基于MOS管實(shí)現(xiàn)的電源開關(guān)電路設(shè)計(jì)

電源開關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，是常用電路之一。本文要講解的電源開關(guān)電路，是用MOS管實(shí)現(xiàn)的，且?guī)к涢_啟功能。既然帶“軟”開啟功能，不妨把這個電路理解為一個“軟”妹紙，讓咱們深入去了解她吧！

帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路

一、電路說明：

電源開關(guān)電路，尤其是MOS管電源開關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，如下框圖所示。

【圖1：框圖中1個MOS管符號代表1個完整的MOS管電源開關(guān)電路】

在設(shè)計(jì)時，只要增加一個電容（C1），一個電阻（R2），就可以實(shí)現(xiàn)軟開啟（softstart）功能。

【圖2：電容C1、電阻R2實(shí)現(xiàn)軟開啟（softstart）功能】

軟開啟，是指電源緩慢開啟，以限制電源啟動時的浪涌電流。

在沒有做軟開啟時，電源電壓的上升會比較陡峭，見圖3。

【圖3：沒有做軟開啟時，電源電壓上升沿比較陡峭】

加入軟開啟功能后，電源開關(guān)會慢慢打開，電源電壓也就會慢慢上升，上升沿會比較平緩，見圖4。

【圖4：加入軟開啟功能，電源電壓上升沿比較平緩】

浪涌電流可能會令電源系統(tǒng)突然不堪重負(fù)而掉電，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。嚴(yán)重的可能會損壞電路上的元器件。帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路

【圖5：浪涌電流時常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，并可能損壞電路元器件】

電源上電過快過急，負(fù)載瞬間加電，會突然索取非常大的電流。比如在電源電壓是5V，負(fù)載是個大容量電容的時候，電源瞬間開啟令電壓瞬間上升達(dá)到5V，電容充電電流會非常大。如果同樣的時間內(nèi)電源電壓只上升到2.5V，那么電流就小得多了。下面從數(shù)學(xué)上分析一下。

電量=電容容量*電容兩端的電壓，即：

Q=C*U

同時電量=電流*時間，即：

Q=I*t

所以電流：

I=（CU）/t

從公式可以看出，當(dāng)電容容量越大，電壓越高，時間越短，電流就會越大，從而形成浪涌電流。

大電容只是形成浪涌電流的原因之一，其他負(fù)載也會引起浪涌電流。

二、原理分析：

1、控制電源開關(guān)的輸入信號Control為低電平或高阻時，三極管Q2的基極被拉低到地，為低電平，Q2不導(dǎo)通，進(jìn)而MOS管Q1的Vgs=0，MOS管Q1不導(dǎo)通，+5V_OUT無輸出。電阻R4是為了在Control為高阻時，將三極管Q2的基極固定在低電平，不讓其浮空。帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路

2、當(dāng)電源+5V_IN剛上電時，要求控制電源開關(guān)的輸入信號Control為低電平或高阻，即關(guān)閉三極管Q2，從而關(guān)閉MOS管Q1。因+5V_IN還不穩(wěn)定，不能將電源打開向后級電路輸出。此時等效電路圖如下。

此時電源+5V_IN剛上電，使MOS管G極與S極等電勢，即Vgs=0，令Q1關(guān)閉。

3、電源+5V_IN上電完成后，MOS管G極與S極兩端均為5V，仍然Vgs=0。

4、此時將Control設(shè)為高電平（假設(shè)高電平為3.3V），則：

①三極管Q2的基極為0.7V，可算出基極電流Ibe為：

（3.3V-0.7V）/基極電阻R3=0.26mA

②三級管Q2飽和導(dǎo)通，Vce≈0。電容C1通過電阻R2充電，即C1與G極相連端的電壓由5V緩慢下降到0V，導(dǎo)致Vgs電壓逐漸增大。

③MOS管Q1的Vgs緩慢增大，令其緩慢打開直至完全打開。最終Vgs=-5V。

④利用電容C1的充電時間實(shí)現(xiàn)了MOS管Q1的緩慢打開（導(dǎo)通），實(shí)現(xiàn)了軟開啟的功能。

MOS管打開時的電流流向如下圖所示：

5、電源打開后，+5V_OUT輸出為5V電壓。此時將Control設(shè)為低電平，三極管Q2關(guān)閉，電容C1與G極相連端通過電阻R2放電，電壓逐漸上升到5V，起到軟關(guān)閉的效果。軟關(guān)閉一般不是我們想要的，過慢地關(guān)閉電源，可能出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定等異常。過程如下圖。

一般情況下還是放心使用軟啟動功能，伴隨而來的軟關(guān)閉效果一般沒什么影響。

三、電路參數(shù)設(shè)定說明：

調(diào)整C1、R2的值，可以修改軟啟動的時間。值增大，則時間變長。反之亦然。