CN100557933C - 启动电路及其开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关电源及其启动电路，其中，启动电路用于对控制功率场效应管切换的PWM控制芯片的供电，在启动模式下，通过较小容值的启动电路电容为所述PWM控制芯片供电，保证了系统具有较小的启动时间；启动成功后，在正常工作模式下，将一个较大的电容通过开关跟所述启动电路电容并联，为所述PWM控制芯片供电，从而减少了开关电源正常工作时供电电压的纹波，提高系统的稳定性。使用所述启动电路的开关电源，避免了在PWM控制芯片中引入高压器件，从而降低芯片制造的工艺要求，减少PWM芯片制造成本，在降低功耗的同时又尽量减少系统的启动时间。

Description

启动电路及其开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种用于为开关电源控制器提供电能的启动电路以及使用这种启动电路的开关电源。
背景技术
目前，开关电源电路利用PWM(脉宽调制的简称)控制芯片控制功率场效应管的开启或者关断，其中很多开关电源系统都要求在PWM芯片内集成高电压的器件来构成一个启动电路，从而产生芯片内部所需要的较低的偏置电压。这样不仅对芯片的设计提出了要求，更重要的是这种方案要求晶元厂能够提供承受相当高压的器件。但事实上并不是每一个晶元厂家都能满足要求，而且耐高压的器件往往比普通器件在价格上要高出很多。美国专利US 5581453披露了一种用于开关电源的启动电路。该电源包括一个变压器，由一个开关晶体管切换，以便周期性连接到输入电压。驱动所述开关晶体管的周期脉冲是由一个电源控制电路提供的。为了能够启动这样的电源，该电源装备有一个启动电路，包括一个启动电阻和一个电容。该启动电路为电源控制电路提供初始电能。此外，所述电源控制电路还由变压器上的一个辅助绕组供电，该绕组上的电压被整流，然后提供给电源控制电路。在电源启动过程中，为电源控制电路的供电完全由启动电路承担。上述启动电阻将为电容充电，使得电源控制电路的电压上升。开始时，变压器上电压较低，因此，变压器的辅助绕组上电压不参与为电源控制电路供电。过了一段启动时间之后，电源的输出电压开始上升。于是，在变压器辅助绕组上可以获得的电压也开始上升。当辅助绕组上的电压足够高时，所述绕组将代替启动电路为电源控制电路供电。该电源的缺陷在于启动时间较长。为了减小启动电阻中的功耗，启动电阻的阻值被选为尽可能大，但是这样会使启动变慢，因为高阻值使得只能获得很小的启动电流来为与其耦合的电容充电。
为了克服与能耗有关的缺陷，上述美国专利US5581453披露了一种开关晶体管，使其集-射主电流路径与启动电阻串联。在电源启动期间，该开关晶体管处于导通状态，使得所述电阻启动电流。在电源正常运行期间，所述开关晶体管处于非导通状态，防止了启动电阻中的能耗。该结构的缺陷之一是很容易引起开关晶体管的退化，因为该开关晶体管是通过将基-射结反偏来停止导通的；上述方案的另一缺陷是需要耐高压器件。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述缺点，提供一种不要求所用的PWM控制芯片中包含耐高压的器件，同时能有效降低整个系统功率损耗和尽量减少系统的启动时间的启动电路以及使用这种启动电路的开关电源。
按照本发明的第一方面，提供一种开关电源的启动电路，对控制器(115)的供电进行控制使之有电流较小的启动模式和电流较大的正常工作模式，包括：顺序串联连接在开关电源电压输入端和地之间的用于降低功耗的电阻和用于在启动模式下减少启动时间的第一电容，所述电阻和所述第一电容之间的连接节点连接到所述控制器的供电端；连接在所述控制器检测端VCC和地之间的用于在正常工作模式下与所述第一电容103相并联以提高系统稳定性的第二电容107；连接在所述控制器所述供电端和和所述检测端VCC之间、用于在启动或正常工作模式下，断开或闭合的可控开关；所述控制器115检测到所述检测端VCC电压大于预定参考值时，通过CONTROL端子控制所述可控开关106闭合，使得第一103和第二电容107并联连接，使控制器进入工作电流较大的正常工作模式；所述控制器(115)检测到所述检测端VCC(104)电压小于预定参考值时则工作在工作电流较小的启动模式。
按照本发明的第二方面，提供一种使用所述启动电路的开关电源，包括：电压输入端、电压输出端、变压器、开关装置、控制所述开关装置切换的控制器，以及在启动阶段为所述控制器供电的启动电路；其特征在于：所述启动电路包括：顺序串联连接在所述电压输入端和地之间的用于降低功耗的电阻和用于在启动模式下减少启动时间的第一电容，所述电阻和所述第一电容之间的连接节点连接到所述控制器的供电端；连接在所述控制器检测端和地之间的用于在正常工作模式下与所述第一电容相并联以提高系统稳定性的第二电容；连接在所述控制器所述供电端和和所述检测端VCC之间、用于在启动或正常工作模式下，断开或闭合的可控开关；所述控制器115检测到所述检测端VCC电压大于预定参考值时，通过CONTROL端子控制所述可控开关106闭合，使得第一电容103和第二电容107并联连接，使控制器进入工作电流较大的正常工作模式；所述控制器115检测到所述检测端VCC电压小于预定参考值时则工作在工作电流较小的启动模式。
由本发明提供的开关电源还包括：将所述电压输出端输出电压反馈回所述控制器的反馈回路，所述控制器根据反馈信号控制所述开关装置的导通状态。
实施本发明的启动电路及其开关电源，具有以下有益效果：在电源启动模式下，通过较小容值的启动电路电容为PWM控制芯片供电，保证了系统具有较小的启动时间；启动成功后，在正常工作模式下，将一个较大的电容通过开关跟所述启动电路电容并联，为PWM控制芯片供电，从而减少了开关电源正常工作时供电电压的纹波，提高系统的稳定性。使用所述启动电路的开关电源，避免了在PWM控制芯片中引入高压器件，从而降低芯片制造的工艺要求，减少PWM芯片制造成本，在降低功耗的同时又尽量减少系统的启动时间。由于采用的PWM控制芯片具有两种工作模式：启动模式和正常工作模式，在启动模式下工作电流很小，可以降低启动时间，提高系统的稳定性；在正常工作模式下工作电流较大，保证系统有较高的稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是按照本发明的开关电源的系统模块连接示意图；
图2是PWM控制芯片内部模块连接示意图；
具体实施方式
在图1示出的开关电源中，将电压输入端101处施加的输入电压转换为电压输出端111处的输出电压。端子101，111耦合到具有一次绕组110a和二次绕组110b的变压器110。功率场效应管116的漏端接到一次绕组110a，源端通过一个电阻接地。PWM控制芯片115通过GDV驱动端子113控制功率场效应管的导通或者关断。反馈回路114将端子111处的输出电压反馈回PWM控制芯片115，芯片根据这个反馈信号调节GDV驱动端子输出信号的占空比，来调节功率场效应管的导通状态。101端的直流输入电压通过一个限流电阻102对启动电路电容103进行充电，电容103的一端连接到PWM控制芯片115的VCC端子104。
系统启动时，芯片对VCC端子的电压进行检测。在系统启动过程中，PWM控制芯片检测端VCC(104)的电压，当VCC小于一个参考电压时，PWM控制芯片工作在工作电流较小的启动模式；当端子VCC 104的电压大于一个参考电压时，PWM控制芯片通过CONTROL端子105将开关(106)闭合，使得第一电容和第二电容并联，之后PWM控制芯片进入正常工作模式。换言之，芯片开始工作，首先进入启动模式，这种模式下，芯片通过VCC端子对启动电路电容抽取的电流相对较小，芯片消耗的功率较少。因为当芯片一旦开始工作，VCC端子104的电压将被控制在一个较低的电压，由于101端子的输入电压跟VCC端子的电压之间有很大的电压差，所以要求限流电阻102要比较大来降低功耗，但是考虑到限流电阻越大，电路的启动时间越长。所以这个电阻的阻值要适当的设置，在保证满足整个系统启动时间要求的同时又要尽可能的降低功耗。为了降低这里的功耗，有必要提高限流电阻102的阻值，在满足系统启动时间的条件下，必须减少启动电路电容103的容值。考虑到PWM控制芯片115一旦启动，芯片将通过VCC端子对启动电路电容103抽取启动电流，为了保证系统的稳定性，这个启动电流必须控制在一个相当小的值以内。为了实现这个目的，PWM控制芯片设置有一个启动模式。在启动模式下芯片内部只有一部分电路模块工作，其他电路模块处于不工作的状态。在PWM控制芯片的启动模式下，芯片通过VCC端子从启动电路电容103抽取的启动电流相当小，保证芯片能稳定地完成启动模式，然后进入正常工作模式状态。当芯片一旦进入正常工作模式，通过VCC端子抽取的电流将会相对于启动模式增大很多，在这种工作模式下，启动电路电容103因为容值较小，将会导致VCC端子的电压变化比较大，从而产生较大的纹波，使得系统工作不稳定。为了解决这个问题将变压器充电电路110跟启动电路用一个可控开关106分隔开。在启动模式下，这个开关断开。使得启动电流只是对启动电路电容103充电，保证系统的启动时间较短。同时PWM控制芯片检测VCC_char的电压，当这个电压超过一定值时，芯片产生的CONTROL信号控制可控开关106闭合，使得启动电路跟变压器充电电路连接在一起，同时芯片内部进入正常工作模式。芯片通过端子VCC抽取更大的电流，在这种模式下由于启动电路电容103跟变压器充电电容107并联，容值变为两个电容之和。这种结构将减少正常工作时VCC电压的纹波，提高系统的稳定性。
图2中，滞回比较器226将VCC端子104的电压与参考电压218进行比较，电压比较器227将VCC_char端子117的电压与参考电压219进行比较。并根据这两个电压的值，做出判断，使芯片工作在启动模式或者工作在正常工作模式下。芯片工作模式的切换是通过CONTROL端子105对可控开关221的控制来实现。可控开关221可选择正常工作模式221a，或者是启动模式221b作为PWM比较器228的参考端子，PWM比较器将功率场效应管116的源端222电压与这个有效参考端子电压进行比较，来调节门驱动电路225输出波形GDV的占空比。而门驱动电路225输出波形GDV的最大占空比由方波信号发生器223产生的一定频率的方波信号通过一个或非门224来控制。

Claims (6)

1、一种开关电源的启动电路，其特征在于，对控制器(115)的供电进行控制使之有电流较小的启动模式和电流较大的正常工作模式，包括：
顺序串联连接在开关电源电压输入端(101)和地之间的用于降低功耗的电阻(102)和用于在启动模式下减少启动时间的第一电容(103)，所述电阻(102)和所述第一电容(103)之间的连接节点连接到所述控制器(115)的供电端；
连接在所述控制器(115)检测端VCC和地之间的用于在正常工作模式下与所述第一电容(103)相并联以提高系统稳定性的第二电容(107)；
连接在所述控制器(115)所述供电端和所述检测端VCC之间、用于在启动模式或正常工作模式下，断开或闭合的可控开关(106)；
所述控制器(115)检测到所述检测端VCC(104)电压大于预定参考值时，通过CONTROL端子控制所述可控开关(106)闭合，使得第一(103)和第二电容(107)并联连接，使控制器进入工作电流较大的正常工作模式；所述控制器(115)检测到所述检测端VCC(104)电压小于预定参考值时则工作在工作电流较小的启动模式。
2如权利要求1所述开关电源的启动电路，其特征在于，所述控制器是PMW控制器。
3、一种使用如权利要求1所述启动电路的开关电源，包括：电压输入端(101)、电压输出端(111)、变压器(110)、开关装置(116)、控制所述开关装置(116)在启动模式和正常工作模式间切换的控制器(115)，以及在启动阶段为所述控制器(115)供电的启动电路(118)；其特征在于：所述启动电路(118)包括：
顺序串联连接在所述电压输入端(101)和地之间的用于降低功耗的电阻(102)和用于在启动模式下减少启动时间的第一电容(103)，所述电阻(102)和所述第一电容(103)之间的连接节点连接到所述控制器(115)的供电端；
连接在所述控制器(115)的检测端VCC和地之间的用于在正常工作模式下与所述第一电容(103)相并联以提高系统稳定性的第二电容(107)；
连接在所述控制器(115)所述供电端和所述检测端VCC之间、用于在启动或正常工作模式下，断开或闭合的可控开关(106)；
所述控制器(115)检测到所述检测端VCC(104)电压大于预定参考值时，通过CONTROL端子控制所述可控开关(106)闭合，使得第一(103)和第二电容(107)并联连接，使控制器进入工作电流较大的正常工作模式；所述控制器(115)检测到所述检测端VCC(104)电压小于预定参考值时则工作在工作电流较小的启动模式。
4、如权利要求3所述的开关电源，其特征在于：所述开关电源还包括：将所述电压输出端(111)输出电压反馈回所述控制器(115)的反馈回路(114)，所述控制器(115)根据反馈信号控制所述开关装置(116)的导通状态。
5、如权利要求3或4所述的开关电源，其特征在于：所述控制器(115)为PWM控制芯片。
6、如权利要求3或4所述的开关电源，其特征在于：所述开关装置(116)为功率场效应管。
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