La mayoría de los sistemas electrónicos ahora necesitan admitir la función de intercambio en caliente, denominada intercambio en caliente, es decir, cuando el sistema funciona normalmente, una unidad del sistema está conectada y desconectada con alimentación, y no tiene ningún impacto en el sistema.
Hay dos efectos principales de la conexión en caliente en el sistema: primero, durante la conexión en caliente, los contactos mecánicos del conector rebotarán en el momento del contacto, causando oscilación de la fuente de alimentación, como se muestra en la siguiente figura:
Este proceso de oscilación hará que la fuente de alimentación del sistema se caiga , Causar un error de bit o reiniciar el sistema también puede provocar que el conector se incendie y provocar un incendio.
La solución es retrasar el tiempo de encendido del conector. No encienda el conector dentro de las docenas de milisegundos de la fluctuación de fase del conector ((t1 a t2), espere la estabilidad de la inserción (después de t2), y luego encienda, es decir, retardo anti-fluctuación .
En segundo lugar, cuando se realiza un intercambio en caliente, debido al efecto de carga del condensador de almacenamiento de energía de gran capacidad del sistema, aparecerá una gran corriente de entrada en el sistema. Todos saben que cuando el condensador se está cargando, la corriente disminuye exponencialmente (abajo a la izquierda). Al comienzo de la carga, la corriente de entrada es muy grande.
Esta corriente de sobretensión puede quemar el fusible de la fuente de alimentación del dispositivo, por lo que la corriente de sobretensión debe controlarse durante el intercambio en caliente para que cambie de acuerdo con la tendencia ideal, como se muestra en la figura superior derecha. 0 ~ t1 en la figura es el tiempo de inicio lento de la fuente de alimentación.
En resumen, la función principal del circuito de arranque lento es lograr dos funciones:
1). Encendido de retardo anti-fluctuación;
2). Controlar la pendiente ascendente y la amplitud de la corriente de entrada.
Hay dos tipos de circuitos de arranque lento: tipo de pendiente de voltaje y tipo de pendiente de corriente.
El circuito de inicio lento del tipo de pendiente de voltaje tiene una estructura simple, pero el cambio de su corriente de salida se ve muy afectado por la impedancia de carga, mientras que el cambio de corriente de salida del circuito de inicio lento del tipo de pendiente de corriente no se ve afectado por la carga, pero la estructura del circuito es complicada.
Lo siguiente se enfoca en el circuito de arranque lento de tipo voltaje.
El tubo MOS generalmente se usa en el diseño para diseñar el circuito de arranque lento. El tubo MOS tiene las características de Rds de baja resistencia y conducción simple, y se puede agregar una pequeña cantidad de componentes para formar un circuito de arranque lento. Normalmente, PMOS se utiliza para fuentes de alimentación positivas y NMOS se utiliza para fuentes de alimentación negativas.
La siguiente figura es un circuito de arranque lento de fuente de alimentación de -48 V construido con NMOS. Analicemos el principio de funcionamiento del circuito de arranque lento.
1). D1 es un diodo de sujeción para evitar que el voltaje de entrada sea demasiado grande para dañar el circuito posterior;
2). El papel de R2 y C1 es realizar la función de retardo anti-fluctuación. En aplicaciones prácticas, R2 generalmente elige 20K ohmios, y C1 elige aproximadamente 4.7uF ;
3). El papel de R1 es proporcionar un canal de descarga rápida para C1, que requiere que el valor de división de voltaje de R1 sea mayor que el valor de regulación de voltaje de D3. En aplicaciones prácticas, R1 generalmente se selecciona para estar alrededor de 10K;
4) . R3 y C2 se usan para controlar el encendido La pendiente ascendente de la corriente. En aplicaciones prácticas, R3 es generalmente de unos 200K ohmios, C2 es 10 nF ~ 100nF;
5). El papel de R4 y R5 es evitar la auto-oscilación del tubo MOS, que requiere R4, R5lt; <R3, R4 El valor es generalmente entre 10-50 ohmios, R5 es generalmente 2K ohmios;
6). El papel del diodo de sujeción D3 es proteger la fuente de la puerta del transistor MOS Q1 de la ruptura de alto voltaje; el papel de D2 es conducir Después de la conexión, el circuito de retardo anti-jitter compuesto por R2 y C1 y el circuito de control de pendiente de encendido compuesto por R3 y C2 están aislados para evitar que el proceso de carga de la puerta MOS se vea afectado por C1.
Analicemos el principio de inicio lento de este circuito:
supongamos que la capacitancia parásita entre la compuerta y la fuente del transistor MOS Q1 es Cgs, la capacitancia parásita entre la compuerta y el drenaje es Cgd, y la capacitancia parásita entre el drenaje y la fuente es Cds, la compuerta -El condensador C2 (C2gt;> Cgd) está conectado en paralelo al exterior del drenaje, por lo que la capacitancia total de drenaje de compuerta C'gd = C2 + Cgd. Dado que la capacitancia de Cgd es casi insignificante en relación con C2, C'gd ≈C2, el voltaje de encendido de la compuerta del tubo MOS es Vth. Durante la operación normal, el voltaje fuente de la compuerta del tubo MOS es Vw (este voltaje es igual al voltaje de sujeción del regulador de voltaje D3), y la constante de tiempo de carga del capacitor C1 es t = (R1 // R2 // R3) C1. Dado que R3 suele ser mucho más grande que R1 y R2, t≈ (R1 // R2) C1.
A continuación, se analiza el principio de funcionamiento del circuito de inicio lento de voltaje anterior en tres etapas: La
primera etapa: se utiliza una potencia de -48 V para cargar C1, y la fórmula de carga es la siguiente.
Uc = 48 R1 / (R1 + R2) [1-exp (-T / t)], donde T es el momento en que el voltaje del condensador C1 sube a Uc, y la constante de tiempo t = (R1 // R2) C1. Por lo tanto, el tiempo requerido desde el encendido hasta el encendido del tubo MOS es: Tth = -t ln [1- (Uc * (R1 + R2) / (48 R1))]
Segunda etapa: después de encender el tubo MOS, la corriente de drenaje Comienza a aumentar y su tasa de cambio es proporcional a la tasa de cambio de la transconductancia del tubo MOS y el voltaje de la puerta de entrada. La relación específica es: dIdrain / dt = gfm dVgs / dt, donde gfm es la transconductancia del tubo MOS, y es un valor fijo Para la corriente de drenaje, Vgs es el voltaje de fuente de compuerta del tubo MOS. Durante este período, el voltaje de fuente de compuerta controla constantemente la corriente de fuente de drenaje. El tubo MOS se resume como un dispositivo controlado por voltaje.
La tercera etapa: cuando la corriente de la fuente de drenaje Idrain alcanza la corriente de carga máxima, el voltaje de la fuente de drenaje también alcanza la saturación y, al mismo tiempo, el voltaje de la fuente de la puerta entra en el período de meseta y la amplitud del voltaje se establece en Vplt. Dado que la corriente de la fuente de drenaje Ids permanece constante durante este período, el voltaje de la fuente de la puerta Vplt = Vth + (Ids / gfm), y al mismo tiempo, debido a que el voltaje de la fuente de la puerta fija hace que la corriente de la puerta pase a través del condensador de retroalimentación C'gd, la corriente de la puerta es Ig = (Vw-Vplt) / (R3 + R5), porque R5 es insignificante en relación con R3, por lo que Ig≈ (Vw-Vplt) / R3. Debido a que la puerta actual Ig≈Icgd, Icgd = Cgd dVgd / dt. Como el voltaje de la fuente de la puerta permanece constante durante este tiempo, la tasa de cambio del voltaje de la fuente de la puerta y el voltaje de la fuente de drenaje es igual. Por lo tanto: dVds / dt = dVgd / dt = (Vw-Vplt) / (R3 C2).
A partir de esta fórmula, podemos saber que la pendiente del cambio de voltaje de la fuente de drenaje está relacionada con el valor de R3 C2. Para un sistema con una carga constante, siempre que R3 esté controladoEl valor de C2 puede controlar la pendiente ascendente de la corriente de sobretensión de intercambio en caliente.
Durante la fase de inicio lento, a continuación se muestra el diagrama esquemático de los cambios del voltaje de la fuente de compuerta Vgs, el voltaje de la fuente de drenaje Vds y la corriente de la fuente de drenaje Ids.
En la etapa 0 ~ t1, el diodo Schottky D2 no se ha encendido, por lo que Vgs es igual a 0. Durante este tiempo, la fuente de alimentación de -48 V carga C2 a través de R3 y R5, y cuando el voltaje de C2 aumenta al voltaje de encendido de D2, el tubo MOS El voltaje de la compuerta del MOSFET comienza a aumentar. Cuando el voltaje de la fuente de la compuerta sube al voltaje de encendido Vth del tubo MOS, el tubo MOS se enciende y la corriente de la fuente de drenaje Ids comienza a aumentar. Cuando el voltaje de la fuente de compuerta del tubo MOS sube al voltaje de la plataforma Vplt La corriente Ids de la fuente de drenaje también alcanza el máximo. En este momento, el voltaje Vds de la fuente de drenaje entra en saturación y comienza a caerse. Al final del voltaje Vplt de la plataforma, el tubo MOS está completamente encendido, el voltaje de la fuente de drenaje cae al mínimo y la resistencia Rds del tubo MOS es mínima.
