CN101604909B

CN101604909B - 一种直流开关电源启动电路

Info

Publication number: CN101604909B
Application number: CN2009101813342A
Authority: CN
Inventors: 周岩; 王柏林
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: CN101604909A

Abstract

本发明提供一种直流开关电源启动电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、PNP管Q3、第一NPN管Q1、第二NPN管Q2以及二极管D1，本发明不仅满足了开关电源模块在低输入电压的条件下为电源提供启动工作电压的要求，而且同时克服了在高输入电压工作时传统启动电路静态功耗大的缺陷。该启动电路具有电路结构简单、体积小、性能可靠等优点。对工作在宽输入工作电压、低压启动的条件下的开关电源，具有实际的应用价值。

Description

一种直流开关电源启动电路

技术领域

本发明涉及一种直流开关电源启动电路，具体涉及一种适用于宽输入范围、低压启动的DC/DC直流电源模块启动电路技术领域。

背景技术

在许多较为特别的应用环境中，常常会遇到给电子设备供电输入电压在较大范围变化的情况。为了保证设备在超宽范围、低电压供电条件下有可靠的电源输出，就必须首先解决电源在各种输入电压条件下启动电路的设计问题。

目前国内外所公布的低压电源控制芯片的典型工作电压值为8.5V，由于传统的电源启动电路中PNP管存在PN结压降(通常为0.7V)，因此当电源工作在低输入电压条件下(如9V)，传统的启动电路只能提供8.3V的输出电压，不能保证电源的正常启动。

同时对于一些特殊应用场合，电源模块需工作在超宽输入电压范围(如9V~75V)，其输入电压适应能力要达到1∶8，启动电路的设计难度显而易见。目前世界各国所生产的众多DC/DC直流电源稳压变换器，对其输入电压变化能力，普遍只能做到1∶2，比如从9V到18V，从18V到36V，从36V到75V等等。近年来国际、国内有报道输入电压适应能力最高可达1∶7(如从9V~56V)等产品，但从这些产品发布的专利和电路原理来看，需要把输入电压分成2个不同的区域，以在高低两种输入电压区间范围内切换不同的启动电路，以降低稳压管限流电阻的损耗。显然这样的设计存在电路结构复杂、需要的外围控制电路元件多、占PCB电路板空间大等显著缺点。高功率密度电源模块对效率和PCB空间有着更严格的高要求，如何设计在宽输入电压范围内的启动电路就显得十分重要。

发明内容

发明目的

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足而研制的高效率电源启动电路。针对宽范围、低输入电压电源启动电路在低输入电压下无法启动，在高输入电压下静态功耗大的缺点，本发明提出了一种可以在低输入电压条件下工作的电源启动电路。同时本发明无需稳压管设定启动电压、无需将输入电压分成不同区域的高效率启动电路，以简化设计并提高效率。

技术方案

本发明所要解决的技术问题所采用的技术方案：

本发明的直流开关电源启动电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、PNP管Q3、第一NPN管Q1、第二NPN管Q2以及二极管D1，其中第二电阻R2的一端分别与第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端以及PNP管Q3的发射极连接，第二电阻R2的另一端分别与第二NPN管Q2的集电极、第三电阻R3的另一端以及PNP管Q3的基极连接，第一电阻R1的另一端分别与第二NPN管Q2的基极、第一NPN管Q1的集电极连接，第二NPN管Q2的发射极分别与第一NPN管Q1的发射极、第五电阻R5的一端、电容C1的一端以及电源正常工作时辅助电源输出电压负极连接后接地，第五电阻R5的另一端分别与第一NPN管Q1的基极、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端分别与PNP管Q3的集电极、电容C1的另一端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与电源正常工作时辅助电源输出电压正极相连接。

优选的，本发明的直流开关电源启动电路还包括稳压管Z1，所述第一NPN管Q1的基极串接稳压管Z1后分别与第五电阻R5的另一端、第四电阻R4的一端连接。

按上述方案，当PNP管Q3导通时，输出电压升高，采样电路的控制信号升高，经两个NPN管Q1、Q2负反馈控制，PNP管Q3关闭，输出电压下降；当采样电路的控制信号降低时，经两个NPN管Q1、Q2负反馈控制，PNP管Q3开通，输出电压上升。因此启动电路的输出电压可由采样电路决定，通过PNP管Q3的切换维持设定输出电压的稳定。

有益效果

1、启动电路中无PN结压降，能满足低输入电压条件下控制芯片的供电要求。

2、启动电路无需通过稳压管设定工作电压，避免了稳压管限流电阻在高输入电压条件下的高静态损耗。

3、电源正常工作时，启动电路处于完全关闭状态，因此在稳态工作时启动电路的静态损耗几乎可以忽略。

4、启动电路工作器件少、设计简单成本低，特别适合高功率密度电源模块对器件和PCB空间的苛刻要求。

附图说明

图1是现有技术中电源启动电路图。

图2是是本发明的工作原理流程图。

图3是本发明的电路框图。

图4是本发明另一个实施例的电路框图。

具体实施方式

以下结合附图进一步具体说明本发明的技术方案：

图1为一种典型的启动电路原理图，其启动电路由R1、Z1、Q1组成。当电路通电时，Q1的基极电压由稳压管Z1的设定为10V，由于Q1管的PN结压降为0.7V，因此在Q1的发射极产生9.3V的电压给芯片UC3843供电。当电源正常工作时，辅助绕组给芯片提供工作电压11V，Q1管承受反压关闭。传统的启动电路存在两个显著缺点：(1)由于稳压管的稳压工作原理需提供给稳压管Z1一定的静态工作电流，因此通常限流电阻R1所能取的最大电阻值由最低输入电压9V决定。而当电源的输入电压为75V时，R1上的功耗就会大大增加。且即使电源工作在稳态时，此限流电阻产生的损耗也一直存在，不利于效率的提高。(2)由于Q1管PN结压降的存在，当输入电压为9V时，芯片的供电电压为8.3V，而现有低压控制芯片的典型工作电压为8.5V，这就意味着输入电压小于9.2V时，电源都无法正常工作，显然不满足设计要求。因此需要设计一种能工作在超宽范围、低输入电压条件下的低功耗启动电路就显得十分重要。

如图2、图3所示，本发明的启动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、PNP管Q3、第一NPN管Q1、第二NPN管Q2以及二极管D1，其中第二电阻R2的一端分别与第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端以及PNP管Q3的发射极连接，第二电阻R2的另一端分别与第二NPN管Q2的集电极、第三电阻R3的另一端以及PNP管Q3的基极连接，第一电阻R1的另一端分别与第二NPN管Q2的基极、第一NPN管Q1的集电极连接，第二NPN管Q2的发射极分别与第一NPN管Q1的发射极、第五电阻R5的一端、电容C1的一端以及电源正常工作时辅助电源输出电压负极连接后接地，第五电阻R5的另一端分别与第一NPN管Q1的基极、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端分别与PNP管Q3的集电极、电容C1的另一端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与电源正常工作时辅助电源输出电压正极相连接。

工作原理及工作过程

本发明的启动电路由电阻、二极管、三极管所组成。当电源启动时，由启动电路给控制IC供电9V；当电源正常工作后，切换电路输出11V电压，经过二极管D1后完全关闭启动电路。

按上述方案，当PNP管Q3导通时，输出电压Vo升高，采样电阻R4、R5的采样控制信号升高。当输出电压达到9V时，也就是采样信号电压在第一NPN管Q1的基极电压为0.7V时，因此第一NPN管Q1导通。由于第二NPN管Q2的基极接地而完全关断，因此在第二NPN管Q2上的集电极产生高电压，从而导致PNP管Q3的基极电压和发射极电压相同，因此PNP管Q3关断，输出电压Vo降低。

当PNP管Q3关断时，输出电压Vo降低，采样电阻R4、R5的采样控制信号降低。当输出电压低于9V时，也就是采样信号电压在第一NPN管Q1的基极电压小于0.7V，第一NPN管Q1关断，导致第二NPN管Q2的基极为高电平，因此第二NPN管Q2完全导通。此时在第二NPN管Q2的集电极为低电平，从而导致PNP管Q3的基极电压为低，因此PNP管Q3导通，输出电压Vo上升。

当电源启动后正常工作时，电源辅助绕组产生的电压Vn为11V。经过二极管D1后输出电压Vo为10.3V左右，因此采样电阻R4、R5的采样控制信号一直为高。此时采样信号电压在第一NPN管Q1的基极上产生的电压为0.7V时，第一NPN管Q1导通。由于第二NPN管Q2的基极接地而完全关断，因此在第二NPN管Q2的集电极产生高电压，从而导致PNP管Q3的基极电压和发射极电压相同，因此PNP管Q3完全关断。因此当电源正常工作时启动电路的静态功耗极低，可获得较高的效率。

如图4所示本发明的直流开关电源启动电路还包括稳压管Z1，所述第一NPN管Q1的基极串接稳压管Z1后分别与第五电阻R5的另一端、第四电阻R4的一端连接。此稳压管Z1可以用来抑制第一NPN管Q1的PN结温漂，提高启动电路在不同温度时的稳压精度。

本发明采用少数几个控制器件实现了超宽范围、低输入电压条件下电源的启动电路设计，用较少的外围电路获得较好的控制特性。本发明的启动电路在电源稳态工作时完全关闭，静态工作电流极低，可获得较高效率。由于该启动电路结构简单，极大的节省了PCB板电路空间，特别适用于超宽范围、低输入电压条件下的高功率密度电源模块启动电源设计。

Claims

1.一种直流开关电源启动电路，其特征在于包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、PNP管Q3、第一NPN管Q1、第二NPN管Q2以及二极管D1，其中第二电阻R2的一端分别与第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端以及PNP管Q3的发射极连接，第二电阻R2的另一端分别与第二NPN管Q2的集电极、第三电阻R3的另一端以及PNP管Q3的基极连接，第一电阻R1的另一端分别与第二NPN管Q2的基极、第一NPN管Q1的集电极连接，第二NPN管Q2的发射极分别与第一NPN管Q1的发射极、第五电阻R5的一端、电容C1的一端以及辅助电源输出端负极连接后接地，第五电阻R5的另一端分别与第一NPN管Q1的基极、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端分别与PNP管Q3的集电极、电容C1的另一端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与辅助电源输出端正极相连接。

2.根据权利要求1所述的直流开关电源启动电路，其特征在于，该启动电路还包括稳压管Z1，所述第一NPN管Q1的基极串接稳压管Z1后分别与第五电阻R5的另一端、第四电阻R4的一端连接。