电源模块之Prebias预偏置电压启动分析

　　本文用于分析电源模块预偏置功能（prebias），长期更新，欢迎大家批评指正~~~

---

一、目的

　　预偏置软启动：能够在上电过程中防止输出电容放电导致开关管Voltage Stress 过大而损坏开关管。

　　负载带压启动时，同步整流加pre-bias可防止启机时候拉底负载端电压产生倒灌电流或者输出电容能量回灌而损坏开关器件。

二、原理

　　Pre-Bias也叫预偏置，是指在模块开机上电之前输出电容有一定的偏置电压。这一电压产生的原因可能可能有：

• 并联系统的其他模块工作带电；
• 单节点多电源并联的系统；
• 蓄电池作为负载；
• 单电源频繁开关机，导致输出电容残留的未泄放的电压； 

　　并联供电系统，由于多个电源模块给同一个负载供电，可能一个电源模块正常稳定输出，另外一个模块开机启动。启动模块开机之前，输出电容上就有预偏置电压。同理，蓄电池负载和频繁开关机的模块也可以让输出电容在开机前就有初始电压。

　　同步整流Buck在启动过程中，由于上下管的驱动信号互补，

• 如果启动过程是从小到大逐渐增加占空比，上管占空比较小，下管有很大的导通时间，输出电容的电荷可以经过电感以及下管形成放电回路，产生倒灌电流，使得输出电压在启动过程中跌落。
• 该倒灌电流给下管开关管的结电容充电，可能导致下管开关管的Voltage Stress超标而损坏开关管。
• 此外启动时间过长导致输出滤波电感与输出电容，开关管的分布电容Coss发现谐振，产生振荡。

　　非同步整流Buck在启动过程中，由于下管是二极管，

• 当上管开关管关断的时候，理论上下管二极管的结电容应该放电，但是输出电容电荷给结电容充电，可能会导致结电容两端电压过高而损坏二极管，
• 下管二极管结电容充电结束后，二极管阻断了输出电容放电回路，没有电压跌落问题。

 

三、实现方式

　　偏置启动功能的有不同的实现方式，但是最终目的就是在启动过程中防止输出电容放电。

　　1、采用非同步整流电路，有一定损坏的风险。

　　2、采用同步整流电路，控制上当输出电压高于bias 电压时再慢慢打开同步整理管的驱动。

　　3、采用同步整流电路，控制上通过采样输入输出电压，根据拓扑计算启动初始占空比，使启动模块的增益与输出电容的预偏置电压接近，最好效果是相同。

　　4、采用同步整流电路，在输出电压启动阶段，控制同步整流管工作在二极管模式，二极管的单向导通特性可以防止输出电流倒灌。

　　目前，在工业界上述方式三和方式四比较常见，方式四常用于并联均流电路。

四、应用场合

　  1、给电池负载供电的场合；

　　2、多个电源模块输出并联的系统；

　　3、频繁开关机的电源；