【专题4：直流无刷电机控制】 之 【4.驱动器设计 - 电源软启动设计】
时间：2023-01-01 15:30:00
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| 【专题9：从linux内核借鉴写代码的思路】 |
| 【专题10:面向对象和事件驱动】 |
| 【专题11:0-1开发仪器】 |
| 【专题12:复杂模块从0到1】 |
| 【专题13:阅读笔记】 |
1.1.为什么需要电源软起动
??电源软启动可以在小功率系统中考虑，但需要在大功率系统(如电机控制系统)中考虑。
??电源附近会有滤波电容器和储能电容器。滤波电容器一般选择104电容器，根据当前系统功耗选择储能电容器。在大电流系统中，选择的储能电容器越大（容量值越大，就越贵），如4700uF，甚至数万个电容并联在一起uF。
1.2.上电瞬间
??上电前大电容器两端的电压为0V，上电瞬间电容短路，并且容值越大，短路时间就越久；上电瞬间电容两端的电压瞬间上升，有一个非常大的斜率，即上电瞬间浪涌电容非常大，会对后级系统造成破坏，久而久之系统抗疲劳能力变差，系统寿命缩短。
1.3.解决思路
??从源、电路和阻抗的角度来看；源和电路不能改变，只能改变阻抗，即增加阻抗以减缓沿线。例如，在电容器前增加电阻，电流会变小di/dt也会变小。
??虽然增加电阻可以解决上述大浪涌电流的问题，但它会带来一个新的问题：电容输出到后面的电流较小，如下图所示，A点只能提供24V/4.7K这显然不能正常驱动后面的大电流系统。
??电阻值变小，例如使用1R电阻，电阻小之前浪涌电流大的问题又会出现，电阻面的功率是24W，电阻成本越高，功率越大。
??总结：
??增加阻抗，降低后记载输出电流的能力；降低阻抗，EMI/浪涌问题又会出现；同时，电阻的功率会急剧上升，成本也会大幅增加(0R电阻价格比较贵)。 这两个问题似乎相互矛盾，无法同时解决。
1.4.解决问题
??从电路工作状态的角度思考：
| 状态 | ||
|---|---|---|
| 初始上电状态 | 输出电流小 | 内阻高 |
| 正常工作状态 | 输出电流大 | 内阻低 |
??显然，一个电路不能同时满足低内阻和高内阻。虽然看似矛盾，但可以单独解决，因为不需要同时满足。
??系统电路有严格的顺序，首先是初始电源状态，然后是正常工作状态；电路电阻高，正常工作后电阻小，可满足设计要求。
- 初始上电状态，使用100R电阻可以解决浪涌问题。
- 在正常工作状态下，使用电子开关阻力R短路可以使后级获得更大的电流。
??电子开关有三极管和MOS三极管是流控流型，电流相对较小，所以这里选择小内阻MOSFET，MOS管能流过电流大，内阻小。
1.5.MOSFET的选择
??MOS当管道和三极管用作开关管时，P型接电源，N型接地。所以在这里选择P管。在这里使用NCE60P25K P型MOS管。
使用NCE60P25K P型MOS参数如下：
??高压的MOS管RDS一般在50mΩ以上，低压MOS管RDS为45mΩ已经很大了，因为内阻大，所以比较便宜，RDS价格越小，价格就越贵。由于阻值会随温度而变化，内阻会变大，MOS管道发热越严重，P管的RDS一般大于N管RDS。
??从上表可以看出，该MOS管道的导通电压为20V。
1.6.软起动电路原理图
??Q内阻远小于1000R，也就是说，R1短路。
??R3决定了MOS管道导通速度：R3.限流会减缓SG电容之间的充电速度(杂散电容)。R2主要起分压作用，可用于分压MOS管GS限制两者之间的电压。R2和R3.降低功耗的方法是增加功耗R2和R3.这里取10个电阻K。
??因为gs波形会有冲击，导致开启损耗高，即发热严重；可以R2旁边并联一个小电容器(滤波)，电容器的容量不能太大，会导致太大MOS管道开启更慢(需要充电，会吸收部分电流，所以会延长MOS选择103电容(10纳法)到达开启电压时间。
??设置阈值电压，用稳压管解决阈值问题。这里选12V，阈值越大，电流流经R时间越长，和R发热时间越长，功耗越大。当电容C电压达到(12) 0.7)V时，三极管Q打开，电流：24V–>Q1的引脚3–>Q1的引脚2–>Q2–>地，这条路通过了，MOS管Q因为MOS管道内阻远小于1000R，所以电流大部分从24V–>Q1的引脚3–>Q1的引脚1–>电容C1。R4的阻值为4K，是经验值。
1.7.带开关的软起动电路
设计带开关的软启动电路，即按下开关时，电路上电，上电过程具有软启动功能。
分析：
??增加开关S2，开关闭合的瞬间会有尖峰电压，所以需要一个电容C4进行滤波。防止流过R1.电流过大，时间过长，导致电流过长R1功率很大，为了方便散热，增加了电阻R这样包装更大，散热更快。当S2一断开，C4没有放电电路，因此增加了电阻R7对C4进行放电，R7可以取大一点，比如取10K或20K。
??为什么需要二极管？D2？
当S闭合，开始正确C假设充电C3的电压冲到12V当后载（如电机）误触发时，负载会迅速消耗C3上的电荷，即C3快速放电，其电压迅速降低，因此C三端的电压不能达到13V左右，三极管Q2不能一直导通，MOS管Q1不能导通；所有电流都来自电阻R1和R2通过，他们必须被烧毁。
??增加二极管后，三极管Q2的到导是否只与源电压有关 24V有关，和C3.电压无关。电压不能瞬时，R7个地方的电压从0升到2V需要一定的时间，这段时间足够让系统电压稳定了，并且源头电压不受负载的影响。也就是起到了：不管负载怎么变化，三极管的导通只和源头电压有关，和C3的充电电压无关，防止R1和R2过度发热。
C5和R8的作用？
Q1的耐压是60V，如果3和1之间的电压超过60V，MOS管会将它钳位在60V，但会发热，长期发热会使MOS管坏掉。高于60V的电压来自于上电瞬间，此时有很高的dv/dt，所以可以在上面增加一个电容，电容不消耗能量，为了消耗掉上电瞬间产生的能量，可以再增加一个电阻，这个电阻一般取很小，几欧姆或十几欧姆，这里取10R；防止3和1之间的电压过高（这里的过高指短期的尖峰电压过高）。
