如何讓開關電源啟動電路更加安全可靠？-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-08-04
在開關電源設計中，啟動電路的設計往往會影響開關電源的啟動性能、轉換效率以及在高溫高壓滿載下的穩定性；啟動電路在為系統提供能量的同時，由于自身在極端惡劣情況下的嚴重損耗會給電源的穩定性帶來風險。好的啟動電路只在電源系統啟動時為其提供能量，當系統正常運行后便停止工作。
DC-DC開關電源的輸入電壓范圍寬，而電源IC芯片又需要穩定的工作電壓，則啟動電路就需要為IC提供安全穩定的啟動電壓。
如下圖1所示，主要是一個由電阻和穩壓管組成的簡單啟動電路，正常工作下該啟動電路功耗較大，尤其開關電源在高溫環境、輸入高壓、輸出滿載的情況下啟動電路發熱嚴重極易給系統的穩定帶來風險，而且還會降低開關電源的轉換效率。
圖1 簡單啟動電路
因此，啟動電路不適合長時間持續地為電源IC及保護電路提供能量，一般只在系統啟動時刻為其提供能量。當輸出電壓建立后，則由損耗較小的輔助繞組為芯片及保護電路提供能量，而此時的啟動電路需停止工作。
如下圖2所示，為現在開關電源中常用的啟動電路，該電路采用兩個三極管做二級放大，可等效為三端線性穩壓電源，具有啟動速度快、性能安全可靠、輸出電壓建立后立刻停止工作的優點。
輸入電壓VIN為NPN三極管Q1提供IB電流使用它處于放大區，IC為放大電流也為PNP三極管Q2的基極，通過對IC電流的控制，可使Q2處于飽和狀態并以IE的飽和電流向電容C充電，直到Q2處于半截止或半飽和狀態。
此時，電容就等效成一個恒流源為IC芯片提供能量，當電容電壓降到一定值時，啟動電路繼續為電容充電，直到輔助供電有電壓后，才通過電阻R2、R3之間的分壓使Q1處于截止狀態，此時啟動電路才停止工作，之后芯片的供電完全由輔助繞組提供。
圖2 標準啟動電路
如下圖3所示，為圖2電路的實驗波形圖，綠色為IE電流波形，黃色為VDD電壓波形（示波器采用zlgZDS2022）。
從圖中可看出開關電源啟動可分三個階段，第一階段，在電時IE以近似1mA的電流向電容C充電，當VDD電壓達到UCC28C40門限電壓時進入第二階段，此時飽和電流增加至5mA，在為IC供電的同時繼續為電容充電，當輸出電壓建立后進入第三階段，此時IE電流為零，啟動電路停止工作，VDD電壓上升至輔助繞組電壓。
在啟動的整個過程中，IE的電流都是比較小而且比較平緩，所以該電路安全可靠。
圖3 實驗電路波形圖
要讓啟動電路安全可靠地運行，除了必要的理論計算以外，更多應該注意的是器件的選擇，謹慎的器件選擇能使電路的真實值更加接近計算的理論值。
穩壓管D1要選擇動態電阻小、膝點低的，這樣能使Q1基極的電位在輸入電壓大幅度變化下保持一個較小的波動，從而使得供電電壓VDD穩定。
電阻R1、R2、R3的電阻值在電路正常工作下盡量取大一些，以減小啟動電路的損耗。R4主要是限制IE電流使得Q2快速達到飽和點，如果在條件允許下Q2的封裝盡量大一點以增強散熱能力。
輔助繞組的電壓也是影響啟動電路穩定的因素，輔助繞組電壓偏低，則會使啟動電路在開關電源帶載時未能完全管斷，Q2管在高溫高壓滿載情況下很可能會因過熱而燒毀；
輔助繞組電壓偏高，在某些異常情況下會使得輔助繞組供電的電壓接近或超過電源IC的額定電壓，對電源IC構成威脅。輔助繞組的電壓過高也會對開關電源的整體效率有一定影響。
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