如何使用简单电路来实现隔离转换器的平滑软启动

大多数DC / DC转换器需要软启动电路来限制启动时的浪涌电流。虽然具有上电复位（POR）的系统需要平滑的软启动，但对于具有初级侧控制器和有限占空比或电流的隔离式转换器而言，这是很困难的。

图1显示了正向转换器的软启动，初级侧具有占空比软启动。转换器的稳态输出为12V。在10V（系统的POR阈值）下施加50％的负载电流。一旦施加负载，输出就会下降并触发系统关闭，从而导致系统多次循环。在软启动结束时，输出超过10％，这是不可取的。

图1：启动期间正向转换器的输出，负载施加在10V

在这篇文章中，我将使用一个简单的电路来实现隔离转换器的平滑软启动。该电路应用于有源钳位正激转换器，LM5025作为控制器。图2显示了次级侧软启动的概念。

图2：隔离式转换器的次级侧软启动电路

首次施加输入时，转换器输出（V OUT）开始上升。电容器（C SS）正在充电。C SS充电电流（I SS）流过电阻器（R SS）。当I SS为高电平时，则为V BE（on） / R SS。Q SS导通并开始从次级侧复合节点（SEC COMP）拉电流，从而减少占空比。在软启动期间，误差放大器饱和，软启动电路支配反馈环路。转换器，C SS，R SS，Q SS和光耦合器形成一个闭环。当输出上升到调节时，误差放大器开始调节，并且I SS减小。Q SS关闭。

公式1显示了从V OUT到光耦合器电流的传递函数：

虽然有效，但这个简单的电路可能不稳定，因为Q SS正向增益（β）很高并且在不同部件之间变化很大。要稳定该电路，请在Q SS的发射极和地之间插入增益降低电阻（R E），如图3所示。增加R E可以降低启动期间的反馈环路增益。

图3：添加R E以稳定软启动电路

公式2显示了带R E的软启动电路传递函数：

在高频时，使用公式3作为公式2的近似值：

我使用以下参数将软启动电路添加到转换器：

C SS =0.1μF。

R SS =100kΩ。

R E =1.18kΩ。

图4显示了带有这些电路参数的软启动波形。当系统开始拉电流时，软启动电路停止从COMP吸取电流，占空比迅速增加。在负载瞬变引起轻微下降后，转换器继续软启动。

图4：软启动电路的软启动波形，如图3所示

图4还示出了在施加负载之后，转换器开关节点（VSW）具有额外的电压尖峰。图5显示了放大的波形。很明显，系统振荡频率为9.5kHz。

图5：带软启动电路的放大软启动波形

该设计中的控制器是电压模式控制器。由于双极，功率级具有180度的相位下降。有必要加零以提高稳定性; 你可以通过增加一个与R E并联的电容（C E）来做到这一点。为了在相位裕度上增加45度，我将测得的振荡频率置于9.5kHz。当R E =1.18kΩ时，我添加了一个15nF电容。

图6：具有改善稳定性的软启动电路

图7显示了C E = 15nF 的启动波形。消除了振荡。总软启动时间为50ms。

图7：软启动波形，C E = 15nF

在软启动期间，典型的光耦二极管电流（I opto_D）为1.2mA至0.8mA。这由LM5025和光耦前向增益决定。当R E =1.18kΩ时，R SS两端的电压为V BE（ON） + R E ×0.8mA = 1.644V。VBE（on）= 0.7V。因此，您可以将I SS计算为I SS =（V BE（ON） + R E ×I opto_D）/ R SS。I SS / C SS设置输出V OUT，dv / dt。为了确保次级侧软启动的有效性，应将初级侧软启动设置为比次级侧软启动快得多。

测试结果表明，这种简单的软启动电路有效地实现了隔离式转换器的平滑软启动。