講MOS管卻不說電源緩啟動電路，總會感覺少了點什么。不過我們首先需要明確兩個問題：1，為什么需要電源啟動？2，電源緩啟動能做什么？

1，為什么需要電源緩啟動

如下圖所示，設備電源在沒有緩啟動情況下，熱插拔過程中出現的現象現象；電源熱插拔瞬間：1，連接器的機械觸點在接觸瞬間會出現彈跳，引起電源振蕩；2，由于系統大容量儲能電容的充電效應，系統中會出現很大的沖擊電流。熱插拔帶來的電壓波動和電流沖擊的異常情況，會對后端器件帶來損傷。

所以，電源緩啟動涉及到了兩部分功能：1，防抖設計：濾除電源插座插入過程中的前幾十毫秒時間不穩定時間電源；2，控制電源電壓上升斜率，限制電源最大沖擊電流。

2，電源緩啟動電路結構

如下圖所示為分立器件搭建的-48V電源緩啟動電路，相信很多人都非常熟悉，當然也有5V/12V搭建的分立緩啟動電路，兩者電路設計工作原理相同，不同的是：-48V緩啟動使用增強型NMOS，而+12V/5V緩啟動需使用增強型PMOS（若無外部升壓控制電路）。接下來我們就以-48V電源緩啟動為例，來分析緩啟動電路的結構，工作原理及開啟過程。

組成緩啟動電路必要的器件，說明如下：

1. D1（TVS管）：防止輸入電壓過大損壞后級電路；

——用于電源電路的浪涌防護，MOS管導通前若VDS過大會造成損壞。

2. R2/R1和C1：實現防抖動延時功能，R1給C1提供快速放電通道；R1/R2分壓值大于D3的穩壓值；R2選20K歐姆，R1選10K，C1選4.7uF左右（具體根據濾波時長要求）；

——RC充電電路，充電時長計算是：R1和R2的并聯對C1的充電；

3. R3和C2：控制電源電壓上升斜率；R3選200K歐姆，C2取值為10 nF~100nF（具體根據斜率要求）；

——R3與C2之間其實還串了R5，但是R5相比R3小了太多，所以不考慮。

4. R4和R5：防止MOS管自激振蕩；R4選10～50歐姆，R5選2K歐姆；

5. D3（穩壓二極管）：保護MOS管Q1的柵-源極不被高壓擊穿；

——保證VGS電壓的穩定，減小輸入電源波動所影響。

6. D2（肖特基二極管）：隔離防抖動延時電路和上電斜率控制電路，防止上電斜率控制過程受C1的影響。

3，電源緩啟動工作原理

我們將緩啟動電路中幾個關鍵的位置標注出來，分別是：a，b（防抖電路）和c，d（電壓緩起電路），如下圖所示。

接下來我們將電源上電分為4個緩起階段，來分解緩啟動電路的功能：

1. 防抖動電路作用階段：-48V上電，Va電壓跟隨-48V電源輸入快速下降：

1,防抖動延時部分電路工作狀態：Vb電壓從開始跟隨輸入電壓瞬間降至-48V，然后緩慢上升，對C1兩端電壓充電：R1/R2與C1的RC時間計算；

2,此時Vc電壓也瞬間被Vb拉低D2導通，Vc電壓稍高于Vb（二極管導通電壓，ex：0.4V），而VGS=Vc-Va，其隨R1/R2對C1的充電而增大，此時Q1處于截止狀態；

3,由于Q1處于截止狀態，那么Vd=0V，初始狀態的Vcd電壓為-47.6V，C2通過R5瞬間充滿電，所以C2的初始電壓也為-47.6V，然后隨著c點電壓Vc的升高而緩慢放電；

4, D2右側的斜率控制部分電路工作狀態：通過R3向D2方向流過電流，由于Vb點電壓從-48V開始緩慢上升，所以Vc電壓也從-47.6V緩慢上升；

5, R1(10K)/R2(20K)/C1(4.7uF)的充電速度快于R3(200K)/R5(2K)/C2(10nF)，最遲在VGS前d2截止，兩部分電路相互獨立。<>

2. Q1打開階段（t2->t3）：VGS電壓VGS(th)（假設為：2V）上升至Vplt，MOS管Q1為完全打開：

1,如果Q1在t2~t3階段D2未截止：電壓緩啟動會受到R1/R2/C1的影響，導致不能自由控制電源緩起；

2,如果Q1在t2~t3階段D2截止：電壓緩起由R3/R5/C2的放電時間所決定；在緩啟動設計中，在提供足夠大的防抖動時間的前提下，最好米勒平臺之前，結束防抖動電路作用，此后開啟時間由電壓緩啟動電路負責；

3,那如何保證防抖動電路與電壓緩起電路比較良好的交接，取決于R1/R2與C1充電至2V的時間，和R3與C2充電時間的計算。

3. 米勒平臺階段（t3->t4）：VGS上升至Vplt（假設Vplt=5V），此時Q1允許流過的最大電流即為緩啟動電路限制的最大沖擊電流（米勒平臺的原理參考上一節）：

1,當漏電流Idrain不斷增大，直到負載端電壓VD由0V開始下降，此時開始米勒平臺階段；一般開啟瞬間設備電源輸入最大電流是在設備電源電壓開始上升之前，此時Q1通過自身的壓降來限制沖擊電流的大小；

2,米勒效應將C2電容的容值被放大n倍，同時C2兩端電壓Vcd急劇變化，通過R3的電流流入C2，VGS電壓（Vc）保持不變；

3,米勒平臺時間取決于R3/R5/C2電路放電的快慢，直到VDS=0V時結束米勒平臺。

4. Q1完全開啟：

1,米勒平臺階段結束后，Vd為-48V保持不變；

2, R3/R5繼續向C2充電，同時R3/R4向CGS充電，VGS電壓繼續上升并穩定在D3的穩壓點（假設為10V，Vc<16V，避免受輸入電源電壓波動的影響）；

3,防抖電路R1/R2對C1的充電結束后，Vb點電壓最終為R1和R2的分壓（16V）。

三，MOS管應用-開關電源

開關電源是MOS管一個非常重要的應用，MOS管由于開關速度快，通流能力強，非常適合在低壓，大電流，中等功率（幾百瓦）以下的應用，能有效提升電源轉換效率。

如下圖所示為BUCK開關電源的驅動部分電路，以及PWM對應的上管和下管控制波形。

1. 開關電源的開關（對應上管）和續流二極管（對應下管），可以使用MOS管來實現，而MOS管上管和下管開啟/關閉的時間，決定了MOS管的開關損耗：

——從MOS管的導通過程分析中，我們看到MOS管開關損耗主要發生在t2->t4階段，即從MOS管打開至米勒平臺結束這個階段，而其中的重點又是米勒平臺階段。

1,上管上升時間：Tru；

2,上管下降時間：Tfu；

3,下管上升時間：Trl；

4,下管下降時間：Tfl。

2. 如果上下管同時導通，會導致電源到地短路；要避免上下管同時開啟，在開啟上下管之間增加死區時間：

——死區時間的設計標準已經歷了好幾代（具體后續“開關電源”專題講解），而且很多開關電源芯片已預留了死區時間，但在具體設計時外部的條件：MOS管選型，驅動走線設計等，都會影響死區的裕量，有可能還是會導致上下管同時導通。

1, Tugflgr(uG to lG dead time)；

2, Tlgfugr(lG to uG dead time)。

3. MOS管寄生二極管續流和寄生電容的影響：

1,寄生二極管是MOS管固有的，由P襯底和N（D極）之間形成，在BUCK電源中用于死區時間內提供電感續流電流；

2, CGD容值的大小會影響米勒平臺時間的長短，米勒平臺時間越長，MOS管的開關損耗就越大，加強驅動能力（1A以上），可以有效減小米勒平臺時間；

3, CGS電容和PCB線路寄生電感（L）可能會諧振產生LC振蕩，導致MOS管誤開啟/關斷，需要在G極走線上串聯電阻（1/2.2ohm），并聯K級阻值電阻，防止振蕩及EMI輻射問題；

4,在D、S之間增加電容，用于吸收開關過程中的浪涌電流。

編輯：黃飛