝置，其特征在于，所述輸 入衰減單元包4舌至少 一 個電阻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源緩啟動裝置，其特征在于，所述電 流檢測單元為與所述負(fù)載單元串聯(lián)的一個或多個電阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源緩啟動裝置，其特征在于，所述差 值放大單元與所述電流檢測單元構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)《=(^^&￡，其中，Gfi是所述差值放大單元的增益，&￡是所述電流;險測單元的電阻阻值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源緩啟動裝置，其特征在于，所述運(yùn) 算放大單元與所述功率場效應(yīng)管構(gòu)成的開環(huán)傳遞環(huán)節(jié)的傳遞 函數(shù)7X7xC m，其中，G是所述運(yùn)算放大單元的增益，GW是 所述功率場效應(yīng)管的跨導(dǎo)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源緩啟動裝置，其特征在于，所述裝 置的閉環(huán)傳遞函數(shù)為( = ^^ =丄.~^~,其中，尺是所述差值放大單元與所述電流檢測單元構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)， 是所述輸入電壓，//。^是流過所述負(fù)載單元的電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電源緩啟動裝置，其特征 在于，所述差值放大單元是誤差放大器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電源緩啟動裝置，其特征 在于，所述運(yùn)算放大單元是運(yùn)算放大器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電源緩啟動裝置，其特征 在于，所述運(yùn)算放大器的增益大于1E4，所述功率場效應(yīng)管的 跨導(dǎo)介于35至100之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電源緩啟動裝置，包括功率場效應(yīng)管，連接在線性電流控制單元、電流檢測單元、以及負(fù)載單元之間，用于控制流過負(fù)載單元的電流的大?。痪€性電流控制單元，連接在功率場效應(yīng)管、電流檢測單元、以及裝置輸入端之間，用于根據(jù)電流檢測單元的檢測結(jié)果，對功率場效應(yīng)管的柵——源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；以及電流檢測單元，連接在功率場效應(yīng)管、線性電流控制單元、以及負(fù)載單元之間，用于檢測流過負(fù)載單元的電流的大小。本發(fā)明可以在負(fù)載上電過程中將負(fù)載電流與輸入控制電壓之間的關(guān)系控制成嚴(yán)格的線性關(guān)系，并且可以通過對輸入控制電壓編程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的負(fù)載電流緩啟動控制。
文檔編號H02M1/36GK101114826SQ20071012961
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者趙剛鋒, 建 齊 申請人:中興通訊股份有限公司