CN103378717A - 软启动时间控制电路 - Google Patents

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CN103378717A CN2012101098050A CN201210109805A CN103378717A CN 103378717 A CN103378717 A CN 103378717A CN 2012101098050 A CN2012101098050 A CN 2012101098050A CN 201210109805 A CN201210109805 A CN 201210109805A CN 103378717 A CN103378717 A CN 103378717A
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付迎宾
陈元喜
潘亚军
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种软启动时间控制电路，用于控制一直流电源的软启动时间，所述软启动时间控制电路包括数字电位器、第一驱动电路以及控制器；所述第一驱动电路包括第一驱动器、第一金属氧化物半导体场效应晶体管以及第一充电电容，所述第一驱动器电性连接至所述直流电源，用于在所述直流电源启动时通过所述数字电位器给所述第一充电电容充电；所述主控制器用于调节所述数字电位器的第一可调节电阻的阻值以相应改变所述第一充电电容的充电时间常数，从而改变所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的截止时间。

Description

软启动时间控制电路
技术领域
本发明涉及一种对直流电源的软启动时间进行控制的软启动时间控制电路。
背景技术
直流电源在启动瞬间会形成较大的瞬时冲击电流，为了避免较大的冲击电流对直流电源造成损坏，一般会在其输入电路设置防止冲击电流的软启动电路。当所述直流电源作为某些测试电路的输入电源时，若该测试电路对直流电源的软启动时间有特别要求，由于目前不同类型或厂家的直流电源的软启动时间一般都不同，则无法方便得找出符合要求的直流电源。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种能根据需要对电源的软启动时间进行控制的软启动时间控制电路。
一种软启动时间控制电路，用于控制一直流电源的软启动时间，所述软启动时间控制电路包括：
数字电位器，包括一第一可调节电阻；
第一驱动电路，包括第一驱动器、第一金属氧化物半导体场效应晶体管以及第一充电电容，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极通过所述第一可调节电阻电性连接至所述第一驱动器，漏极电性连接至所述直流电源的输出端，所述第一充电电容电性连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极与地之间，所述第一驱动器电性连接至所述直流电源，用于在所述直流电源启动时通过所述第一可调节电阻给所述第一充电电容充电，当所述第一充电电容充满电时，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管导通而输出所述直流电源的输出电压；
主控制器，电性连接至所述数字电位器，所述主控制器用于调节所述数字电位器的第一可调节电阻的阻值以相应改变所述第一充电电容的充电时间常数，从而改变所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的截止时间，即所述直流电源的软启动时间。
所述的软启动时间控制电路通过主控制器可选择的调节数字电位器的阻值，从而控制第一滤波电容的充电时间来达到对相应的第一金属氧化物半导体场效应晶体管的截止时间的控制，从而实现对直流电源的软启动时间的控制。如此，所述主控制器可根据不同的需要对直流电源的软启动时间进行调节及控制，具有较好地通用性。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的软启动时间控制电路的功能模块图。
图2为图1所示软启动时间控制电路的第一驱动电路的电路图。
图3为图1所示软启动时间控制电路的第二驱动电路的电路图。
图4为图1所示软启动时间控制电路的第一选通电路的电路图。
图5为图1所示软启动时间控制电路的第二选通电路的电路图。
主要元件符号说明
直流电源 200
软启动时间控制电路 100
主控制器 10
第一驱动电路 20
数字电位器 30
键盘电路 40
显示器 50
第二驱动电路 60
第一选通电路 70
第二选通电路 80
第一驱动器 21
第二驱动器 61
第一控制引脚 P1
第二控制引脚 P2
使能引脚 EN
电源引脚 VCC
电流感测引脚 SENSE
驱动引脚 GATE
输出引脚 OUT
过压检测引脚 OV
时钟引脚 SCL
数据引脚 SDA
调节引脚 VW0、VW1
高位引脚 VH0、VH1
低位引脚 VL0、VL1
地址引脚 A0-A3
第一MOSFET Q1
第二MOSFET Q2
NPN型三极管 Q3
PNP型三极管 Q4
继电器 K1
第一充电电容 C1
第二充电电容 C4
滤波电容 C2-C3、C5-C6、C7
第一电流感应电阻 R1
第二电流感应电阻 R4
第一分压电阻 R2
第二分压电阻 R3
第三分压电阻 R5
第四分压电阻 R6
第五分压电阻 R7
电阻 R8-R12
放电二极管 D1
线圈 L
基极 b1、b2
发射极 e1、e2
集电极 c1、c2
源极 s1、s2
漏极 d1、d2
栅极 g1、g2
输出电压 Vout
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明较佳实施方式的软启动时间控制电路100用于控制一直流电源200的软启动时间。所述软启动时间控制电路100包括主控制器10、第一驱动电路20、数字电位器30、键盘电路40以及显示器50。
键盘电路40用于供操作者输入欲对直流电源200设置的软启动时间。
主控制器10电性连接至所述数字电位器30、键盘电路40以及显示器50。所述主控制器10用于从键盘电路40接收输入的直流电源200的软启动时间并输出至显示器50进行显示，并根据该软启动时间改变数字电位器30接入第一驱动电路20的电阻值。主控制器10包括第一控制引脚P1及第二控制引脚P2（如图4所示）。
请并一并参阅图2，第一驱动电路20包括第一驱动器21、第一金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、第一充电电容C1、滤波电容C2-C3、第一电流感应电阻R1、第一分压电阻R2及第二分压电阻R3。第一电流感应电阻R1电性连接至直流电源200的输出端与第一MOSFET Q1的漏极d1之间。第一MOSFET Q1的源极s1通过滤波电容C3接地，且源极s1与滤波电容C3之间的节点电性连接至一负载（图未示）以输出所述直流电源200的输出电压Vout。滤波电容C2电性连接至第一电流感应电阻R1与直流电源200的输出端之间的节点与地之间。第一分压电阻R2及第二分压电阻R3相互串联至直流电源200的输出端与地之间。第一驱动器21用于输出驱动电流至MOSFET Q1以驱动第一MOSFET Q1导通。在本实施方式中，第一驱动器21的型号为TPS24701，由德州仪器公司（TI）生产。第一驱动器21包括使能引脚EN、电源引脚VCC、电流感测引脚SENSE、驱动引脚GATE以及输出引脚OUT。使能引脚EN电性连接至第一分压电阻R2与第二分压电阻R3之间；电源引脚VCC及电流感测引脚SENSE分别电性连接至第一电流感应电阻R1的两端；驱动引脚GATE通过数字电位器30电性连接至第一MOSFET Q1的栅极g1；输出引脚OUT电性连接至第一MOSFET Q1的源极s1与滤波电容C3之间的节点。第一电流感应电阻R1及电流感测引脚SENSE用于感应直流电源200的输出电流。第一充电电容C1电性连接至数字电位器30与第一MOSFET Q1的栅极g1之间的节点与地之间。
数字电位器30包括包括时钟引脚SCL、数据引脚SDA、调节引脚VW0及VW1、高位引脚VH0及VH1、低位引脚VL0及VL1以及四个地址引脚A0-A3。时钟引脚SCL、数据引脚SDA用于与控制器10之间进行串行数据的通信，地址引脚A0-A3用于实现主控制器10对该数字电位器30的各个可调节电阻的寻址。例如，当地址引脚A0-A3上的电平依次为0000时，则选择第一个可调节电阻；当地址引脚A0-A3上的电平依次为0001时，则选择第二个可调节电阻。时钟引脚SCL、数据引脚SDA、地址引脚A0-A3与控制器10的连接为常规电路接法，故没有在附图中示出具体连接电路。在本较佳实施方式中，所述数字电位器30为XICOR公司生产的型号为X92411的数字电位器，其包括四个可调节电阻。调节引脚VW0、高位引脚VH0及低位引脚VL0构成一第一可调节电阻；调节引脚VW1、高位引脚VH1及低位引脚VL1构成一第二可调节电阻。其中，调节引脚VW0及低位引脚VL0分别连接至第一MOSFET Q1的栅极g1及第一驱动器21的驱动引脚GATE；高位引脚VH0悬空处理。
当直流电源200启动时，第一驱动器21的使能引脚EN呈高电平，第一驱动器21开始工作，第一驱动器21的驱动引脚GATE输出的电流通过所述数字电位器30给第一充电电容C1充电，当第一充电电容C1充满电时，第一充电电容C1上的电压驱动第一MOSFET Q1导通，直流电源200的输出电压Vout经由第一MOSFET Q1输出。根据充电时间常数T=R*C（其中，R为数字电位器30的阻值，C为第一充电电容C1的容值），当第一充电电容C1的充电时间达到T时，第一充电电容C1则充满电。也就是说，充电时间常数T即为直流电源200的软启动时间。如此，当软启动时间控制电路100开始工作时，主控制器10根据键盘电路40输入的软启动时间以及公式T=R*C，即可计算出数字电位器30的电阻值，主控制器10则根据计算出的电阻值调节数字电位器30的第一可调节电阻的电阻，从而实现对直流电源200软启动时间的控制。
直流电源200的输出电压Vout具有一定范围，直流电源200的实际输出电压Vout可被设定该范围内的任意值，当直流电源200的输出电压范围较大时，例如本实施方式中，直流电源200的输出电压Vout的范围为2.5V~80V。由于本实施方式中的第一驱动器21的输入电压范围为2.5V~18V，当其输入电压大于18V时，其无法正常工作。因此，本发明的软启动时间控制电路100还可包括第二驱动电路60、第一选通电路70以及第二选通电路80。
请一并参阅图3，所述第二驱动电路60包括第二驱动器61、第二金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q2、第二充电电容C4、滤波电容C5-C6、第二电流感应电阻R4、第三分压电阻R5、第四分压电阻R6及第五分压电阻R7。第二电流感应电阻R4电性连接至直流电源200的输出端与第二MOSFET Q2的漏极d2之间。第二MOSFET Q2的源极s2通过滤波电容C6接地，且源极s2与滤波电容C6之间的节点电性连接至所述负载以输出所述直流电源200的输出电压Vout。滤波电容C5电性连接至第二电流感应电阻R4与直流电源200的输出端之间的节点与地之间。第三至第五分压电阻R5-R7依次相互串联至直流电源200的输出端与地之间。第二驱动器61用于输出驱动电流至第二MOSFET Q2的栅极g2以驱动第二MOSFET Q2导通。在本实施方式中，第二驱动器61的型号为TPS2492，由德州仪器公司（TI）生产，第二驱动器61的输入电压范围为9V~80V。第二驱动器61包括使能引脚EN、电源引脚VCC、电流感测引脚SENSE、驱动引脚GATE、输出引脚OUT以及过压检测引脚OV。使能引脚EN电性连接至第三分压电阻R5与第四分压电阻R6之间；过压检测引脚OV电性连接至第四分压电阻R6及第七分压电阻R7之间的节点；电源引脚VCC及电流感测引脚SENSE分别电性连接至第二电流感应电阻R4的两端；驱动引脚GATE电性连接至数字电位器30的低位引脚VL1；数字电位器30的调节引脚VW1电性连接至第二MOSFET Q2的栅极g2；输出引脚OUT电性连接至第二MOSFET Q2的源极s2与滤波电容C6之间的节点。第二充电电容C4电性连接至数字电位器30的调节引脚VW1与栅极g2之间的节点与地之间。
第二驱动器61的驱动引脚输出的电流通过所述数字电位器30给第二充电电容C4充电，当第二充电电容C4充满电时，第二充电电容C4上的电压驱动第二MOSFET Q2导通，直流电源200的输出电压Vout经由第二MOSFET Q2输出。根据充电时间常数T=R*C（其中，R为数字电位器30的阻值，C为第二充电电容C4的容值），当第二充电电容C4的充电时间达到T时，第二充电电容C4则充满电。
请参阅图4，第一选通电路70电性连接至主控制器10、直流电源200以及第一驱动电路20。第二选通电路80电性连接至主控制器10、直流电源200以及第二驱动电路60。键盘电路40还用于供使用者输入直流电源200的输出电压Vout的值，并将该输出电压Vout的值输出至主控制器10。主控制器10则根据该输出电压Vout的值判断该输出电压Vout处于一第一电压范围（如2.5V~17V）内，或是处于一第二电压范围（如17V~80V但不包括17V）内，并根据判读结果相应地控制第一选通电路70将直流电源200电性连接至第一驱动电路20，或控制第二选通电路80将直流电源200电性连接至第二驱动电路60。
第一选通电路70包括NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q4、继电器K1、电阻R8-R12、放电二极管D1以及滤波电容C7。继电器K1包括第一控制端1、第二控制端2、输入端3、输出端4以及电性连接至第一控制端1及第二控制端2之间的线圈L。NPN型三极管Q3的基极b1通过电阻R8电性连接至主控制器10的第一控制引脚P1；集电极c1通过电阻R11电性连接至PNP型三极管Q4的基极b2；发射极e1接地，且发射极e1与基极b1之间通过电阻R9连接于一起。PNP型三极管Q4的发射极e2电性至一电源（如本实施方式中的+5V电源）；集电极c2通过电阻R12电性连接至继电器K1的第一控制端1；基极b2与发射极e2之间还通过电阻R10电性连接于一起。当主控制器10输出一高电平（逻辑1）至NPN型三极管Q3的基极b1时，NPN型三极管Q3导通从而拉低PNP型三极管Q4的基极b2的电压使PNP型三极管Q4导通。反之，当主控制器10输出一低电平（逻辑1）至NPN型三极管Q3的基极b1时，NPN型三极管Q3截止相应使得PNP型三极管Q4截止。
继电器K1的第二控制端2接地；输入端3及输出端4分别电性连接至直流电源200与第一驱动电路20。当PNP型三极管Q4导通使电流经由电阻R12流至线圈L上时，继电器K1的输入端3及输出端4之间通过弹性触点相互连接，从而使得直流电源200的电性连接至第一驱动电路20；反之，则输入端3及输出端4之间通过弹性触点相互断开使直流电源200与第一驱动电路20相互断开。
放电二极管D1的阳极电性连接至继电器K1的第二控制端2，阴极电性连接至继电器K1的第一控制端1，放电二极管D1用于在PNP型三极管Q4截止时对线圈L上的感应电流进行快速放电。滤波电容C7电性连接至+5V电源与地之间。
请参阅图5，第二选通电路80具有与第一选通电路70相同的元器件及电路连接关系，不同之处仅在于第二选通电路80的继电器K1的输出端4电性连接至第二驱动电路60，NPN三极管Q3的基极b1电性连接至主控制器10的第二控制引脚P2。
下面简述所述软启动时间控制电路100的工作原理。
键盘电路40首先将操作者输入的预设的软启动时间以及直流电源200的输出电压Vout的值输出至主控制器10，主控制器10根据输出电压Vout的值判断所述输出电压Vout处于第一电压范围还是第二电压范围内，当所述输出电压Vout处于第一电压范围内，主控制器10则根据所述软启动时间以及第一充电电容C1的电容值计算数字电位器30的阻值大小并调节数字电位器30的第一可调节电阻的阻值，随后主控制器10则控制第一选通电路70的继电器K1闭合，同时控制第二选通电路80的继电器K1断开，如此，当预设的所述软启动时间到达后，所述直流电源200的输出电压Vout则通过所述第一选通电路70及第一驱动电路20输出至负载。而若所述输出电压Vout处于第二电压范围内，主控制器10则根据所述软启动时间以及第二充电电容C4的电容值计算数字电位器30的阻值大小并调节数字电位器30的第二可调节电阻的阻值，随后主控制器10则控制第二选通电路80的继电器K1闭合，同时控制第一选通电路70的继电器K1断开，如此，当预设的所述软启动时间到达后，所述直流电源200的输出电压Vout则通过第一选通电路70及第二驱动电路60输出至负载。
所述的软启动时间控制电路100通过主控制器10可选择的调节数字电位器30的阻值，从而控制第一滤波电容C1或第二滤波电容C4的充电时间来达到对相应的第一MOSFET Q1或第二MOSFET Q2的截止时间的控制，从而实现对直流电源200的软启动时间的控制。如此，所述主控制器10可根据不同的需要对直流电源200的软启动时间进行调节及控制，具有较好地通用性。

Claims (10)

1.一种软启动时间控制电路，用于控制一直流电源的软启动时间，其特征在于：所述软启动时间控制电路包括：
数字电位器，包括一第一可调节电阻；
第一驱动电路，包括第一驱动器、第一金属氧化物半导体场效应晶体管以及第一充电电容，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极通过所述第一可调节电阻电性连接至所述第一驱动器，漏极电性连接至所述直流电源的输出端，所述第一充电电容电性连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极与地之间，所述第一驱动器电性连接至所述直流电源，用于在所述直流电源启动时通过所述第一可调节电阻给所述第一充电电容充电，当所述第一充电电容充满电时，所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管导通而输出所述直流电源的输出电压；
主控制器，电性连接至所述数字电位器，所述主控制器用于调节所述数字电位器的第一可调节电阻的阻值以相应改变所述第一充电电容的充电时间常数，从而改变所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的截止时间，即所述直流电源的软启动时间。
2.如权利要求1所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述第一驱动器包括使能引脚，所述第一驱动电路还包括第一分压电阻及第二分压电阻，所述第一分压电阻及第二分压电阻相互串联至所述直流电源与地之间，所述使能引脚电性连接至所述第一分压电阻与第二分压电阻之间的节点，当所述直流电源启动时，所述使能引脚呈高而使所述第一驱动器开始工作。
3.如权利要求1所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述软启动时间控制电路还包括键盘电路，所述键盘电路用于输入所述软启动时间，所述主控制器根据所述输入的软启动时间设置所述数字电位器的阻值使所述第一充电电容的充电时间常数与所述软启动时间相等。
4.如权利要求3所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述键盘还用于输入所述直流电源的输出电压并将该输入电压输出至所述控制器；所述软启动时间控制电路还包括第二驱动电路、第一选通电路以及第二选通电路，所述第二驱动电路用于在所述主控制器的控制下调节所述直流电源的软启动时间；所述第一选通电路电性连接至所述第一驱动电路与所述直流电源之间，所述第二选通电路电性连接至所述第二驱动电路与所述直流电源之间，所述主控制器还电性连接至所述第一选通电路及第二选通电路；当所述主控制器判断所述直流电源的输出电压在第一电压范围内时，所述主控制器控制所述第一选通电路将所述直流电源电性连接至所述第一驱动电路；当所述主控制器判断所述直流电源的输出电压在第二电压范围内时，所述主控制器控制所述第二选通电路将所述直流电源电性连接至所述第二驱动电路。
5.如权利要求4所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述数字电位器还包括第二可调节电阻，所述第二驱动电路包括第二驱动器、第二金属氧化物半导体场效应晶体管以及第二充电电容，所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极通过所述第二可调节电阻电性连接至所述第二驱动器，漏极电性连接至所述直流电源的输出端，所述第二充电电容电性连接至所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极与地之间，所述第二驱动器通过第二选通电路连接至所述直流电源，用于在第二选通电路被选通且所述直流电源启动时通过所述第二可调节电阻给所述第二充电电容充电，当所述第二充电电容充满电时，所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管导通而输出所述直流电源的输出电压；所述主控制器通过调节第二可调节电阻的阻值来控制所述第二充电电容的充电时间。
6.如权利要求5所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述第一电压范围为2.5V~17V；所述第二电压范围为17V~80V但不包括17V。
7.如权利要求4所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述第一选通电路包括继电器，所述继电器包括电性连接至所述直流电源的输入端以及电性连接至第一驱动电路的输出端，所述控制器通过控制所述继电器的闭合及断开相应控制所述直流电源与所述第一驱动电路之间相互连接或断开。
8.如权利要求7所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述继电器还包括第一控制端、第二控制端及电性连接至第一控制端及第二控制端之间的线圈，所述第一选通电路还包括电源、NPN型三极管以及PNP型三极管，所述NPN型三极管的基极电性连接至所述主控制器，集电极电性连接至所述PNP型三极管的基极，所述NPN型三极管的发射极接地；所述PNP型三极管的发射极电性至所述电源，集电极电性连接至所述继电器的第一控制端；当所述主控制器输出一高电平至所述NPN型三极管的基极时，所述NPN型三极管导通而使PNP型三极管导通，所述继电器闭合；当所述主控制器输出一低电平至所述NPN型三极管的基极时，所述NPN型三极管截止相应使得PNP型三极管截止，所述继电器断开。
9.如权利要求8所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述第一选通电路还包括放电二极管，所述放电二极管的阳极电性连接至所述继电器的第二控制端，阴极电性连接至所述继电器的第一控制端，所述放电二极管用于在所述PNP型三极管截止时对所述线圈上的感应电流进行快速放电。
10.如权利要求3所述的软启动时间控制电路，其特征在于：所述软启动时间控制电路还包括电性连接至主控制器的显示器，所述显示器用于显示所述键盘电路输入的软启动时间。
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