干货分享 |  利用米勒平台做缓启动电路

阿甘 2018-11-07 09:54:55

很多工程师可能都遇到过以下的困惑:

1. 对于某些功率大的设备,突然上电会产生巨大的火花,甚至导致主电源重启;

2. 部分工程师采用PTC电阻做缓启动,但是引入了效率降低的问题;

3. 部分功能模块具备数千uF的电解电容,并且采用后启动的方式,上电瞬间直接拉低主电源,甚至导致系统复位。


举一个例子,下图一个3A的LDO,上电10s后开启,因为没有缓启动电路,后级电路有2000uF电解电容,开启瞬间,主5V被拉到3.5V,导致设备复位。(PS:由于LDO的EN引脚是电压比较型,只要达到阈值就开启,所以RC延迟无效。)


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图1,无缓启动电路情形。

、 米勒平台介绍。

一、 米勒平台介绍。

标题是利用米勒平台做缓启动,我们先了解什么是米勒平台。

Mos管的三和极都会存在以下 的三个电容,分别是:Cgs,Cgd,Cds。米勒电容指的是Cgd。米勒效应在MOS驱动中臭名昭著,他是由MOS管的米勒电容引发的米勒效应,在MOS管开通过程中,GS电压上升到某一电压值后GS电压有一段稳定值(图中t2~t3阶段),过后Vgs电压又开始上升直至完全导通。米勒效应阻止Vgs电压上升,使得导通时间变长,损耗剧增。为什么会有米勒平台,我们看下mos开通过程(见图2);


1) T0时刻:Vgs为0时,Vd>Vg,Cgd基本充满电,右正左负;

2) T0~T1时刻:Vgs开始上升,Ig电流主要给Cgs充电,当Vgs达到阈值电压Vth时(T1时刻),mos开始导通,Vds开始下降;

3) T1~T2时刻:Vgs继续上升,给Cgs充电,Vds继续下降(下降较小),当Vgs达到米勒平台电压Va,开始进入米勒平台;

4) T2~T3时刻:T2时刻开始,随着Vd下降,VD<Vg,驱动电流主要开始反向给Cgd充电,所以这段时间,看起来Vgs没有增加。这段时间就是米勒平台。

5) T2~T3时刻,随着Cgd逐渐充满,mos管完全导通,Vgs继续增加,直到最高的驱动电平Vgg。


图2 :mos管的等效电容原理示意

图3 :米勒平台示意图

图4 :米勒平台波形实测


二、 米勒平台用于缓起电路。


虽然米勒平台在高频开关状态臭名昭著,不仅延长开关频率、增加功耗、降低系统的稳定性,各大厂商都在不遗余力的减少米勒电容。但是,米勒平台在电源缓启动中有很大的用处,我们通过上图4可以看到,mos两端电压Vds的下降区间,大部分都在米勒屏之间完成,如果人为的增加米勒电容Cgd,可以达到延长Vds的下降时间,也就可以利用mos做开关,做电源的缓启动,在热拔插、独立模块供电、大功率设备上电,都有很好的益处。具体的做法就是增加mos管的Cgd。以下分PMOS和NMOS两种器件做缓启动举例分析。


1.NMOS缓启动电路

如下图5是使用NMOS,串联在电源负极,主要是利用R1和C1的RC充电原理图和米勒平台做缓启动,R1的选择可以根据以下的公式1,计算时可以先选定C1位0.1~2.2uF,其中,Cload位负载电容总和,Iout为最大的允许输出冲击电流,VIN(max)为最大输入电压。

图5 :NMOS缓启动原理图

图6 :NMOS缓启动波形实测


2.PMOS缓启动电路

如下图7是使用PMOS,串联在电源正极,主要是利用R1和C3的RC充放电原理图和米勒平台做缓启动,使用的计算公式和NMOS管一样。


图7 :PMOS缓启动原理图

图8 :PMOS缓启动波形实测




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