一種設備上下電控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種設備上下電控制電路，設置于外部直流電源的第一輸出端(VIN)、外部直流電源的第二輸出端(RTN)與所述設備的供電端之間，包括：緩啟動電路，含有用于控制所述緩啟動電路對外輸出通斷的第一晶體管，所述第一晶體管的輸入端與所述外部直流電源的第二輸出端(RTN)連接，輸出端與所述設備的地(GND)連接，所述設備上下電控制電路還包括：延時電路，所述延時電路的輸出端與所述第一晶體管的控制端連接，控制所述緩啟動電路中第一晶體管的通斷狀態(tài)。利用本實用新型所提出的設備上下電控制電路能夠進一步延長設備上電啟動時間并抑制輸入沖擊電流。
【專利說明】-種設備上下電控制電路

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電源電路，特別地涉及一種設備上下電控制電路，屬于電源技術 領域。

【背景技術】
[0002] 隨著大物流，大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)交換設備廣泛應用到工業(yè)領域。復雜的工業(yè) 環(huán)境要求直流電源能夠具備多樣化的直流輸入電壓、可靠的延時啟動和較強的電源掉電保 持能力。然而，直流電源在上電過程中，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，即，在輸出負載上電過程 中為建立正常工作電壓而從輸入端吸收的瞬時電流。如果該沖擊電流非常大，尤其是在輸 出負載較大的情況下，可能會引起用電設備發(fā)生故障，如：燒毀輸入端串聯(lián)的保險管，燒毀 串聯(lián)在輸入端的晶體管，也可能使得輸出負載電壓不穩(wěn)定，甚至是由于輸入電源電壓跌落 而造成的輸出負載不能正常工作等等。同時，電源緩啟動也是電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI)的要求之一。
[0003] 為了解決上述問題，減少上電過程中的沖擊電流對用電設備的影響，目前主要采 用專用緩啟動控制芯片或者分立元件組合電路兩種方式來實現(xiàn)對于用電設備的電源上電 緩啟動，尤其是后者，由于其所具有的成本低和適應性強的特點而被廣泛地采用。典型地， 現(xiàn)有技術中采用分立元件組合形成的緩啟動電路如圖1所示，當電路上電后，外部直流電 源通過第一電阻R1、緩啟動電容C1對作為開關使用的金屬氧化物半導體場效應晶體管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，M0FET)Q1 的柵極（G)充電，直到 打開M0FET才導通電路，由此實現(xiàn)對用電設備的上電緩啟動，該緩啟動電路的緩啟動時間 由第一電阻R1和緩啟動電容C1的充電時間常數(shù)確定。但上述電路實際應用中卻存在以下 幾個缺點：
[0004] (l)MOSFET的驅動電壓由第一電阻R1和分壓電阻R10分壓獲得，由于M0SFET的 驅動電壓有最大值限制及最小值要求，因此該電路在寬范圍的輸入電壓應用時存在一定限 制；
[0005] (2)由第一電阻R1和充電電容C1構成的充電電路，對增加M0SFET的驅動電壓中 的米勒平臺時間非常有限，即，實際上能實現(xiàn)的緩啟動時間有限，在需要電源長延時緩啟動 的情況下延時時間不能滿足要求；當輸出容性負載即儲能電容C3很大的時候，此電路無法 有效地限制沖擊電流，反而會使M0SFET工作在非安全區(qū)，導致M0SET毀壞；
[0006] (3)當輸入電壓快速上下電動作時，M0SFET柵極的電荷泄放不完全，可能導致緩 啟動功能失效，沖擊電流容易引起輸出側的電路發(fā)生故障。 實用新型內容
[0007] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種設備用上下電控制電路，其能夠進一步 延長設備上電啟動時間并抑制輸入沖擊電流。
[0008] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種設備上下電控制電路，設置于外部 直流電源的第一輸出端（VIN)、外部直流電源的第二輸出端（RTN)與所述設備的供電端之 間，包括：緩啟動電路，含有用于控制所述緩啟動電路對外輸出通斷的第一晶體管，所述第 一晶體管的輸入端與所述外部直流電源的第二輸出端（RTN)連接，輸出端與所述設備的地 (GND)連接，所述設備上下電控制電路還包括：延時電路，所述延時電路的輸出端與所述第 一晶體管的控制端連接，控制所述緩啟動電路中第一晶體管的通斷狀態(tài)。
[0009] 進一步地，所述緩啟動電路還包括：
[0010] 與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接的第一電阻，以及與外部直流電源的第 二輸出端（RTN)連接的緩啟動電容，所述第一電阻和所述緩啟動電容串聯(lián)連接形成第一中 間電壓節(jié)點（P);
[0011] 與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接的第二電阻，所述第二電阻和所述第一 晶體管的控制端串聯(lián)連接形成第二中間電壓節(jié)點（0);
[0012] 彼此串聯(lián)連接、且設置于所述第二中間電壓節(jié)點（0)和所述第一晶體管輸出端之 間的第三電阻和第二電容。
[0013] 其中，所述緩啟動電容兩端不并聯(lián)設置有分壓電阻。
[0014] 其中，所述緩啟動電路還包括：所述緩啟動電路還包括：截止二極管，所述截止二 極管的陰極與所述第一中間電壓節(jié)點（P)連接，陽極與所述第二中間電壓節(jié)點（〇)連接。
[0015] 進一步地，所述緩啟動電路還包括：穩(wěn)壓管，其陰極與所述第二中間電壓節(jié)點0連 接，陽極與所述外部直流電源的第二輸出端（RTN)連接。
[0016] 進一步地，所述第一晶體管為NM0S管，其控制端為柵極，輸入端為源極，輸出端為 漏極。
[0017] 進一步地，所述設備上下電控制電路還包括：設置在外部直流電源的第一輸出端 (VIN)和所述設備的地（GND)之間的儲能電容。
[0018] 進一步地，，所述延時電路包括：
[0019] 與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接的第一分壓電阻，以及與外部直流電源 的第二輸出端（RTN)連接的第二分壓電阻，第二晶體管，充電電容，上拉電阻；其中：
[0020] 所述第一分壓電阻和所述第二分壓串聯(lián)連接形成分壓節(jié)點（A);
[0021] 所述充電電容一端與所述第二晶體管的控制端連接，另一端與所述分壓節(jié)點（A) 連接；所述第二晶體管的第一連接端與所述第一中間電壓節(jié)點（P)連接，且通過所述上拉 電阻與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接；所述第二晶體管的第二連接端與外部直流 電源的第二輸出端（RTN)連接。
[0022] 其中，所述第二晶體管為三極管，其控制端為基極，第一連接端為集電極，第二連 接端為發(fā)射極。
[0023] 其中，所述上拉電阻和所述第一電阻集成為一個電阻。
[0024] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型實施例提出的一種設備上下電控制電路具有如下明 顯優(yōu)點：
[0025] (1)本實施例的設備上下電控制電路在緩啟動電路之前加設一級延時電路，只 有當延時時間到時，才能啟動緩啟動電路工作，有效地延長了設備上電時間，解決了由于 M0SFET的驅動電壓中的米勒平臺時間僅根據(jù)RC充電電路參數(shù)調整而增加非常有限，從而 導致緩啟動延時時間有限的問題；
[0026] (2)本實施例的設備上下電控制電路中延時電路不僅起到延時作用，其在設備下 電后，還形成對緩啟動電路中控制端上的電荷泄放通道，使得其上電荷快速地泄放完成；
[0027] (3)本實施例的設備上下電控制電路中延時電路在上電延時過程中能夠將第一晶 體管Q1的控制端及緩啟動電容C1的電壓強制拉低，從而抑制緩啟動的沖擊電流，由此進一 步地保證設備快速上下電切換時電路工作的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為現(xiàn)有技術中的電源緩啟動電路的原理圖；
[0029] 圖2為本實用新型實施例的設備上下電控制電路的原理圖；
[0030] 圖3為本實用新型另一實施例的設備上下電控制電路的原理圖。

【具體實施方式】
[0031] 首先說明一點，本實用新型實施例所提出的設備上下電控制電路設置于外部直流 電源與所述設備的供電端之間，其中，外部直流電源對外具有兩個輸出端，具體為：第一輸 出端VIN以及第二輸出端RTN。本實用新型實施例所提出的設備上下電控制電路包括：順 序連接的延時電路和緩啟動電路，當延時電路延時時間到后才啟動緩啟動電路，達到進一 步延長啟動時間并抑制輸入沖擊電流的目的。
[0032] 以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，借此對本實用新型 如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。
[0033] 參考圖2所示，為本實用新型實施例的設備上下電控制電路的原理圖。從該原理 圖可以看出，其包括：順序連接的延時電路和緩啟動電路，且所述延時電路的輸出端與所述 緩啟動電路的控制端連接，用于控制緩啟動電路的對外輸出通斷，其中，
[0034] 所述緩啟動電路包括：
[0035] 第一晶體管Q1，用于控制所述緩啟動電路對外輸出通斷，優(yōu)選地且示例性地在圖 2中為N溝道增強型M0SFET，控制端為柵極G，輸入端為源極S，輸出端為漏極D ;所述第一 晶體管Q1的輸入端與外部直流電源的第二輸出端RTN連接，其輸出端與所述設備的地GND 連接；
[0036] 與外部直流電源的第一輸出端VIN連接的第一電阻R1，以及與外部直流電源的第 二輸出端RTN連接的緩啟動電容C1，所述第一電阻R1和所述緩啟動電容C1串聯(lián)連接形成 第一中間電壓節(jié)點P;
[0037] 與外部直流電源的第一輸出端VIN連接的第二電阻R2,所述第二電阻R2和所述第 一晶體管Q1的控制端柵極G串聯(lián)連接形成第二中間電壓節(jié)點0 ;
[0038] 彼此串聯(lián)連接、且設置于所述第二中間電壓節(jié)點0和所述第一晶體管輸出端漏極 D之間的第三電阻R3和第二電容C2 ;
[0039] 截止二極管D1，其陰極與所述第一中間電壓節(jié)點P連接，陽極與所述第二中間電 壓節(jié)點〇連接；
[0040] 穩(wěn)壓管D2,其陰極與所述第二中間電壓節(jié)點0連接，陽極與所述外部直流電源的 第二輸出端RTN連接。
[0041] 所述延時電路包括：
[0042] 與外部直流電源的第一輸出端VIN連接的第一分壓電阻R4,與外部直流電源的第 二輸出端RTN連接的第二分壓電阻R5 ;所述第一分壓電阻R4和所述第二分壓電阻R5串聯(lián) 連接形成分壓節(jié)點A ;
[0043] 上拉電阻R6;
[0044] -端與所述分壓節(jié)點A連接的充電電容C4 ;
[0045] 第二晶體管Q2,優(yōu)選地且示例性地在圖2中為三極管，控制端為基極B，第一連接 端為集電極C，第二連接端為發(fā)射極E ;所述第二晶體管Q2的第一連接端與所述第一中間電 壓節(jié)點P連接，且通過所述上拉電阻R6與外部直流電源的第一輸出端VIN連接；所述第二 晶體管Q2的第二連接端與外部直流電源的第二輸出端RTN連接；所述第二晶體管的控制端 與所述充電電容C4的另一端連接；
[0046] 反向二極管D3,設置在所述第二晶體管Q2的控制端與外部直流電源的第二輸出 端RTN之間，其陰極與所述第二晶體管Q2的控制端連接，陽極與外部直流電源的第二輸出 端RTN連接。
[0047] 此外，在圖2所示出的上下電控制電路中還包括：儲能電容C3,設置在外部直流電 源的第一輸出端VIN與所述設備的地GND之間，作為本實施例的設備上下電控制電路的輸 出負載。
[0048] 本實施例所提出的上下電控制電路的實現(xiàn)過程如下：
[0049] 該上下電控制電路在未上電的初始狀態(tài)，充電電容C4兩端的電壓為0V，電路中沒 有電流，而分壓節(jié)點A的電壓由所述第一分壓電阻R4和第二分壓電阻R5串聯(lián)分壓來確定； 當外部直流電源上電時，即外部直流電源的第一輸出端VIN和第二輸出端RTN之間的電壓 由0V變?yōu)橥獠抗┙o電壓（例如，Vin)時，由于充電電容C4隔直通交的特性及電容電壓不能 突變原理，形成對于充電電容C4充電，并且充電電容C4剛開始充電瞬間時相當于短路，此 時，第一分壓電阻R4、充電電容C4及第二晶體管Q2構成一回路，在該回路中初始電流I (0) 等于所述分壓節(jié)點A(第一分壓電阻R4和第二分壓電阻R5串聯(lián)分壓）與所述第二晶體管 Q2的極間電壓V BE的差值除以所述第一分壓電阻R4的值，且初始電流I (0)遠大于第二晶 體管Q2導通所需的飽和基極電流Ibs，此時第二晶體管Q2處于飽和導通狀態(tài)，因此第二晶 體管Q2的第一連接端和第二連接端相導通，由于第二連接端接地，所述緩啟動電容C1、第 一電阻R1和截止二極管D1形成的第二中間電壓節(jié)點P的電壓被強制拉低為0V，且通過所 述截止二極管D1，第一晶體管Q1的柵極電壓也被強制拉低為0V，緩啟動電路處于不工作狀 態(tài)；在第二晶體管Q2導通后，由于第二晶體管Q2的控制端與第二連接端之間的極間電壓 V BE -定，充電電容C4與第二晶體管Q2控制端連接的節(jié)點處電壓也被箝位在第二晶體管Q2 的極間電壓VBE。
[0050] 隨著對充電電容C4的充電時間增加，其上通過的電流逐漸減小，一旦當充電電容 C4通過的電流I小于第二晶體管Q2導通所需的飽和基極電流I bs時，第二晶體管Q2關斷， 此時第二中間電壓節(jié)點P將開始從0V上升至Vin，緩啟動電路開始工作，此時第一電阻R1 起限流作用。
[0051] 當緩啟動電路開始工作后，第一晶體管Q1的控制端柵極G的電壓將緩慢上升，當 柵源電壓V es高到一定程度后，截止二極管D1導通，之后所有的電荷都給緩啟動電容C1以 時間常數(shù)R1XC1充電，柵源G的電壓V es以與緩啟動電容C1上的電壓相同的速度上升，直 到第一晶體管Q1導通產(chǎn)生沖擊電流。當?shù)谝痪w管Q1處于導通狀態(tài)時，外部輸入直流電 源和設備供電端之間形成導通回路，也就是說，設備實現(xiàn)了上電。
[0052] 當外部輸入直流電源下電而停止向設備進行供電，S卩，外部輸入直流電源的第一 輸出端VIN和第二輸出端RTN之間的電壓又變?yōu)?V時，充電電容C4開始放電，此時，第一 分壓電阻R4、第二分壓電阻R5、充電電容C4及反向二極管D3構成一回路，充電電容C4的 放電電阻相當于第一分壓電阻R4和第二分壓電阻R5的并聯(lián)電阻，充電電容C4的放電初始 電壓為第一分壓電阻R4和第二分壓電阻R5串聯(lián)分壓（即，分壓節(jié)點A的電壓），此時，反 向二極管D3正向導通，將第二晶體管Q2的控制端與第二連接端之間的極間電壓Vbe箝位 至-Vf (大約-0. 7V)，第二晶體管Q2截止。
[0053] 同時，緩啟動電容C1通過第一電阻R1和上拉電阻R6開始放電，當緩啟動電容C1 上的電壓下降到穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值以下時，截止二極管D1正向導通，第一晶體管Q1的控 制端柵極電壓將隨緩啟動電容C1上的電壓一起下降。當?shù)谝痪w管Q1的控制端柵極電壓 低于第一晶體管Q1的最小開啟電壓值時，第一晶體管Q1關斷，并阻斷了外部輸入直流電源 的第一輸出端和第二輸出端與儲能電容C3的回路。此時，第一晶體管Q1的控制端柵極電 壓并沒有到0V，儲能電容C3上會存在殘余電壓，此殘余電壓隨著儲能電容C3的增大而增 力口，且在外部輸入直流電源掉電后會存留很長時間并緩慢降低。當外部輸入直流電源再次 上電時，由于第一晶體管Q1的控制端的殘余電壓依然存在，如果沒有延時電路在延時過程 中將第一晶體管Q1的柵極電壓強制拉低為0V，第一晶體管Q1的控制端柵極電壓將不會從 0V開始增加，從而影響緩啟動的沖擊電流抑制效果。由此可見，延時電路在快速上下電過程 中除了進一步加大延時時間外，還進一步起到了抑制沖擊電流的作用，進一步優(yōu)化了電路 的可靠性。
[0054] 在上述緩啟動電路中，第一電阻R1和緩啟動電容C1和穩(wěn)壓管二極管D2用來保證 第一晶體管Q1在剛上電時保持關斷狀態(tài)；截止二極管D1用來限制第一晶體管Q1的柵源電 壓。其中：
[0055] 第一電阻R1和緩啟動電容C1按照以下公式選定：

【權利要求】
1. 一種設備上下電控制電路，設置于外部直流電源的第一輸出端（VIN)、外部直流電 源的第二輸出端（RTN)與所述設備的供電端之間，包括：緩啟動電路，含有用于控制所述緩 啟動電路對外輸出通斷的第一晶體管，所述第一晶體管的輸入端與所述外部直流電源的第 二輸出端（RTN)連接，輸出端與所述設備的地（GND)連接，其特征在于， 所述設備上下電控制電路還包括：延時電路，所述延時電路的輸出端與所述第一晶體 管的控制端連接，控制所述緩啟動電路中第一晶體管的通斷狀態(tài)。
2. 如權利要求1所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述緩啟動電路還包括： 與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接的第一電阻，以及與外部直流電源的第二輸 出端（RTN)連接的緩啟動電容，所述第一電阻和所述緩啟動電容串聯(lián)連接形成第一中間電 壓節(jié)點（P); 與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接的第二電阻，所述第二電阻和所述第一晶體 管的控制端串聯(lián)連接形成第二中間電壓節(jié)點（0); 彼此串聯(lián)連接、且設置于所述第二中間電壓節(jié)點（0)和所述第一晶體管輸出端之間的 第三電阻和第二電容。
3. 如權利要求2所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述緩啟動電容兩端不并 聯(lián)設置有分壓電阻。
4. 如權利要求2或者3所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述緩啟動電路還包 括：截止二極管，所述截止二極管的陰極與所述第一中間電壓節(jié)點（P)連接，陽極與所述第 二中間電壓節(jié)點（〇)連接。
5. 如權利要求1所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述緩啟動電路還包括：穩(wěn) 壓管，其陰極與所述第二中間電壓節(jié)點（〇)連接，陽極與所述外部直流電源的第二輸出端 (RTN)連接。
6. 如權利要求1所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述第一晶體管為NMOS管， 其控制端為柵極，輸入端為源極，輸出端為漏極。
7. 如權利要求1所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述設備上下電控制電路 還包括：設置在外部直流電源的第一輸出端（VIN)和所述設備的地（GND)之間的儲能電容。
8. 如權利要求1所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述延時電路包括： 與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接的第一分壓電阻，以及與外部直流電源的第 二輸出端（RTN)連接的第二分壓電阻，第二晶體管，充電電容，上拉電阻；其中： 所述第一分壓電阻和所述第二分壓電阻串聯(lián)連接形成分壓節(jié)點（A); 所述充電電容一端與所述第二晶體管的控制端連接，另一端與所述分壓節(jié)點（A)連 接；所述第二晶體管的第一連接端與所述第一中間電壓節(jié)點（P)連接，且通過所述上拉電 阻與外部直流電源的第一輸出端（VIN)連接；所述第二晶體管的第二連接端與外部直流電 源的第二輸出端（RTN)連接。
9. 如權利要求8所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述第二晶體管為三極管， 其控制端為基極，第一連接端為集電極，第二連接端為發(fā)射極。
10. 如權利要求8所述的設備上下電控制電路，其特征在于，所述上拉電阻和所述第一 電阻集成為一個電阻。
【文檔編號】H03K17/08GK203840300SQ201420118843
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2014年3月14日
【發(fā)明者】肖站, 曲暢 申請人:瑞斯康達科技發(fā)展股份有限公司