電源模塊預(yù)偏置功能原理分析

本文用于分析電源模塊預(yù)偏置功能（prebias）。

一、目的

預(yù)偏置軟啟動：能夠在上電過程中防止輸出電容放電導(dǎo)致開關(guān)管Voltage Stress 過大而損壞開關(guān)管。

負(fù)載帶壓啟動時，同步整流加pre-bias可防止啟機(jī)時候拉底負(fù)載端電壓產(chǎn)生倒灌電流或者輸出電容能量回灌而損壞開關(guān)器件。

二、原理

Pre-Bias也叫預(yù)偏置，是指在模塊開機(jī)上電之前輸出電容有一定的偏置電壓。 這一電壓產(chǎn)生的原因可能可能有：

并聯(lián)系統(tǒng)的其他模塊工作帶電；

單節(jié)點(diǎn)多電源并聯(lián)的系統(tǒng)；

蓄電池作為負(fù)載；

單電源頻繁開關(guān)機(jī)，導(dǎo)致輸出電容殘留的未泄放的電壓；

并聯(lián)供電系統(tǒng)，由于多個電源模塊給同一個負(fù)載供電，可能一個電源模塊正常穩(wěn)定輸出，另外一個模塊開機(jī)啟動。 啟動模塊開機(jī)之前，輸出電容上就有預(yù)偏置電壓。 同理，蓄電池負(fù)載和頻繁開關(guān)機(jī)的模塊也可以讓輸出電容在開機(jī)前就有初始電壓。

同步整流Buck在啟動過程中，由于上下管的驅(qū)動信號互補(bǔ)，

如果啟動過程是從小到大逐漸增加占空比，上管占空比較小，下管有很大的導(dǎo)通時間，輸出電容的電荷可以經(jīng)過電感以及下管形成放電回路，產(chǎn)生倒灌電流，使得輸出電壓在啟動過程中跌落。

該倒灌電流給下管開關(guān)管的結(jié)電容充電，可能導(dǎo)致下管開關(guān)管的Voltage Stress超標(biāo)而損壞開關(guān)管。

此外啟動時間過長導(dǎo)致輸出濾波電感與輸出電容，開關(guān)管的分布電容Coss發(fā)現(xiàn)諧振，產(chǎn)生振蕩。

非同步整流Buck在啟動過程中，由于下管是二極管，

當(dāng)上管開關(guān)管關(guān)斷的時候，理論上下管二極管的結(jié)電容應(yīng)該放電，但是輸出電容電荷給結(jié)電容充電，可能會導(dǎo)致結(jié)電容兩端電壓過高而損壞二極管，

下管二極管結(jié)電容充電結(jié)束后，二極管阻斷了輸出電容放電回路，沒有電壓跌落問題。

三、實(shí)現(xiàn)方式

偏置啟動功能的有不同的實(shí)現(xiàn)方式，但是最終目的就是在啟動過程中防止輸出電容放電。

1、采用非同步整流電路，有一定損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2、采用同步整流電路，控制上當(dāng)輸出電壓高于bias 電壓時再慢慢打開同步整理管的驅(qū)動。

3、采用同步整流電路，控制上通過采樣輸入輸出電壓，根據(jù)拓?fù)溆?jì)算啟動初始占空比，使啟動模塊的增益與輸出電容的預(yù)偏置電壓接近，最好效果是相同。

四、應(yīng)用場合

1、給電池負(fù)載供電的場合；

2、多個電源模塊輸出并聯(lián)的系統(tǒng)；

3、頻繁開關(guān)機(jī)的電源；