TW201345149A - 軟啟動時間控制電路 - Google Patents

Abstract

一種軟啟動時間控制電路，用於控制一直流電源的軟啟動時間，所述軟啟動時間控制電路包括數位電位器、第一驅動電路以及控制器；所述第一驅動電路包括第一驅動器、第一金屬氧化物半導體場效應電晶體以及第一充電電容，所述第一驅動器電性連接至所述直流電源，用於在所述直流電源啟動時藉由所述數位電位器給所述第一充電電容充電；所述主控制器用於調節所述數字電位器的第一可調節電阻的阻值以相應改變所述第一充電電容的充電時間常數，從而改變所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的截止時間。

Description

軟啟動時間控制電路

本發明涉及一種對直流電源的軟啟動時間進行控制的軟啟動時間控制電路。

直流電源在啟動瞬間會形成較大的暫態衝擊電流，為了避免較大的衝擊電流對直流電源造成損壞，一般會在其輸入電路設置防止衝擊電流的軟啟動電路。當所述直流電源作為某些測試電路的輸入電源時，若該測試電路對直流電源的軟啟動時間有特別要求，由於目前不同類型或廠家的直流電源的軟啟動時間一般都不同，則無法方便得找出符合要求的直流電源。

有鑒於此，有必要提供一種能根據需要對電源的軟啟動時間進行控制的軟啟動時間控制電路。

一種軟啟動時間控制電路，用於控制一直流電源的軟啟動時間，所述軟啟動時間控制電路包括：

數字電位器，包括一第一可調節電阻；

第一驅動電路，包括第一驅動器、第一金屬氧化物半導體場效應電晶體以及第一充電電容，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極藉由所述第一可調節電阻電性連接至所述第一驅動器，汲極電性連接至所述直流電源的輸出端，所述第一充電電容電性連接至所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極與地之間，所述第一驅動器電性連接至所述直流電源，用於在所述直流電源啟動時藉由所述第一可調節電阻給所述第一充電電容充電，當所述第一充電電容充滿電時，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體導通而輸出所述直流電源的輸出電壓；

主控制器，電性連接至所述數位電位器，所述主控制器用於調節所述數字電位器的第一可調節電阻的阻值以相應改變所述第一充電電容的充電時間常數，從而改變所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的截止時間，即所述直流電源的軟啟動時間。

所述的軟啟動時間控制電路藉由主控制器可選擇的調節數位電位器的阻值，從而控制第一濾波電容的充電時間來達到對相應的第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的截止時間的控制，從而實現對直流電源的軟啟動時間的控制。如此，所述主控制器可根據不同的需要對直流電源的軟啟動時間進行調節及控制，具有較好地通用性。

請參閱圖1，本發明較佳實施方式的軟啟動時間控制電路100用於控制一直流電源200的軟啟動時間。所述軟啟動時間控制電路100包括主控制器10、第一驅動電路20、數位電位器30、鍵盤電路40以及顯示器50。

鍵盤電路40用於供操作者輸入欲對直流電源200設置的軟啟動時間。

主控制器10電性連接至所述數位電位器30、鍵盤電路40以及顯示器50。所述主控制器10用於從鍵盤電路40接收輸入的直流電源200的軟啟動時間並輸出至顯示器50進行顯示，並根據該軟啟動時間改變數字電位器30接入第一驅動電路20的電阻值。主控制器10包括第一控制引腳P1及第二控制引腳P2（如圖4所示）。

請並一併參閱圖2，第一驅動電路20包括第一驅動器21、第一金屬氧化物半導體場效應電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q1、第一充電電容C1、濾波電容C2-C3、第一電流感應電阻R1、第一分壓電阻R2及第二分壓電阻R3。第一電流感應電阻R1電性連接至直流電源200的輸出端與第一MOSFET Q1的汲極d1之間。第一MOSFET Q1的源極s1藉由濾波電容C3接地，且源極s1與濾波電容C3之間的節點電性連接至一負載（圖未示）以輸出所述直流電源200的輸出電壓Vout。濾波電容C2電性連接至第一電流感應電阻R1與直流電源200的輸出端之間的節點與地之間。第一分壓電阻R2及第二分壓電阻R3相互串聯至直流電源200的輸出端與地之間。第一驅動器21用於輸出驅動電流至MOSFET Q1以驅動第一MOSFET Q1導通。在本實施方式中，第一驅動器21的型號為TPS24701，由德州儀器公司（TI）生產。第一驅動器21包括使能引腳EN、電源引腳VCC、電流感測引腳SENSE、驅動引腳GATE以及輸出引腳OUT。使能引腳EN電性連接至第一分壓電阻R2與第二分壓電阻R3之間；電源引腳VCC及電流感測引腳SENSE分別電性連接至第一電流感應電阻R1的兩端；驅動引腳GATE藉由數位電位器30電性連接至第一MOSFET Q1的閘極g1；輸出引腳OUT電性連接至第一MOSFET Q1的源極s1與濾波電容C3之間的節點。第一電流感應電阻R1及電流感測引腳SENSE用於感應直流電源200的輸出電流。第一充電電容C1電性連接至數字電位器30與第一MOSFET Q1的閘極g1之間的節點與地之間。

數位電位器30包括包括時鐘引腳SCL、資料引腳SDA、調節引腳VW0及VW1、高位引腳VH0及VH1、低位引腳VL0及VL1以及四個地址引腳A0-A3。時鐘引腳SCL、資料引腳SDA用於與控制器10之間進行串列資料的通信，位址引腳A0-A3用於實現主控制器10對該數位電位器30的各個可調節電阻的定址。例如，當位址引腳A0-A3上的電平依次為0000時，則選擇第一個可調節電阻；當位址引腳A0-A3上的電平依次為0001時，則選擇第二個可調節電阻。時鐘引腳SCL、資料引腳SDA、位址引腳A0-A3與控制器10的連接為常規電路接法，故沒有在附圖中示出具體連接電路。在本較佳實施方式中，所述數位電位器30為XICOR公司生產的型號為X92411的數位電位器，其包括四個可調節電阻。調節引腳VW0、高位引腳VH0及低位引腳VL0構成一第一可調節電阻；調節引腳VW1、高位引腳VH1及低位引腳VL1構成一第二可調節電阻。其中，調節引腳VW0及低位引腳VL0分別連接至第一MOSFET Q1的閘極g1及第一驅動器21的驅動引腳GATE；高位引腳VH0懸空處理。

當直流電源200啟動時，第一驅動器21的使能引腳EN呈高電平，第一驅動器21開始工作，第一驅動器21的驅動引腳GATE輸出的電流藉由所述數位電位器30給第一充電電容C1充電，當第一充電電容C1充滿電時，第一充電電容C1上的電壓驅動第一MOSFET Q1導通，直流電源200的輸出電壓Vout經由第一MOSFET Q1輸出。根據充電時間常數T=R*C（其中，R為數字電位器30的阻值，C為第一充電電容C1的容值），當第一充電電容C1的充電時間達到T時，第一充電電容C1則充滿電。也就是說，充電時間常數T即為直流電源200的軟啟動時間。如此，當軟啟動時間控制電路100開始工作時，主控制器10根據鍵盤電路40輸入的軟啟動時間以及公式T=R*C，即可計算出數字電位器30的電阻值，主控制器10則根據計算出的電阻值調節數字電位器30的第一可調節電阻的電阻，從而實現對直流電源200軟啟動時間的控制。

直流電源200的輸出電壓Vout具有一定範圍，直流電源200的實際輸出電壓Vout可被設定該範圍內的任意值，當直流電源200的輸出電壓範圍較大時，例如本實施方式中，直流電源200的輸出電壓Vout的範圍為2.5V~80V。由於本實施方式中的第一驅動器21的輸入電壓範圍為2.5V~18V，當其輸入電壓大於18V時，其無法正常工作。因此，本發明的軟啟動時間控制電路100還可包括第二驅動電路60、第一選通電路70以及第二選通電路80。

請一併參閱圖3，所述第二驅動電路60包括第二驅動器61、第二金屬氧化物半導體場效應電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）Q2、第二充電電容C4、濾波電容C5-C6、第二電流感應電阻R4、第三分壓電阻R5、第四分壓電阻R6及第五分壓電阻R7。第二電流感應電阻R4電性連接至直流電源200的輸出端與第二MOSFET Q2的汲極d2之間。第二MOSFET Q2的源極s2藉由濾波電容C6接地，且源極s2與濾波電容C6之間的節點電性連接至所述負載以輸出所述直流電源200的輸出電壓Vout。濾波電容C5電性連接至第二電流感應電阻R4與直流電源200的輸出端之間的節點與地之間。第三至第五分壓電阻R5-R7依次相互串聯至直流電源200的輸出端與地之間。第二驅動器61用於輸出驅動電流至第二MOSFET Q2的閘極g2以驅動第二MOSFET Q2導通。在本實施方式中，第二驅動器61的型號為TPS2492，由德州儀器公司（TI）生產，第二驅動器61的輸入電壓範圍為9V~80V。第二驅動器61包括使能引腳EN、電源引腳VCC、電流感測引腳SENSE、驅動引腳GATE、輸出引腳OUT以及過壓檢測引腳OV。使能引腳EN電性連接至第三分壓電阻R5與第四分壓電阻R6之間；過壓檢測引腳OV電性連接至第四分壓電阻R6及第七分壓電阻R7之間的節點；電源引腳VCC及電流感測引腳SENSE分別電性連接至第二電流感應電阻R4的兩端；驅動引腳GATE電性連接至數位電位器30的低位元引腳VL1；數字電位器30的調節引腳VW1電性連接至第二MOSFET Q2的閘極g2；輸出引腳OUT電性連接至第二MOSFET Q2的源極s2與濾波電容C6之間的節點。第二充電電容C4電性連接至數字電位器30的調節引腳VW1與閘極g2之間的節點與地之間。

第二驅動器61的驅動引腳輸出的電流藉由所述數位電位器30給第二充電電容C4充電，當第二充電電容C4充滿電時，第二充電電容C4上的電壓驅動第二MOSFET Q2導通，直流電源200的輸出電壓Vout經由第二MOSFET Q2輸出。根據充電時間常數T=R*C（其中，R為數字電位器30的阻值，C為第二充電電容C4的容值），當第二充電電容C4的充電時間達到T時，第二充電電容C4則充滿電。

請參閱圖4，第一選通電路70電性連接至主控制器10、直流電源200以及第一驅動電路20。第二選通電路80電性連接至主控制器10、直流電源200以及第二驅動電路60。鍵盤電路40還用於供使用者輸入直流電源200的輸出電壓Vout的值，並將該輸出電壓Vout的值輸出至主控制器10。主控制器10則根據該輸出電壓Vout的值判斷該輸出電壓Vout處於一第一電壓範圍（如2.5V~17V）內，或是處於一第二電壓範圍（如17V~80V但不包括17V）內，並根據判讀結果相應地控制第一選通電路70將直流電源200電性連接至第一驅動電路20，或控制第二選通電路80將直流電源200電性連接至第二驅動電路60。

第一選通電路70包括NPN型三極管Q3、PNP型三極管Q4、繼電器K1、電阻R8-R12、放電二極體D1以及濾波電容C7。繼電器K1包括第一控制端1、第二控制端2、輸入端3、輸出端4以及電性連接至第一控制端1及第二控制端2之間的線圈L。NPN型三極管Q3的基極b1藉由電阻R8電性連接至主控制器10的第一控制引腳P1；集電極c1藉由電阻R11電性連接至PNP型三極管Q4的基極b2；發射極e1接地，且發射極e1與基極b1之間藉由電阻R9連接於一起。PNP型三極管Q4的發射極e2電性至一電源（如本實施方式中的+5V電源）；集電極c2藉由電阻R12電性連接至繼電器K1的第一控制端1；基極b2與發射極e2之間還藉由電阻R10電性連接於一起。當主控制器10輸出一高電平（邏輯1）至NPN型三極管Q3的基極b1時，NPN型三極管Q3導通從而拉低PNP型三極管Q4的基極b2的電壓使PNP型三極管Q4導通。反之，當主控制器10輸出一低電平（邏輯1）至NPN型三極管Q3的基極b1時，NPN型三極管Q3截止相應使得PNP型三極管Q4截止。

繼電器K1的第二控制端2接地；輸入端3及輸出端4分別電性連接至直流電源200與第一驅動電路20。當PNP型三極管Q4導通使電流經由電阻R12流至線圈L上時，繼電器K1的輸入端3及輸出端4之間藉由彈性觸點相互連接，從而使得直流電源200的電性連接至第一驅動電路20；反之，則輸入端3及輸出端4之間藉由彈性觸點相互斷開使直流電源200與第一驅動電路20相互斷開。

放電二極體D1的陽極電性連接至繼電器K1的第二控制端2，陰極電性連接至繼電器K1的第一控制端1，放電二極體D1用於在PNP型三極管Q4截止時對線圈L上的感應電流進行快速放電。濾波電容C7電性連接至+5V電源與地之間。

請參閱圖5，第二選通電路80具有與第一選通電路70相同的元器件及電路連接關係，不同之處僅在於第二選通電路80的繼電器K1的輸出端4電性連接至第二驅動電路60，NPN三極管Q3的基極b1電性連接至主控制器10的第二控制引腳P2。

下面簡述所述軟啟動時間控制電路100的工作原理。

鍵盤電路40首先將操作者輸入的預設的軟啟動時間以及直流電源200的輸出電壓Vout的值輸出至主控制器10，主控制器10根據輸出電壓Vout的值判斷所述輸出電壓Vout處於第一電壓範圍還是第二電壓範圍內，當所述輸出電壓Vout處於第一電壓範圍內，主控制器10則根據所述軟啟動時間以及第一充電電容C1的電容值計算數字電位器30的阻值大小並調節數字電位器30的第一可調節電阻的阻值，隨後主控制器10則控制第一選通電路70的繼電器K1閉合，同時控制第二選通電路80的繼電器K1斷開，如此，當預設的所述軟啟動時間到達後，所述直流電源200的輸出電壓Vout則藉由所述第一選通電路70及第一驅動電路20輸出至負載。而若所述輸出電壓Vout處於第二電壓範圍內，主控制器10則根據所述軟啟動時間以及第二充電電容C4的電容值計算數字電位器30的阻值大小並調節數字電位器30的第二可調節電阻的阻值，隨後主控制器10則控制第二選通電路80的繼電器K1閉合，同時控制第一選通電路70的繼電器K1斷開，如此，當預設的所述軟啟動時間到達後，所述直流電源200的輸出電壓Vout則藉由第一選通電路70及第二驅動電路60輸出至負載。

所述的軟啟動時間控制電路100藉由主控制器10可選擇的調節數位電位器30的阻值，從而控制第一濾波電容C1或第二濾波電容C4的充電時間來達到對相應的第一MOSFET Q1或第二MOSFET Q2的截止時間的控制，從而實現對直流電源200的軟啟動時間的控制。如此，所述主控制器10可根據不同的需要對直流電源200的軟啟動時間進行調節及控制，具有較好地通用性。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

200．．．直流電源

100．．．軟啟動時間控制電路

10．．．主控制器

20．．．第一驅動電路

30．．．數字電位器

40．．．鍵盤電路

50．．．顯示器

60．．．第二驅動電路

70．．．第一選通電路

80．．．第二選通電路

21．．．第一驅動器

61．．．第二驅動器

P1．．．第一控制引腳

P2．．．第二控制引腳

EN．．．使能引腳

VCC．．．電源引腳

SENSE．．．電流感測引腳

GATE．．．驅動引腳

OUT．．．輸出引腳

OV．．．過壓檢測引腳

SCL．．．時鐘引腳

SDA．．．數據引腳

VW0、VW1．．．調節引腳

VH0、VH1．．．高位引腳

VL0、VL1．．．低位引腳

A0-A3．．．地址引腳

Q1．．．第一MOSFET

Q2．．．第二MOSFET

Q3．．．NPN型三極管

Q4．．．PNP型三極管

K1．．．繼電器

C1．．．第一充電電容

C4．．．第二充電電容

C2-C3、C5-C6、C7．．．濾波電容

R1．．．第一電流感應電阻

R4．．．第二電流感應電阻

R2．．．第一分壓電阻

R3．．．第二分壓電阻

R5．．．第三分壓電阻

R6．．．第四分壓電阻

R7．．．第五分壓電阻

R8-R12．．．電阻

D1．．．放電二極體

L．．．線圈

b1、b2．．．基極

e1、e2．．．發射極

c1、c2．．．集電極

s1、s2．．．源極

d1、d2．．．汲極

g1、g2．．．閘極

Vout．．．輸出電壓

圖1為本發明較佳實施方式的軟啟動時間控制電路的功能模組圖。

圖2為圖1所示軟啟動時間控制電路的第一驅動電路的電路圖。

圖3為圖1所示軟啟動時間控制電路的第二驅動電路的電路圖。

圖4為圖1所示軟啟動時間控制電路的第一選通電路的電路圖。

圖5為圖1所示軟啟動時間控制電路的第二選通電路的電路圖。

200．．．直流電源

100．．．軟啟動時間控制電路

10．．．主控制器

20．．．第一驅動電路

30．．．數字電位器

40．．．鍵盤電路

50．．．顯示器

60．．．第二驅動電路

70．．．第一選通電路

80．．．第二選通電路

Claims (10)

1. 一種軟啟動時間控制電路，用於控制一直流電源的軟啟動時間，其改良在於：所述軟啟動時間控制電路包括：
   數字電位器，包括一第一可調節電阻；
   第一驅動電路，包括第一驅動器、第一金屬氧化物半導體場效應電晶體以及第一充電電容，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極藉由所述第一可調節電阻電性連接至所述第一驅動器，汲極電性連接至所述直流電源的輸出端，所述第一充電電容電性連接至所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極與地之間，所述第一驅動器電性連接至所述直流電源，用於在所述直流電源啟動時藉由所述第一可調節電阻給所述第一充電電容充電，當所述第一充電電容充滿電時，所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體導通而輸出所述直流電源的輸出電壓；
   主控制器，電性連接至所述數位電位器，所述主控制器用於調節所述數字電位器的第一可調節電阻的阻值以相應改變所述第一充電電容的充電時間常數，從而改變所述第一金屬氧化物半導體場效應電晶體的截止時間，即所述直流電源的軟啟動時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述第一驅動器包括使能引腳，所述第一驅動電路還包括第一分壓電阻及第二分壓電阻，所述第一分壓電阻及第二分壓電阻相互串聯至所述直流電源與地之間，所述使能引腳電性連接至所述第一分壓電阻與第二分壓電阻之間的節點，當所述直流電源啟動時，所述使能引腳呈高而使所述第一驅動器開始工作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述軟啟動時間控制電路還包括鍵盤電路，所述鍵盤電路用於輸入所述軟啟動時間，所述主控制器根據所述輸入的軟啟動時間設置所述數字電位器的阻值使所述第一充電電容的充電時間常數與所述軟啟動時間相等。
4. 如申請專利範圍第3項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述鍵盤還用於輸入所述直流電源的輸出電壓並將該輸入電壓輸出至所述控制器；所述軟啟動時間控制電路還包括第二驅動電路、第一選通電路以及第二選通電路，所述第二驅動電路用於在所述主控制器的控制下調節所述直流電源的軟啟動時間；所述第一選通電路電性連接至所述第一驅動電路與所述直流電源之間，所述第二選通電路電性連接至所述第二驅動電路與所述直流電源之間，所述主控制器還電性連接至所述第一選通電路及第二選通電路；當所述主控制器判斷所述直流電源的輸出電壓在第一電壓範圍內時，所述主控制器控制所述第一選通電路將所述直流電源電性連接至所述第一驅動電路；當所述主控制器判斷所述直流電源的輸出電壓在第二電壓範圍內時，所述主控制器控制所述第二選通電路將所述直流電源電性連接至所述第二驅動電路。
5. 如申請專利範圍第4項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述數位電位器還包括第二可調節電阻，所述第二驅動電路包括第二驅動器、第二金屬氧化物半導體場效應電晶體以及第二充電電容，所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極藉由所述第二可調節電阻電性連接至所述第二驅動器，汲極電性連接至所述直流電源的輸出端，所述第二充電電容電性連接至所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體的閘極與地之間，所述第二驅動器藉由第二選通電路連接至所述直流電源，用於在第二選通電路被選通且所述直流電源啟動時藉由所述第二可調節電阻給所述第二充電電容充電，當所述第二充電電容充滿電時，所述第二金屬氧化物半導體場效應電晶體導通而輸出所述直流電源的輸出電壓；所述主控制器藉由調節第二可調節電阻的阻值來控制所述第二充電電容的充電時間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述第一電壓範圍為2.5V~17V；所述第二電壓範圍為17V~80V但不包括17V。
7. 如申請專利範圍第4項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述第一選通電路包括繼電器，所述繼電器包括電性連接至所述直流電源的輸入端以及電性連接至第一驅動電路的輸出端，所述控制器藉由控制所述繼電器的閉合及斷開相應控制所述直流電源與所述第一驅動電路之間相互連接或斷開。
8. 如申請專利範圍第7項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述繼電器還包括第一控制端、第二控制端及電性連接至第一控制端及第二控制端之間的線圈，所述第一選通電路還包括電源、NPN型三極管以及PNP型三極管，所述NPN型三極管的基極電性連接至所述主控制器，集電極電性連接至所述PNP型三極管的基極，所述NPN型三極管的發射極接地；所述PNP型三極管的發射極電性至所述電源，集電極電性連接至所述繼電器的第一控制端；當所述主控制器輸出一高電平至所述NPN型三極管的基極時，所述NPN型三極管導通而使PNP型三極管導通，所述繼電器閉合；當所述主控制器輸出一低電平至所述NPN型三極管的基極時，所述NPN型三極管截止相應使得PNP型三極管截止，所述繼電器斷開。
9. 如申請專利範圍第8項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述第一選通電路還包括放電二極體，所述放電二極體的陽極電性連接至所述繼電器的第二控制端，陰極電性連接至所述繼電器的第一控制端，所述放電二極體用於在所述PNP型三極管截止時對所述線圈上的感應電流進行快速放電。
10. 如申請專利範圍第3項所述之軟啟動時間控制電路，其中所述軟啟動時間控制電路還包括電性連接至主控制器的顯示器，所述顯示器用於顯示所述鍵盤電路輸入的軟啟動時間。