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汽車應急電源設計經驗:啟動電路

來源:汽車應急電源廠家 作者:昂佳科技 點擊:發表時間:2020-01-10 17:28:47
一款優質汽車應急電源必然具備啟動性能好、轉換效率高等特點,但你有沒有想過寬壓電源的輸入電壓范圍那么廣,而電源IC芯片又需要穩定的工作電壓,我們該如何保證模塊的性能的呢?本文為你解答,讓你從本質了解電源模塊。
 
啟動電路在為系統提供能量的同時,由于自身在極端惡劣情況下的嚴重損耗會給電源的穩定性帶來風險。好的啟動電路只在電源系統啟動時為其提供能量,當系統正常運行后便停止工作。那么怎樣才能使啟動電路即安全可靠又能在輸出電壓建立后停止工作呢?下面就隨我一起來探討電源的啟動電路吧!
 
一、啟動電路設計構思
 
DC-DC開關電源的輸入電壓范圍寬,而電源IC芯片又需要穩定的工作電壓,則啟動電路就需要為IC提供安全穩定的啟動電壓。如下圖1所示,主要是一個由電阻和穩壓管組成的簡單啟動電路,正常工作下該啟動電路功耗較大,尤其開關電源在高溫環境、輸入高壓、輸出滿載的情況下啟動電路發熱嚴重極易給系統的穩定帶來風險,而且還會降低開關電源的轉換效率。
 
汽車應急電源簡單啟動電路
圖1 簡單啟動電路
 
因此,啟動電路不適合長時間持續地為電源IC及保護電路提供能量,一般只在系統啟動時刻為其提供能量。當輸出電壓建立后,則由損耗較小的輔助繞組為芯片及保護電路提供能量,而此時的啟動電路需停止工作。
 
二、一種啟動電路設計
 
如下圖2所示,為現在開關電源中常用的啟動電路,該電路采用兩個三極管做二級放大,可等效為三端線性穩壓電源,具有啟動速度快、性能安全可靠、輸出電壓建立后立刻停止工作的優點。
 
輸入電壓VIN為NPN三極管Q1提供IB電流使用它處于放大區,IC為放大電流也為PNP三極管Q2的基極電流,通過對IC電流的控制,可使Q2處于飽和狀態并以IE的飽和電流向電容C充電,直到Q2處于半截止或半飽和狀態。此時,電容就等效成一個恒流源為IC芯片提供能量,當電容電壓降到一定值時,啟動電路繼續為電容充電,直到輔助供電有電壓后,才通過電阻R2、R3之間的分壓使Q1處于截止狀態,此時啟動電路才停止工作,之后芯片的供電完全由輔助繞組提供。
 
標準啟動電路
圖2 標準啟動電路
 
如下圖3所示,為圖2電路的實驗波形圖,綠色為IE電流波形,黃色為VDD電壓波形(示波器采用zlgZDS2022)。從圖中可看出開關電源啟動可分三個階段,第一階段,在上電時IE以近似1mA的電流向電容C充電,當VDD電壓達到UCC28C40門限電壓時進入第二階段,此時飽和電流增加至5mA,在為IC供電的同時繼續為電容充電,當輸出電壓建立后進入第三階段,此時IE電流為零,啟動電路停止工作,VDD電壓上升至輔助繞組電壓。在啟動的整個過程中,IE的電流都是比較小而且比較平緩,所以該電路安全可靠。
 
實驗電路波形圖
圖3 實驗電路波形圖
 
研發的寬壓開關電源產品基本都采用了與上面啟動電路類式的結構,既能保證啟動的可靠性,又能降低損耗。
 
三、如何使啟動電路安全可靠
 
要讓啟動電路安全可靠地運行,除了必要的理論計算以外,更多應該注意的是器件的選擇,謹慎的器件選擇能使電路的真實值更加接近計算的理論值。穩壓管D1要選擇動態電阻小、膝點低的,這樣能使Q1基極的電位在輸入電壓大幅度變化下保持一個較小的波動,從而使得供電電壓VDD穩定。電阻R1、R2、R3的電阻值在電路能正常工作下盡量取大一些,以減小啟動電路的損耗。R4主要是限制IE電流使得Q2快速達到飽和點,如果在條件允許下Q2的封裝盡量大一點以增強散熱能力。
 
輔助繞組的電壓也是影響啟動電路穩定的因素,輔助繞組電壓偏低,則會使啟動電路在開關電源帶載時未能完全管斷,Q2管在高溫高壓滿載情況下很可能會因過熱而燒毀;輔助繞組電壓偏高,在某些異常情況下會使得輔助繞組供電的電壓接近或超過電源IC的額定電壓,對電源IC構成威脅。輔助繞組的電壓過高還會對開關電源的整體效率有一定影響,啟動電路設計的好壞將會影響整個開關系統的性能指標。
 
四、選用優質的隔離電源模塊,降低電路的設計風險
 
自主研發、生產的隔離電源模塊,具有寬輸入電壓范圍,隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC多個系列,封裝形式多樣,兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時根據豐富的電源設計及應用經驗,可為用戶提供專業的電源外圍應用電路設計經驗參考,提升產品的可靠性。
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