一种设备上下电控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种设备上下电控制电路，设置于外部直流电源的第一输出端(VIN)、外部直流电源的第二输出端(RTN)与所述设备的供电端之间，包括：缓启动电路，含有用于控制所述缓启动电路对外输出通断的第一晶体管，所述第一晶体管的输入端与所述外部直流电源的第二输出端(RTN)连接，输出端与所述设备的地(GND)连接，所述设备上下电控制电路还包括：延时电路，所述延时电路的输出端与所述第一晶体管的控制端连接，控制所述缓启动电路中第一晶体管的通断状态。利用本实用新型所提出的设备上下电控制电路能够进一步延长设备上电启动时间并抑制输入冲击电流。
【专利说明】-种设备上下电控制电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电源电路，特别地涉及一种设备上下电控制电路，属于电源技术 领域。
【背景技术】
[0002] 随着大物流，大数据时代的到来，数据交换设备广泛应用到工业领域。复杂的工业 环境要求直流电源能够具备多样化的直流输入电压、可靠的延时启动和较强的电源掉电保 持能力。然而，直流电源在上电过程中，会产生很大的冲击电流，即，在输出负载上电过程 中为建立正常工作电压而从输入端吸收的瞬时电流。如果该冲击电流非常大，尤其是在输 出负载较大的情况下，可能会引起用电设备发生故障，如：烧毁输入端串联的保险管，烧毁 串联在输入端的晶体管，也可能使得输出负载电压不稳定，甚至是由于输入电源电压跌落 而造成的输出负载不能正常工作等等。同时，电源缓启动也是电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI)的要求之一。
[0003] 为了解决上述问题，减少上电过程中的冲击电流对用电设备的影响，目前主要采 用专用缓启动控制芯片或者分立元件组合电路两种方式来实现对于用电设备的电源上电 缓启动，尤其是后者，由于其所具有的成本低和适应性强的特点而被广泛地采用。典型地， 现有技术中采用分立元件组合形成的缓启动电路如图1所示，当电路上电后，外部直流电 源通过第一电阻R1、缓启动电容C1对作为开关使用的金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，M0FET)Q1 的栅极（G)充电，直到 打开M0FET才导通电路，由此实现对用电设备的上电缓启动，该缓启动电路的缓启动时间 由第一电阻R1和缓启动电容C1的充电时间常数确定。但上述电路实际应用中却存在以下 几个缺点：
[0004] (l)MOSFET的驱动电压由第一电阻R1和分压电阻R10分压获得，由于M0SFET的 驱动电压有最大值限制及最小值要求，因此该电路在宽范围的输入电压应用时存在一定限 制；
[0005] (2)由第一电阻R1和充电电容C1构成的充电电路，对增加M0SFET的驱动电压中 的米勒平台时间非常有限，即，实际上能实现的缓启动时间有限，在需要电源长延时缓启动 的情况下延时时间不能满足要求；当输出容性负载即储能电容C3很大的时候，此电路无法 有效地限制冲击电流，反而会使M0SFET工作在非安全区，导致M0SET毁坏；
[0006] (3)当输入电压快速上下电动作时，M0SFET栅极的电荷泄放不完全，可能导致缓 启动功能失效，冲击电流容易引起输出侧的电路发生故障。 实用新型内容
[0007] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种设备用上下电控制电路，其能够进一步 延长设备上电启动时间并抑制输入冲击电流。
[0008] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种设备上下电控制电路，设置于外部 直流电源的第一输出端（VIN)、外部直流电源的第二输出端（RTN)与所述设备的供电端之 间，包括：缓启动电路，含有用于控制所述缓启动电路对外输出通断的第一晶体管，所述第 一晶体管的输入端与所述外部直流电源的第二输出端（RTN)连接，输出端与所述设备的地 (GND)连接，所述设备上下电控制电路还包括：延时电路，所述延时电路的输出端与所述第 一晶体管的控制端连接，控制所述缓启动电路中第一晶体管的通断状态。
[0009] 进一步地，所述缓启动电路还包括：
[0010] 与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接的第一电阻，以及与外部直流电源的第 二输出端（RTN)连接的缓启动电容，所述第一电阻和所述缓启动电容串联连接形成第一中 间电压节点（P);
[0011] 与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接的第二电阻，所述第二电阻和所述第一 晶体管的控制端串联连接形成第二中间电压节点（0);
[0012] 彼此串联连接、且设置于所述第二中间电压节点（0)和所述第一晶体管输出端之 间的第三电阻和第二电容。
[0013] 其中，所述缓启动电容两端不并联设置有分压电阻。
[0014] 其中，所述缓启动电路还包括：所述缓启动电路还包括：截止二极管，所述截止二 极管的阴极与所述第一中间电压节点（P)连接，阳极与所述第二中间电压节点（〇)连接。
[0015] 进一步地，所述缓启动电路还包括：稳压管，其阴极与所述第二中间电压节点0连 接，阳极与所述外部直流电源的第二输出端（RTN)连接。
[0016] 进一步地，所述第一晶体管为NM0S管，其控制端为栅极，输入端为源极，输出端为 漏极。
[0017] 进一步地，所述设备上下电控制电路还包括：设置在外部直流电源的第一输出端 (VIN)和所述设备的地（GND)之间的储能电容。
[0018] 进一步地，，所述延时电路包括：
[0019] 与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接的第一分压电阻，以及与外部直流电源 的第二输出端（RTN)连接的第二分压电阻，第二晶体管，充电电容，上拉电阻；其中：
[0020] 所述第一分压电阻和所述第二分压串联连接形成分压节点（A);
[0021] 所述充电电容一端与所述第二晶体管的控制端连接，另一端与所述分压节点（A) 连接；所述第二晶体管的第一连接端与所述第一中间电压节点（P)连接，且通过所述上拉 电阻与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接；所述第二晶体管的第二连接端与外部直流 电源的第二输出端（RTN)连接。
[0022] 其中，所述第二晶体管为三极管，其控制端为基极，第一连接端为集电极，第二连 接端为发射极。
[0023] 其中，所述上拉电阻和所述第一电阻集成为一个电阻。
[0024] 与现有技术相比，本实用新型实施例提出的一种设备上下电控制电路具有如下明 显优点：
[0025] (1)本实施例的设备上下电控制电路在缓启动电路之前加设一级延时电路，只 有当延时时间到时，才能启动缓启动电路工作，有效地延长了设备上电时间，解决了由于 M0SFET的驱动电压中的米勒平台时间仅根据RC充电电路参数调整而增加非常有限，从而 导致缓启动延时时间有限的问题；
[0026] (2)本实施例的设备上下电控制电路中延时电路不仅起到延时作用，其在设备下 电后，还形成对缓启动电路中控制端上的电荷泄放通道，使得其上电荷快速地泄放完成；
[0027] (3)本实施例的设备上下电控制电路中延时电路在上电延时过程中能够将第一晶 体管Q1的控制端及缓启动电容C1的电压强制拉低，从而抑制缓启动的冲击电流，由此进一 步地保证设备快速上下电切换时电路工作的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为现有技术中的电源缓启动电路的原理图；
[0029] 图2为本实用新型实施例的设备上下电控制电路的原理图；
[0030] 图3为本实用新型另一实施例的设备上下电控制电路的原理图。
【具体实施方式】
[0031] 首先说明一点，本实用新型实施例所提出的设备上下电控制电路设置于外部直流 电源与所述设备的供电端之间，其中，外部直流电源对外具有两个输出端，具体为：第一输 出端VIN以及第二输出端RTN。本实用新型实施例所提出的设备上下电控制电路包括：顺 序连接的延时电路和缓启动电路，当延时电路延时时间到后才启动缓启动电路，达到进一 步延长启动时间并抑制输入冲击电流的目的。
[0032] 以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型 如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0033] 参考图2所示，为本实用新型实施例的设备上下电控制电路的原理图。从该原理 图可以看出，其包括：顺序连接的延时电路和缓启动电路，且所述延时电路的输出端与所述 缓启动电路的控制端连接，用于控制缓启动电路的对外输出通断，其中，
[0034] 所述缓启动电路包括：
[0035] 第一晶体管Q1，用于控制所述缓启动电路对外输出通断，优选地且示例性地在图 2中为N沟道增强型M0SFET，控制端为栅极G，输入端为源极S，输出端为漏极D ;所述第一 晶体管Q1的输入端与外部直流电源的第二输出端RTN连接，其输出端与所述设备的地GND 连接；
[0036] 与外部直流电源的第一输出端VIN连接的第一电阻R1，以及与外部直流电源的第 二输出端RTN连接的缓启动电容C1，所述第一电阻R1和所述缓启动电容C1串联连接形成 第一中间电压节点P;
[0037] 与外部直流电源的第一输出端VIN连接的第二电阻R2,所述第二电阻R2和所述第 一晶体管Q1的控制端栅极G串联连接形成第二中间电压节点0 ;
[0038] 彼此串联连接、且设置于所述第二中间电压节点0和所述第一晶体管输出端漏极 D之间的第三电阻R3和第二电容C2 ;
[0039] 截止二极管D1，其阴极与所述第一中间电压节点P连接，阳极与所述第二中间电 压节点〇连接；
[0040] 稳压管D2,其阴极与所述第二中间电压节点0连接，阳极与所述外部直流电源的 第二输出端RTN连接。
[0041] 所述延时电路包括：
[0042] 与外部直流电源的第一输出端VIN连接的第一分压电阻R4,与外部直流电源的第 二输出端RTN连接的第二分压电阻R5 ;所述第一分压电阻R4和所述第二分压电阻R5串联 连接形成分压节点A ;
[0043] 上拉电阻R6;
[0044] -端与所述分压节点A连接的充电电容C4 ;
[0045] 第二晶体管Q2,优选地且示例性地在图2中为三极管，控制端为基极B，第一连接 端为集电极C，第二连接端为发射极E ;所述第二晶体管Q2的第一连接端与所述第一中间电 压节点P连接，且通过所述上拉电阻R6与外部直流电源的第一输出端VIN连接；所述第二 晶体管Q2的第二连接端与外部直流电源的第二输出端RTN连接；所述第二晶体管的控制端 与所述充电电容C4的另一端连接；
[0046] 反向二极管D3,设置在所述第二晶体管Q2的控制端与外部直流电源的第二输出 端RTN之间，其阴极与所述第二晶体管Q2的控制端连接，阳极与外部直流电源的第二输出 端RTN连接。
[0047] 此外，在图2所示出的上下电控制电路中还包括：储能电容C3,设置在外部直流电 源的第一输出端VIN与所述设备的地GND之间，作为本实施例的设备上下电控制电路的输 出负载。
[0048] 本实施例所提出的上下电控制电路的实现过程如下：
[0049] 该上下电控制电路在未上电的初始状态，充电电容C4两端的电压为0V，电路中没 有电流，而分压节点A的电压由所述第一分压电阻R4和第二分压电阻R5串联分压来确定； 当外部直流电源上电时，即外部直流电源的第一输出端VIN和第二输出端RTN之间的电压 由0V变为外部供给电压（例如，Vin)时，由于充电电容C4隔直通交的特性及电容电压不能 突变原理，形成对于充电电容C4充电，并且充电电容C4刚开始充电瞬间时相当于短路，此 时，第一分压电阻R4、充电电容C4及第二晶体管Q2构成一回路，在该回路中初始电流I (0) 等于所述分压节点A(第一分压电阻R4和第二分压电阻R5串联分压）与所述第二晶体管 Q2的极间电压V BE的差值除以所述第一分压电阻R4的值，且初始电流I (0)远大于第二晶 体管Q2导通所需的饱和基极电流Ibs，此时第二晶体管Q2处于饱和导通状态，因此第二晶 体管Q2的第一连接端和第二连接端相导通，由于第二连接端接地，所述缓启动电容C1、第 一电阻R1和截止二极管D1形成的第二中间电压节点P的电压被强制拉低为0V，且通过所 述截止二极管D1，第一晶体管Q1的栅极电压也被强制拉低为0V，缓启动电路处于不工作状 态；在第二晶体管Q2导通后，由于第二晶体管Q2的控制端与第二连接端之间的极间电压 V BE -定，充电电容C4与第二晶体管Q2控制端连接的节点处电压也被箝位在第二晶体管Q2 的极间电压VBE。
[0050] 随着对充电电容C4的充电时间增加，其上通过的电流逐渐减小，一旦当充电电容 C4通过的电流I小于第二晶体管Q2导通所需的饱和基极电流I bs时，第二晶体管Q2关断， 此时第二中间电压节点P将开始从0V上升至Vin，缓启动电路开始工作，此时第一电阻R1 起限流作用。
[0051] 当缓启动电路开始工作后，第一晶体管Q1的控制端栅极G的电压将缓慢上升，当 栅源电压V es高到一定程度后，截止二极管D1导通，之后所有的电荷都给缓启动电容C1以 时间常数R1XC1充电，栅源G的电压V es以与缓启动电容C1上的电压相同的速度上升，直 到第一晶体管Q1导通产生冲击电流。当第一晶体管Q1处于导通状态时，外部输入直流电 源和设备供电端之间形成导通回路，也就是说，设备实现了上电。
[0052] 当外部输入直流电源下电而停止向设备进行供电，S卩，外部输入直流电源的第一 输出端VIN和第二输出端RTN之间的电压又变为0V时，充电电容C4开始放电，此时，第一 分压电阻R4、第二分压电阻R5、充电电容C4及反向二极管D3构成一回路，充电电容C4的 放电电阻相当于第一分压电阻R4和第二分压电阻R5的并联电阻，充电电容C4的放电初始 电压为第一分压电阻R4和第二分压电阻R5串联分压（即，分压节点A的电压），此时，反 向二极管D3正向导通，将第二晶体管Q2的控制端与第二连接端之间的极间电压Vbe箝位 至-Vf (大约-0. 7V)，第二晶体管Q2截止。
[0053] 同时，缓启动电容C1通过第一电阻R1和上拉电阻R6开始放电，当缓启动电容C1 上的电压下降到稳压管D2的稳压值以下时，截止二极管D1正向导通，第一晶体管Q1的控 制端栅极电压将随缓启动电容C1上的电压一起下降。当第一晶体管Q1的控制端栅极电压 低于第一晶体管Q1的最小开启电压值时，第一晶体管Q1关断，并阻断了外部输入直流电源 的第一输出端和第二输出端与储能电容C3的回路。此时，第一晶体管Q1的控制端栅极电 压并没有到0V，储能电容C3上会存在残余电压，此残余电压随着储能电容C3的增大而增 力口，且在外部输入直流电源掉电后会存留很长时间并缓慢降低。当外部输入直流电源再次 上电时，由于第一晶体管Q1的控制端的残余电压依然存在，如果没有延时电路在延时过程 中将第一晶体管Q1的栅极电压强制拉低为0V，第一晶体管Q1的控制端栅极电压将不会从 0V开始增加，从而影响缓启动的冲击电流抑制效果。由此可见，延时电路在快速上下电过程 中除了进一步加大延时时间外，还进一步起到了抑制冲击电流的作用，进一步优化了电路 的可靠性。
[0054] 在上述缓启动电路中，第一电阻R1和缓启动电容C1和稳压管二极管D2用来保证 第一晶体管Q1在刚上电时保持关断状态；截止二极管D1用来限制第一晶体管Q1的栅源电 压。其中：
[0055] 第一电阻R1和缓启动电容C1按照以下公式选定：
【权利要求】
1. 一种设备上下电控制电路，设置于外部直流电源的第一输出端（VIN)、外部直流电 源的第二输出端（RTN)与所述设备的供电端之间，包括：缓启动电路，含有用于控制所述缓 启动电路对外输出通断的第一晶体管，所述第一晶体管的输入端与所述外部直流电源的第 二输出端（RTN)连接，输出端与所述设备的地（GND)连接，其特征在于， 所述设备上下电控制电路还包括：延时电路，所述延时电路的输出端与所述第一晶体 管的控制端连接，控制所述缓启动电路中第一晶体管的通断状态。
2. 如权利要求1所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述缓启动电路还包括： 与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接的第一电阻，以及与外部直流电源的第二输 出端（RTN)连接的缓启动电容，所述第一电阻和所述缓启动电容串联连接形成第一中间电 压节点（P); 与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接的第二电阻，所述第二电阻和所述第一晶体 管的控制端串联连接形成第二中间电压节点（0); 彼此串联连接、且设置于所述第二中间电压节点（0)和所述第一晶体管输出端之间的 第三电阻和第二电容。
3. 如权利要求2所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述缓启动电容两端不并 联设置有分压电阻。
4. 如权利要求2或者3所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述缓启动电路还包 括：截止二极管，所述截止二极管的阴极与所述第一中间电压节点（P)连接，阳极与所述第 二中间电压节点（〇)连接。
5. 如权利要求1所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述缓启动电路还包括：稳 压管，其阴极与所述第二中间电压节点（〇)连接，阳极与所述外部直流电源的第二输出端 (RTN)连接。
6. 如权利要求1所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述第一晶体管为NMOS管， 其控制端为栅极，输入端为源极，输出端为漏极。
7. 如权利要求1所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述设备上下电控制电路 还包括：设置在外部直流电源的第一输出端（VIN)和所述设备的地（GND)之间的储能电容。
8. 如权利要求1所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述延时电路包括： 与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接的第一分压电阻，以及与外部直流电源的第 二输出端（RTN)连接的第二分压电阻，第二晶体管，充电电容，上拉电阻；其中： 所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联连接形成分压节点（A); 所述充电电容一端与所述第二晶体管的控制端连接，另一端与所述分压节点（A)连 接；所述第二晶体管的第一连接端与所述第一中间电压节点（P)连接，且通过所述上拉电 阻与外部直流电源的第一输出端（VIN)连接；所述第二晶体管的第二连接端与外部直流电 源的第二输出端（RTN)连接。
9. 如权利要求8所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述第二晶体管为三极管， 其控制端为基极，第一连接端为集电极，第二连接端为发射极。
10. 如权利要求8所述的设备上下电控制电路，其特征在于，所述上拉电阻和所述第一 电阻集成为一个电阻。
【文档编号】H03K17/08GK203840300SQ201420118843
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】肖站, 曲畅 申请人:瑞斯康达科技发展股份有限公司