CN100589312C - Ac-dc转换器的高压启动电路 - Google Patents

Ac-dc转换器的高压启动电路 Download PDF

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Abstract

一种AC-DC转换器的高压启动电路，属于电子技术领域。包括PWM控制IC和供电电路，其特征在于，所述PWM控制IC的一引脚通过导线与启动高压连接，所述PWM控制IC内部包含第一场效应管、开启电路和关闭电路。本发明通过对高压启动电路的核心PWM控制IC的内部电路进行技术改进，使系统完成高压启动后自动关闭PWM控制IC内部电路，启动高压到地之间没有任何漏电路径。本发明克服了现有技术中由于漏电流带来功率损耗的缺点，提高了整个系统的效率，采用传统元器件，成本低廉，电路结构简单，系统稳定，具有较高的技术经济效益。

Description

AC-DC转换器的高压启动电路
技术领域
本发明涉及一种启动电路，具体涉及一种应用于AC-DC转换器的高压启动电路。
背景技术
如图1所示，为现有技术中AC-DC转换器的电路结构图。在电路启动时，启动电压HV通过电阻Rhv和电容C4对PWM控制IC的引脚VCC充电，当引脚VCC的电压达到PWM控制IC内部的UVLO模块的启动电压时，PWM控制IC工作，变压器T1的第二绕组Ls2产生电压，通过二极管D2、电阻R1和电容C4给PWM控制IC提供主要的能量来源。但电路工作后，电阻Rhv上会一直产生漏电流Istartup，造成功率损失。损失功率的计算公式如下：
P＝Istartup2*Rhv
在电阻Rhv两端压降不变的情况下，为了提高整个系统的效率，应减小漏电流Istartup，增大电阻Rhv，但增大电阻Rhv会使系统的启动响应时间加长。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种AC-DC转换器的高压启动电路，其通过对PWM控制IC的内部电路进行技术改进，在PWM控制IC完成启动后，关闭漏电流，同时避免了现有技术中电阻Rhv的影响，达到提高系统的效率并加快系统的启动响应时间的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种AC-DC转换器的高压启动电路，包括PWM控制IC和供电电路，其特征在于：
所述PWM控制IC的一引脚通过导线与启动高压连接，PWM控制IC启动时，在导线上产生一启动电流；
所述PWM控制IC内部包含第一场效应管、开启电路和关闭电路，其中，
第一场效应管包含有第一端、第二端和第三端，第一场效应管在系统上电后由导通状态过渡到截止状态，其第一端接地，第二端直接与启动高压连接，第三端提供第一供电电压；
开启电路用于在系统上电后开启PWM控制IC的内部电路，其包含第二场效应管、PMOS管Q3和反相器Q6组成的锁存器以及用于初始化的电容C1和电容C2，其中，
电容C1的正极与PMOS管Q3的源极和第二场效应管的漏极连接，负极与PMOS管Q3的漏极和第二场效应管的栅极连接；
电容C2的正极与PMOS管Q3的栅极连接，负极接地；
PMOS管Q3的栅极还与反相器Q6的输出端连接；
反相器Q6的输入端与第二场效应管的栅极连接，其正电源端电压由所述第一供电电压提供，其负电源端接地；
关闭电路用于在PWM控制IC完成启动后关闭漏电路径，使所述启动电流变为0，其包含第二场效应管、UVLO模块、NMOS管Q4、NMOS管Q5和反相器Q7，其中，
NMOS管Q4的栅极与反相器Q7的输出端连接，其源极接地；
NMOS管Q5的栅极与反相器Q7的输入端连接，其漏极与第二场效应管的栅极连接，源极接地；
UVLO模块的引脚VCC与第二场效应管的源极连接，提供第二供电电压，该第二供电电压提供反相器Q7的正电源端电压；
反相器Q7的负电源端接地；
UVLO模块的引脚SHD与NMOS管Q5的栅极连接，引脚GND接地。
具体而言，所述第一场效应管的第三端与第二场效应管的漏极连接，所述NMOS管Q4的漏极与反相器Q6的输出端连接。
所述第一场效应管的第三端通过一二极管正向导通后提供第一供电电压。
所述供电电路包含一二极管D2、一电阻R1和一电容C4，用于在系统完成启动后给所述PWM控制IC供电，其中二极管D2的正极连接AC-DC转换器的一变压器绕组，其负极经电阻R1与电容C4的正极连接，电容C4的正极还与所述PWM控制IC的引脚VCC连接，电容C4的负极接地。
所述第一供电电压提供一连接端，该连接端通过一电容C3接地，用于增强所述第一供电电压的稳定性。
所述第一场效应管是N沟道结型场效应管。
所述第二场效应管是NMOS管。
本发明是对高压启动电路的核心PWM控制IC的内部电路进行技术改进，在PWM控制IC内部增设了第一场效应管、开启电路和关闭电路。第一场效应管为N沟道结型场效应管，其第一端接地，第二端通过导线与启动高压连接。当启动高压上升到使第一场效应管的第一端和第二端之间的压差达到其夹断电压，第一场效应管截止，其第三端电压维持在该夹断电压的绝对值附近，提供第一供电电压作为反相器Q6的正电源端电压，也可以经二极管正向导通后提供第一供电电压。开启电路中电容C1、C2用于初始化电路，PMOS管Q3和反相器Q6组成的锁存器用于锁存电路的初始状态和变化过程状态。在PWM控制IC启动之前电容C1、C2的电压为0V，在PWM控制IC启动瞬间，电容C1、C2两端的电压保持不变，PMOS管Q3导通，反相器Q6输出低电平，第二场效应管的栅极电位逐渐升高，第二场效应管导通，PWM控制IC工作电路开启。第二场效应管导通后，其源极电位逐渐升高，提供反相器Q7的正电源端电压。当该电位升高到使UVLO模块发生动作时，UVLO模块引脚SHD的电位由低变高，NMOS管Q5导通，反相器Q7翻转，NMOS管Q4关闭，PMOS管Q3和反相器Q6组成的锁存器翻转，第二场效应管截止，启动高压到地之间没有任何漏电路径，PWM控制IC的内部电路关闭，系统完成高压启动过程。
本发明的有益效果在于，通过对高压启动电路的核心PWM控制IC的内部电路进行技术改进，使系统完成高压启动后自动关闭PWM控制IC内部电路，启动高压到地之间没有任何漏电路径，克服了现有技术中由于漏电流带来功率损耗的缺点，提高了整个系统的效率。本发明采用传统元器件，成本低廉，电路结构简单，系统稳定，具有较高的技术经济效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的阐述。
图1为现有技术中AC-DC转换器的高压启动电路图；
图2为本发明具体实施方式的AC-DC转换器的高压启动电路图；
图3为本发明具体实施方式的开启电路和关闭电路的原理图。
具体实施方式
参阅图2，其为本发明具体实施方式的AC-DC转换器的高压启动电路图。如图所示，高压交流电经整流桥整流，将正弦信号转变为脉动直流信号，再经滤波电容Chv滤波得到较平滑的高压直流信号，提供启动高压HV。高压交流电输入范围在64V～264V之间，获得直流高压范围在30V～500V之间。启动高压HV通过导线直接与PWM控制IC的引脚HV连接，提供启动电流Istartup。通过PWM控制IC内部开启电路和关闭电路的动作，系统完成启动，并自动关闭启动高压HV到地的漏电路径，启动电流Istartup变为0。PWM控制IC的引脚VCC通过电容C4接地，该引脚还通过电阻R1与二极管D2的负极连接。二极管D2的正极与AC-DC转换器的变压器T1的第二绕组Ls2的同名端连接，并通过该绕组接地。PWM控制IC的引脚OUT与NMOS管Q8的栅极连接。NMOS管Q8的源极通过电阻R2接地，其漏极与AC-DC转换器的变压器T1的第一绕组Lp的同名端连接，并通过该绕组与启动高压连接。直流高压经变压器T1降压及滤波处理后得到输出电压Vout。
当PWM控制IC内部的UVLO模块的引脚VCC的电位上升到使UVLO模块动作，PWM控制IC工作，其引脚OUT输出驱动信号控制NMOS管Q8导通，变压器T1的第一绕组Lp上产生电流，第二绕组Ls2的同名端通过电磁感应获得正电位，通过由二极管D2、电阻R1和电容C4组成的供电电路对PWM控制IC供电，提供PWM控制IC主要的能量来源，维持其工作状态。
PWM控制IC的引脚GND接地，电压反馈引脚Vfb与一反馈电路连接，反馈电路包含电阻R3、光电耦合器U1和稳压二极管D3，输出电压Vout经电阻R3、光电耦合器U1反馈输入到PWM控制IC内部的误差放大器，与基准电压比较后产生误差电压。电流检测引脚Isense与NMOS管Q8的源极连接，用于将变压器T1的第一绕组Lp中电流在电阻R2上产生的电压与误差电压进行比较，产生调制脉冲的宽度，使误差信号对电路的峰值电流进行控制，达到限流保护的目的。PWM控制IC的内部电路，除本发明技术改进部分以外，均采用现有技术中常用的电路连接结构，工作原理在此不赘述。
下面结合图3，对本发明技术改进部分PWM控制IC内部的开启电路和关闭电路的电路结构及工作原理进行详细说明。如图3所示，为本发明具体实施方式的开启电路和关闭电路的原理图。
开启电路包含第二场效应管Q2、PMOS管Q3、反相器Q6以及用于初始化的电容C1和电容C2。PMOS管Q3和反相器Q6组成锁存器结构。关闭电路包含第二场效应管Q2、UVLO模块、NMOS管Q4、NMOS管Q5和反相器Q7。第一场效应管Q1具有第一端栅极、第二端漏极和第三端源极，其第一端栅极接地，第二端漏极对应PWM控制IC的外部引脚HV，通过导线与启动高压连接，第三端源极通过二极管D1与第二场效应管Q2的漏极连接，二极管D1的负极提供第一供电电压VCC1。二极管D1的负极还通过电容C3接地，用于增强第一供电电压VCC1的稳定性，防止电压信号抖动带来误操作。电容C1的正极与PMOS管Q3的源极和第二场效应管Q2的漏极连接，负极与PMOS管Q3的漏极和第二场效应管Q2的栅极连接。电容C2的正极与PMOS管Q3的栅极连接，负极接地。PMOS管Q3的栅极还与反相器Q6的输出端连接。反相器Q6的输入端与第二场效应管Q2的栅极连接，其正电源端电压由第一供电电压VCC1提供，其负电源端接地。NMOS管Q4的栅极与反相器Q7的输出端连接，其源极接地。NMOS管Q5的栅极与反相器Q7的输入端连接，其漏极与第二场效应管Q2的栅极连接，源极接地。UVLO模块的引脚VCC与第二场效应管Q2的源极连接，提供第二供电电压VCC，第二供电电压VCC提供反相器Q7的正电源端电压，Q7的负电源端接地。UVLO模块的引脚SHD与NMOS管Q5的栅极连接，引脚GND接地。NMOS管Q4的漏极与反相器Q6的输出端连接。
该具体实施方式中第一场效应管Q1为N沟道结型场效应管，其漏极和源极是对称的，可以互换。第二场效应管Q2为NMOS管。系统上电前第一场效应管Q1处于导通状态，上电后，当启动高压上升到使第一场效应管Q1的栅极和漏极之间的压差达到其夹断电压，第一场效应管Q1截止，其源极电位维持在场效应管的夹断电压的绝对值附近，通过二极管D1正向导通，得到第一供电电压VCC1，电压值在17V左右。电容C3用于滤去电流中的毛刺，增强第一供电电压VCC1的稳定性。
在系统启动之前，电容C1和电容C2上的电压为0V。在系统启动瞬间，电容C1和电容C2两端的电压保持不变，电容C1和电容C2的正极电位仍为0V，此时PMOS管Q3导通，反相器Q6输出低电平。由于PMOS管Q3导通，第二场效应管Q2的栅极电位升高使第二场效应管Q2导通，PWM控制IC内部电路开启。第二场效应管Q2导通后，第二供电电压VCC逐渐升高到15V左右，提供反相器Q7的正电源端电压，同时使UVLO模块发生动作，此时UVLO模块引脚SHD的电位由低变高，使NMOS管Q5导通，反相器Q7翻转，反相器Q7的输出端电位由高变低，使NMOS管Q4截止。NMOS管Q5导通后，其漏极电位由高变低，PMOS管Q3和反相器Q6组成的锁存器状态翻转，第二场效应管Q2截止，启动高压到地之间没有任何漏电路径，PWM控制IC的内部电路关闭，系统完成高压启动过程。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。本发明中开启电路和关闭电路的开关管主要采用NMOS管，这是由于相对于使用PMOS管而言，使用NMOS管可以在很大程度上减小芯片的面积，节约成本。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现N管和P管之间的替换和其他的修改，因此在不背离等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的具体实施方式。

Claims (7)

1.一种AC-DC转换器的高压启动电路，包括PWM控制IC和供电电路，其特征在于：
所述PWM控制IC的引脚HV通过导线与启动高压连接，PWM控制IC启动时，在导线上产生一启动电流；
所述PWM控制IC内部包含第一场效应管、开启电路和关闭电路，其中，
第一场效应管包含有第一端、第二端和第三端，第一场效应管在系统上电后由导通状态过渡到截止状态，其第一端接地，第二端直接与启动高压连接，第三端提供第一供电电压；
开启电路用于在系统上电后开启PWM控制IC的内部电路，其包含第二场效应管、PMOS管Q3和反相器Q6组成的锁存器以及用于初始化的电容C1和电容C2，其中，
电容C1的正极与PMOS管Q3的源极和第二场效应管的漏极连接，负极与PMOS管Q3的漏极和第二场效应管的栅极连接；
电容C2的正极与PMOS管Q3的栅极连接，负极接地；
PMOS管Q3的栅极还与反相器Q6的输出端连接；
反相器Q6的输入端与第二场效应管的栅极连接，其正电源端电压由所述第一供电电压提供，其负电源端接地；
关闭电路用于在PWM控制IC完成启动后关闭漏电路径，使所述启动电流变为0，其包含第二场效应管、UVLO模块、NMOS管Q4、NMOS管Q5和反相器Q7，其中，
NMOS管Q4的栅极与反相器Q7的输出端连接，其源极接地；
NMOS管Q5的栅极与反相器Q7的输入端连接，其漏极与第二场效应管的栅极连接，源极接地；
UVLO模块的引脚VCC与第二场效应管的源极连接，提供第二供电电压，该第二供电电压提供反相器Q7的正电源端电压；
反相器Q7的负电源端接地；
UVLO模块的引脚SHD与NMOS管Q5的栅极连接，引脚GND接地。
2.根据权利要求1所述的AC-DC转换器的高压启动电路，其特征在于，所述第一场效应管的第三端与第二场效应管的漏极连接，所述NMOS管Q4的漏极与反相器Q6的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的AC-DC转换器的高压启动电路，其特征在于所述第一场效应管的第三端通过一二极管正向导通后提供第一供电电压。
4.根据权利要求1所述的AC-DC转换器的高压启动电路，其特征在于所述供电电路包含一二极管D2、一电阻R1和一电容C4，用于在系统完成启动后给所述PWM控制IC供电，其中二极管D2的正极连接AC-DC转换器的一变压器绕组，其负极经电阻R1与电容C4的正极连接，电容C4的正极还与所述PWM控制IC的引脚VCC连接，电容C4的负极接地。
5.根据权利要求3所述的AC-DC转换器的高压启动电路，其特征在于所述第一供电电压提供一连接端，该连接端通过一电容C3接地，用于增强所述第一供电电压的稳定性。
6.根据权利要求1或2任一所述的AC-DC转换器的高压启动电路，其特征在于所述第一场效应管是N沟道结型场效应管。
7.根据权利要求1或2任一所述的AC-DC转换器的高压启动电路，其特征在于所述第二场效应管是NMOS管。
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