缓启动电路作用 缓启动电路的功能
【摘要】
通信产品一般采用分散供电方式，各单板上采用dc/dc模块将-48v电源转换为其所需的5v、3.3v、2.5v等子电源。由于输入电压高，电源电路中又存在用于滤波和防止dip的大电容，在单板插入上电时，会对-48v电源造成冲击，瞬时大电流将造成-48v电源电压出现跌落，可能影响到其它单板的正常工作；同时，由于瞬时大电流的原因，单板插入时在接插件上会产生明显的打火现象，这会引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。为了避免上述现象，-48v电源供电单板需要“缓慢”上电。
一、缓启动电路的作用
通信设备产品单板上几乎都在电源模块的输入端设计有缓启动电路，缓启动电路的功能主要有两个：
1、延迟单板电源的上电时间：我们的单板一般都要求支持热拔插，当单板插入子架时，单板插头和母板插针的接触是不稳定的，为了避免这种抖动的影响，可以在电源模块和母板电源之间加一个电路，使母板的电源延迟一段时间以后再加到电源模块。
2、减小上电的冲击电流：由于单板电源都接有滤波电容，电源上电瞬间跳变时由于电容的充电，会产生较大的冲击电流，造成母板电源电压抖动，跌落，以及强烈的电磁辐射，很容易对其他工作中的单板造成不良影响，如果能把电源的上电速度变缓一些，就能有效的减小这种影响。
二、缓启动电路的工作原理
电路的原理图：
缓启动电路由r39，r49，c7和q31组成，q31是绝缘栅型场效应管，也是缓启动电路最关键的器件。为了理解缓启动的原理，首先我们来回顾一下mos管的一点基础知识。下图大致描述了典型的mos管的转移特性：
mos管的特性表明，当vgs小于一定电压（vth）时，ds极之间的电阻rds是很大的，可以认为开路，电流不能通过；当vgs达到vth时，mos管开始导通，rds随vgs的增加迅速减小。当vgs达到一定的程度，rds很小，可以认为ds之间是近似短路的。vth可以称之为开启电压（voltage－gate threshold），一般为2－4v。
在的缓启动电路中，电阻r39，r49和c7构成了分压式rc时间常数电路，c7并联在q31的gs极之间，也就是vc7＝vgs。当48v电源刚加到单板时，c7未充电，vgs＝0，mos不导通，电源模块不供电。随后，48v通过r39，r49向c7充电，当c7的电压达到vth时，mos开始导通，这一阶段，完成的是延时上电的作用，延迟时间可由下式估算：
uin(r39/(r39+r49))(1－e-t/ )=vth
其中，t为延迟时间， uin＝48v，为rc电路的时间常数，＝c7（r39//r49），vth一般取4v。将原理图中数值代入计算可知，延迟时间t约等于15.3ms。
mos管开始导通后，vgs继续增加（直到12v左右），rds迅速减小，缓启动的输出电压逐渐升高直到到与输入电压基本一致。电源模块开始工作，单板正式上电。在这一过程中，输出电压并不是瞬间跳变到最高的，因此，大大减轻了冲击电流的干扰。这一过程的时间与c7的充电速度，mos的特性，负载特性都有关系，难以具体计算，具体还需实测调整。
三、实测波形分析
下图是缓启动的输入电压上电波形
这是缓启动输入端在电源开关闭合瞬间的波形，可以看到画圆圈处的抖动，持续时间约1ms，如果是热拔插，这个抖动的幅度和持续时间都将可能更大。
下图是缓启动的c7电压上升波形
可以看到，上电15ms后，c7电源上升到约4v，与理论计算值基本一致。
下图是缓启动mos管的d，s间电压波形。
可以看到，在开关闭合后的14ms以内，输入电压完全加在mos的ds两端，这与理论计算值基本一致（由于mos管的vth并不一定是4v，有些误差是很正常的），从14ms开始，vds以指数方式下降，过程时间约4ms。
下图是缓启动输出的电压波形。
可以看到，对比缓启动的输入电压上电波形，缓启动的输出电压不再有开关闭合时的抖动，而且上电边沿也非常明显，过程约4ms，实现了减小上电冲击的目的。
让我们再把所有的波形放在同一时间轴上来比较一下，如下：
可以看到，经过缓启动电路之后，单板实际供电电压uout比输入电压uin总共延时了将近20ms，不但消除了上电抖动，而且有效减小了冲击。
四、总结
1、缓启动的时间常数电路必须确保电容充电完成后其电压不能大于15v，因为一般大功率mos管的g，s间击穿电压在20v左右，电压过高，会损坏mos管（现在很多单板上在电容两端并联了一个稳压管就是起这个作用的），但是也不应该低于10v，因为一般大功率mos管的d，s间电阻rds都需要vgs达到10v后才达到最小值（一般在0.1ohm量级）。
2、缓启动的延迟时间不能太长，原因有二。其一，延迟太长，热拔插时，单板接口信号线已连接，而电源仍未上电，会造成接口器件闩锁损坏；其二，缓启动关键器件mos管在从截止到导通转换的过程中瞬间功耗是非常大的，如果电容充电过于缓慢，造成边沿时间太长，mos管将因为功耗过大而损坏。延时一般取几十毫秒。
单相半波整流滤波电路原理图
小米移动电源3USB-C双向快充版开售 单口输出达18W售价129元
浅谈无线预付费电表系统设计及应用
投入式液位传感器的工作原理和安装须知
明纬电源|150W单组输出LED开关电源LPC-150系列
缓启动电路作用 缓启动电路的功能
联准会：川普在 2017 年要带来其承诺的繁荣机率不大
软件性能测试常见指标在哪里测试测试？
路由器+IoT+区块链，将是未来物联网的发展方向
真正的无线充电技术应该是这样的
10W小功率离线式开关电源芯片U65143
印度STL推出世界上最细薄的电信光纤
通信运营商要回归精细化经营之路或许才能更好地解决钱荒问题
TI为风扇及小型泵应用实现静音推出业界首款DC电机驱动器
中兴通讯携手湘江云将围绕5G在政务服务中的创新应用开展深度合作
Display Backlighting Using Hig
手机芯片这个功能，有望改变市场格局！
赣锋锂业5.9亿元增资子公司,加强电池及碳酸锂项目的发展
解密Intel黑科技3DXPoint存储芯片的机遇及挑战
人工智能是理解宇宙和揭示新物理学的关键
通信产品一般采用分散供电方式，各单板上采用dc/dc模块将-48v电源转换为其所需的5v、3.3v、2.5v等子电源。由于输入电压高，电源电路中又存在用于滤波和防止dip的大电容，在单板插入上电时，会对-48v电源造成冲击，瞬时大电流将造成-48v电源电压出现跌落，可能影响到其它单板的正常工作；同时，由于瞬时大电流的原因，单板插入时在接插件上会产生明显的打火现象，这会引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。为了避免上述现象，-48v电源供电单板需要“缓慢”上电。
一、缓启动电路的作用
通信设备产品单板上几乎都在电源模块的输入端设计有缓启动电路，缓启动电路的功能主要有两个：
1、延迟单板电源的上电时间：我们的单板一般都要求支持热拔插，当单板插入子架时，单板插头和母板插针的接触是不稳定的，为了避免这种抖动的影响，可以在电源模块和母板电源之间加一个电路，使母板的电源延迟一段时间以后再加到电源模块。
2、减小上电的冲击电流：由于单板电源都接有滤波电容，电源上电瞬间跳变时由于电容的充电，会产生较大的冲击电流，造成母板电源电压抖动，跌落，以及强烈的电磁辐射，很容易对其他工作中的单板造成不良影响，如果能把电源的上电速度变缓一些，就能有效的减小这种影响。
二、缓启动电路的工作原理
电路的原理图：
缓启动电路由r39，r49，c7和q31组成，q31是绝缘栅型场效应管，也是缓启动电路最关键的器件。为了理解缓启动的原理，首先我们来回顾一下mos管的一点基础知识。下图大致描述了典型的mos管的转移特性：
mos管的特性表明，当vgs小于一定电压（vth）时，ds极之间的电阻rds是很大的，可以认为开路，电流不能通过；当vgs达到vth时，mos管开始导通，rds随vgs的增加迅速减小。当vgs达到一定的程度，rds很小，可以认为ds之间是近似短路的。vth可以称之为开启电压（voltage－gate threshold），一般为2－4v。
在的缓启动电路中，电阻r39，r49和c7构成了分压式rc时间常数电路，c7并联在q31的gs极之间，也就是vc7＝vgs。当48v电源刚加到单板时，c7未充电，vgs＝0，mos不导通，电源模块不供电。随后，48v通过r39，r49向c7充电，当c7的电压达到vth时，mos开始导通，这一阶段，完成的是延时上电的作用，延迟时间可由下式估算：
uin(r39/(r39+r49))(1－e-t/ )=vth
其中，t为延迟时间， uin＝48v，为rc电路的时间常数，＝c7（r39//r49），vth一般取4v。将原理图中数值代入计算可知，延迟时间t约等于15.3ms。
mos管开始导通后，vgs继续增加（直到12v左右），rds迅速减小，缓启动的输出电压逐渐升高直到到与输入电压基本一致。电源模块开始工作，单板正式上电。在这一过程中，输出电压并不是瞬间跳变到最高的，因此，大大减轻了冲击电流的干扰。这一过程的时间与c7的充电速度，mos的特性，负载特性都有关系，难以具体计算，具体还需实测调整。
三、实测波形分析
下图是缓启动的输入电压上电波形
这是缓启动输入端在电源开关闭合瞬间的波形，可以看到画圆圈处的抖动，持续时间约1ms，如果是热拔插，这个抖动的幅度和持续时间都将可能更大。
下图是缓启动的c7电压上升波形
可以看到，上电15ms后，c7电源上升到约4v，与理论计算值基本一致。
下图是缓启动mos管的d，s间电压波形。
可以看到，在开关闭合后的14ms以内，输入电压完全加在mos的ds两端，这与理论计算值基本一致（由于mos管的vth并不一定是4v，有些误差是很正常的），从14ms开始，vds以指数方式下降，过程时间约4ms。
下图是缓启动输出的电压波形。
可以看到，对比缓启动的输入电压上电波形，缓启动的输出电压不再有开关闭合时的抖动，而且上电边沿也非常明显，过程约4ms，实现了减小上电冲击的目的。
让我们再把所有的波形放在同一时间轴上来比较一下，如下：
可以看到，经过缓启动电路之后，单板实际供电电压uout比输入电压uin总共延时了将近20ms，不但消除了上电抖动，而且有效减小了冲击。
四、总结
1、缓启动的时间常数电路必须确保电容充电完成后其电压不能大于15v，因为一般大功率mos管的g，s间击穿电压在20v左右，电压过高，会损坏mos管（现在很多单板上在电容两端并联了一个稳压管就是起这个作用的），但是也不应该低于10v，因为一般大功率mos管的d，s间电阻rds都需要vgs达到10v后才达到最小值（一般在0.1ohm量级）。
2、缓启动的延迟时间不能太长，原因有二。其一，延迟太长，热拔插时，单板接口信号线已连接，而电源仍未上电，会造成接口器件闩锁损坏；其二，缓启动关键器件mos管在从截止到导通转换的过程中瞬间功耗是非常大的，如果电容充电过于缓慢，造成边沿时间太长，mos管将因为功耗过大而损坏。延时一般取几十毫秒。
单相半波整流滤波电路原理图
小米移动电源3USB-C双向快充版开售 单口输出达18W售价129元
浅谈无线预付费电表系统设计及应用
投入式液位传感器的工作原理和安装须知
明纬电源|150W单组输出LED开关电源LPC-150系列
缓启动电路作用 缓启动电路的功能
联准会：川普在 2017 年要带来其承诺的繁荣机率不大
软件性能测试常见指标在哪里测试测试？
路由器+IoT+区块链，将是未来物联网的发展方向
真正的无线充电技术应该是这样的
10W小功率离线式开关电源芯片U65143
印度STL推出世界上最细薄的电信光纤
通信运营商要回归精细化经营之路或许才能更好地解决钱荒问题
TI为风扇及小型泵应用实现静音推出业界首款DC电机驱动器
中兴通讯携手湘江云将围绕5G在政务服务中的创新应用开展深度合作
Display Backlighting Using Hig
手机芯片这个功能，有望改变市场格局！
赣锋锂业5.9亿元增资子公司,加强电池及碳酸锂项目的发展
解密Intel黑科技3DXPoint存储芯片的机遇及挑战
人工智能是理解宇宙和揭示新物理学的关键