电源输入端口防止Inrush电流电路

我们日常生活中总会接触到很多充电设备，如笔记本，拓展坞等，在这些设备中为了保证电源的稳定性会使用比较多的电容，这能够保证设备电源稳定，但同时也会带来问题，如初始上电时，给电容充电，如果电容数量比较多，容值比较大，那么它的inrush Current将会很高，尤其是DC电源入口端，就有可能会出现给几百上千uF电容充电的情况。

那么如何避免inrush current，就是各个设备厂商需要解决的问题。

最简单的方式，找一颗带软启动的芯片，这样inrush current可以限制到很小。我这里不对这一方式就是介绍，因为，只需要看芯片的使用规格即可，没啥好讲的。

所谓的带软启动的芯片，本质是什么呢？它为什么可以消除inrush current呢？如果使用过这类芯片，你就会发现，所谓的软启动，就是开关芯片的输出从0到完全输出是一个相对固定的时间，即“缓慢上电”，在低电压的时候，电容的充电电流会小很多，同时芯片内部的MOSFET阻抗会大很多，有一个限流的作用，然后慢慢的一步一步将开关导通，这样就可以将inrush current消除。

知道了上面的工作原理，那我们是不是可以通过一个外部的MOSFET就可以实现消除inrush current呢？这样的成本肯定会低于专门采购一颗带软启动的芯片的。

我们以PMOSFET为例，如果我们让PMOSFET的Vgs电压缓慢上升，直至达到MOSFET的导通阈值Vth，是不是就可以实现消除inrush current了呢？如下图所示：

其中，假定C1 1000uF作为负载电容，如果不做任何处理，对1000uF的电容充电，那么inrush current还是会比较大的。上图中，Q1和Q2是PMOSFET，作为路径的导通，如果将图中C2容值调大，即Q1和Q2的Vgs上升就会比较缓慢，这个时候，负载端的电压上升就会变缓慢，同时，Q1和Q2的的放大区时间延长，在放大区较大的阻抗会进行限流，进而消除inrush current。

那么，上面的电路有没有缺点呢？当然会有，C2电容选取越大，Q1和Q2处于放大区的时间越久，MOSFET发热量会越大，这个时候就会很容易将MOSFET烧掉。因此，C2的电容值也不能太大，需要选取一个中间值。这个中间值的选取将是一个比较大的麻烦，而且MOSFET的不一样，会导致C2的不一样，而且，很有可能没有一个比较理想的中间值。

我们继续对上面的电流进行改进，如果在MOSFET工作在放大区的时候，我们引入另外一路供电路径，对电容进行预充，那是不是就可以减小MOSFET的压力，这样C2电容的选取就更加容易方便了呢？如下图所示：

上图中，利用PNP三极管或者小的PMOSFET管来格外增加了供电路径2，当输入电源接上，C2电容充电过程中，路径2的PNP或者PMOSFET会先一步导通，此时，R5，R6，R7会对充电电流进行限流，保证预充电流不会超出规格范围。C2充电过程中，MOSFET的阻抗会比较大，充电电流会预先通过路径2，这样，Q1和Q2的发热会有明显降低，进而保护Q1和Q2不被损坏，相应的C2的选值范围可以大一些。

以上就是消除inrush current的电路。当然，这个电路也有一定的缺点，如会增加待机功耗，PCB的面积会增加，等等。

我这里只是提供一个最基础的思路，如待机功耗的增加，可以通过MCU的GPIO pin在起电之后，将路径2关掉等，可以一定程度进一步优化该电路。我这里不做更多的拓展了，希望对大家有所帮助。