软启动电路在笔记本电脑上的设计与应用

　　0引言

　　随着手持式产品与便携式产品 (例如手机, MP4 , 笔记本电脑等 )的出现, 开关电源由于其效率高, 功耗小,体积小等优点得到了广泛的应用。开关电源在开机的瞬间会产生较大的冲击电流,最大峰值电流可能为稳态电流的几倍到几十倍。这么大的冲击电流容易导致电路中的零件不能正常工作,甚至有可能损坏电路中的零件。因此在电源开启的瞬间希望电路中电压和电流可以由低到高逐渐增大, 这一点在大功率电路或高压电路中尤其必要。软启动电路就可以实现上述功能,软启动电路在国外称为 So ft Starte r电路。

　　1软启动电路的工作原理

　　软启动电路的工作原理是在电源开启的瞬间, 通过适当的方法将电压由零慢慢提升到额定电压,启动电流由过去过载冲击电流不可控变成冲击电流可控制,并且可以根据实际的需要调节启动电流的大小。

　　常见的软启动电路实现的方法:

　　1) 利用电容的充电效应实现软启动;2) 利用限流电阻与控制电路实现软启动;3) 利用单片机或 DSP实现软启动。

　　2 软启动电路在笔记本电脑上的设计

　　图 1为笔记本电脑的软启动电路图, 工作原理是: 在电路中设定一个固定的电压阈值,当电压未达到该阈值时利用电容的充电效应, 延长电压的上升时间, 以达到场效应管 P
MOS慢慢开启,降低电路中的冲击电流。

图 1 笔记本电脑软启动电路图.

　　开启电源 (在实验中使用的开关电源输出电压为 20 V,电流为 4 . 5 A)后,电流经过 L1后 P
MOS U1的 S端电压为+ DC_I N。在 t= 0+时刻, 电容 C3两端相当于短路, U1的Vg s= 0 V。电路对 C3进行充电, C3的两端电压满足下面的公式:

　　P
MOS U1 所 用 的 型 号 为 V i shay 公 司 生 产 的Si 4435BDY, 在 Vg s- 4 . 5 V时 (后续为了方便说明 Vg s均为其绝对值 ), 该 MOS可以完全导通,此时有:

　　将
= 47 m s代入公式 ( 5)有: t= 14 . 7 m s 。

　　根据上面的分析与计算, U1的 Vg s从 0 V变化到 4 . 5 V所需的时间约为 14 m s , 随着电源对 C1的充电 U1的 Vg 电压会从 Vs的基准电压逐渐下降到:

　　随着 Vg s的变化, P- MOS U1会从断路到半导通到最终转变为完全导通, Vd 的电压也会从 0 V逐渐上升到 Vs的基准电压 ( Vs= 20 V), 从而达到软启动的效果。从图 2中可以看到 Vd 的启动时间约为 3 . 8 m s 。

　　3 软启动电路和普通电路的比较

　　下面从 P
MOS U1的 Vg s的启动时间, Vd 的启动时间和漏极电流 Id 这三方面来比较软启动电路与普通电路的差异。为了具有可比较性,普通电路只少电容 C1这一颗零件,电路的其余部分均与软启动电路图 1相同。