CN102158067A

CN102158067A - 一种开关电源的启动电路

Info

Publication number: CN102158067A
Application number: CN2011100998315A
Authority: CN
Inventors: 尹智群; 余凤兵; 周耀彬
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CN102158067B

Abstract

本发明公开了一种高压、宽范围输入开关电源启动电路，包含由至少两级均压电路串联组成的均压部分、由至少两级稳压电路串联而成的稳压部分、由至少两级电流源电路串联而成的电流源部分和输出电路；输入源电压连接在具有相同级数均压部分和稳压部分两端；每两级均压电路串接处的均压点与对应级数稳压电路串接点连接；电流源部分输入端接输入源电压正极，每级电流源电路控制端连接对应级数稳压电路的稳压输出端，电流源部分输出端接输出电路输入端，输出电路输出端为启动电路输出端；输入源电压经均压部分，输出均分电压经过稳压部分输入各级电流源电路，控制其均分输入源电压；还可通过接入关断电路，在开关电源正常工作时切断启动电路，减少损耗。

Description

一种开关电源的启动电路

技术领域

本发明涉及一种应用于开关电源的启动电路，特别是涉及一种高电压、宽范围输入开关电源的启动电路。

背景技术

在光伏逆变器、超高压直流输电系统中，其电压范围非常宽，低至一两百伏、高达两千多伏，所以系统辅助电源很难设计，尤其是高压启动电路的设计非常困难，一方面需要寻找可以承受高压的电子元器件，另一方面从可靠性方面考虑，需把启动部分的电路损耗减小，防止关键元器件发热损坏。

目前常用的开关电源启动电路(如图1所示)，包括功率电阻、电容、稳压二极管、辅助绕组和二极管，其工作原理是：在电源启动瞬间，电源通过功率电阻R1给电容C1充电，电阻R1上流过的电流大于控制IC的启动电流，电容C1的电压上升至控制IC的正常工作电压后，电源开始工作。当启动电路输出电压稳定后，辅助绕组N1产生的电压经二极管D1整流和电容C1滤波后给控制IC供电，控制IC的VCC稳定在一定的电压范围，电源正常工作。在输入电压VIN范围较宽时，为了保证能够在最低输入电压时为控制IC提供足够大的启动电流，使开关电源能正常启动，那么电阻R1的阻值不能太大。由于电阻R1一直与电源输入端VIN相连，其上产生的功耗P＝(VIN-VCC)²/R1，显然，如果当开关电源工作在高压输入的情况下，电阻R1上的功耗将会非常大，将会影响电源转换效率、散热和可靠性，同时必须选用大功率电阻，使开关电源体积较大，成本高。

现有解决上述电阻R1功耗问题的方法是，如图2所示，在启动电路中加入由MOS管Q2和限流电阻R3串联组成的电流源电路，输入源电压加载在以功率电阻R2和稳压二极管ZD2串联组成的稳压电路两端，稳压二极管ZD2的阴极连接到MOS管Q2的栅极，通过稳压电路稳定MOS管Q2的工作电压，MOS管Q2的漏极通过限流电阻R3接输入源电压，MOS管Q2的源极接由输出电容C2和稳压二极管ZD3并联而成的输出电路作为启动电路的输出端，在开关电源正常工作后，通过由三极管Q1、电阻R4和电阻R5构成的关断电路控制MOS管Q2截止，继而将功率电阻R2断开。但是，在开关电源工作在高压输入的情况下，开关管Q2需要承受高电压，而市面上难以找到能够承受高压的器件，即使有高压IGBT可选用，其成本非常高，且使用较少存在缺货的风险。

所以，上述开关电源的启动电路，因其高损耗、高成本，已不太适合应用于高电压、宽范围输入的场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低损耗、低成本的高电压、宽范围输入开关电源的启动电路。

为达到上述目的，本发明通过以下的技术措施来实现：一种开关电源的启动电路，包括稳压部分、电流源部分和输出电路，其特征在于：还包括由至少两级均压电路串联组成的均压部分，所述稳压部分由至少两级稳压电路串联而成；所述电流源部分由至少两级电流源电路串联而成；输入源电压连接在具有相同级数均压部分和稳压部分的两端；每两级均压电路串接处的均压点与对应级数的稳压电路串接处的串接点连接；所述电流源部分的输入端连接输入源电压正极，每级电流源电路的控制端连接到对应级数的稳压电路中的稳压输出端，电流源部分的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出端为启动电路输出端；输入源电压经过均压部分，输出的均分电压经过稳压部分输入到各级电流源，控制各级电流源电路均分输入源电压。

所述每级电流源电路包括MOS管和限流电阻，除最后一级电流源电路外，其余各级电流源电路中MOS管的栅极和源极之间并接一个稳压二极管，稳压二极管的阴极连接MOS管栅极，稳压二极管的阳极连接MOS管源极。

所述每级电流源电路包括三极管和限流电阻，最后一级电流源电路中的三极管基极和发射极之间并接第一二极管，第一二极管的阴极连接该最后一级三极管基极，第一二极管的阳极连接最后一级三极管的发射极，最后一级三极管基极与对应级数的稳压电路中的稳压输出端之间还连接第二二极管，第二二极管的阴极连接该最后一级三极管基极，第二二极管的阳极连接对应级数的稳压电路中的稳压输出端；其余各级电流源电路中三极管基极和发射极之间并接一个稳压二极管，稳压二极管的阴极连接三极管基极，稳压二极管的阳极连接三极管的发射极。

还包括关断电路，所述关断电路包括三极管Q21、电阻R31和电阻R41，外接输入控制信号SW通过电阻R41连接到三极管Q21的基极，三极管Q21的集电极与最后一级电流源电路的控制端相连，三极管Q21的发射极连接到输入源电压的负极，电阻R31并接在三极管基极与发射极之间。当开关电源正常工作后，控制信号SW通过三极管控制最后一级电流源电路关断，继而自动由后而前地关断各级电流源电路，电流源电路关断，最终切断开启电路，减少启动电路在开关电源正常工作后所产生的损耗.

所述每级均压电路包括一个均压电容。

所述每级均压电路包括一个均压电阻。

所述每级均压电路包括均压电容和均压电阻，均压电容和均压电阻相并联。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、由于各级电流源电路能保持均压，开启电路的总耐压约为所有电流源电流耐压之和，并能通过调节电流源电路的内部电阻调节电流源部分提供电流的大小，所以启动电路能够在高电压、宽范围输入的场合下启动开关电源，理论上可以通过多个电流源电路的串联均压，在高达几千伏的输入电压下使用；

2、由于启动电路能够通过在电流源部分接入关断电路，控制电流源部分关断，从而切断启动电路，所以减小了开关电源正常工作时启动电路的总损耗；

3、由于启动电路能够采用电流小耐压较低的MOS管或三极管实现，所以成本较低。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为目前常用的开关电源启动电路的电路原理图；

图2为现有解决高损耗问题的开关电源启动电路的电路原理图；

图3为本发明实施例一的电路原理图；

图4为本发明实施例二的电路原理图；

图5为本发明实施例三的电路原理图；

具体实施方式

图3是本发明所述开关电源启动电路的实施例一的电路原理图。实施例一所述的启动电路的级数为二级，包括包含两级均压电路的均压电路11，包含两级稳压电路的稳压电路12，包含两级电流源电路的电流源电路13，开关管均压及保护电路14，关断电路15和输出电路16。

均压电路11由第一级均压电路和第二级均压电路串接组成，第一级均压电路包含电容C11，第二级均压电路包含电容C12，电容C11和电容C12相串联，电容C11和电容C12的串联支路连接于输入源电压的两端，电容C11和电容C12的连接点A的电压为输入电压的一半，该连接点A为均压电路11的均压点。

稳压电路12由第一级稳压电路和第二级稳压电路串接组成，第一级稳压电路包含电阻R21和稳压二极管ZD21，第二级稳压电路包含电阻R22和稳压二极管ZD22，稳压二极管ZD21的阳极连接均压电路11的均压点，稳压二极管ZD21的阴极通过电阻R21与输入源电压正极相连。稳压二极管ZD22的阴极通过电阻R22与均压电路11的均压点相连，稳压二极管ZD22的阳极连接输入源电压负极。

电流源电路13由第一级电流源电路和第二级电流源电路串接组成，第一级电流源电路包含限流电阻R11和MOS管Q11，第二级电流源电路包含限流电阻R12和MOS管Q12，MOS管Q11的栅极连接到稳压二极管ZD21的阴极，MOS管Q11的漏极通过限流电阻R11与输入源电压正极相连。MOS管Q12的栅极连接到稳压二极管ZD22的阴极，MOS管Q12的漏极通过限流电阻R12与MOS管Q11的源极相连。

在第一级电流源电路中设有开关管保护电路14，开关管保护电路包含稳压二极管ZD11，稳压二极管ZD11的阴极连接到稳压二极管ZD21的阴极，稳压二极管ZD11的阳极连接到MOS管Q11的源极。稳压二极管ZD11一方面钳制住MOS管Q11的栅源电压，防止其过压或欠压；另一方面，可以钳制住MOS管Q11的源极电位，将其钳制在稳压二极管ZD21的阳极电位到阴极电位的范围之内，因为稳压二极管ZD21和稳压二极管ZD11的稳压值相对于输入电压非常小，所以MOS管Q11的源极电位即为输入电压的一半，这样MOS管Q11和MOS管Q12均压。

关断电路15由三极管Q21、电阻R31、电阻R41组成，另引入一控制信号SW控制关断电路15的通断，三极管Q21的集电极连接到稳压二极管ZD22的阴极，三极管Q21的发射极连接到输入源电压负极，电阻R31并接在三极管Q21的基极与输入源电压负极之间，控制信号SW通过电阻R41连接到三极管Q21的基极。当电路启动后，控制信号SW为高电平即可驱动三极管Q21使其导通，拉低稳压二极管ZD22的阴极电位，从而关断MOS管Q12，继而关断MOS管Q11。

输出电路16由输出电容C21和稳压二极管ZD31组成，输出电容C21和稳压二极管ZD31并联，稳压二极管ZD31的阴极与输出电容C21连接的一端和MOS管Q12的源极相连，作为启动电路的输出端VCC，稳压二极管ZD31的阳极与输出电容C21连接的一端和输入源电压负极相连。通过调节电流源电路13中的限流电阻R11和限流电阻R12的阻值，可设置电流源电路13给输出电容C21的充电电流，当电容C21充电饱和后，此电流输入到开关电源的控制IC，所以应合理设置限流电阻R11和限流电阻R12的阻值，保证在最低输入电压时，控制IC能正常启动。输出电容C21为启动电路提供输出电压，稳压二极管ZD31可稳定此输出电压，该输出电压即可为开关电源的控制IC提供合适、稳定的电压。另外，当稳压二极管ZD22电压被三极管Q21拉低后，稳压二极管ZD31还可确保MOS管Q12栅源电压不超过其最大规格，保护MOS管Q12不被击穿。

本发明的工作原理如下：输入源电压经电容C11和电容C12分压，均压电路11的稳压点得到大小为输出电压的一半的电压，此时稳压电路12中的稳压二极管ZD21和稳压二极管ZD22进入稳压状态，分别为MOS管Q11和MOS管Q12提供栅极驱动电压，MOS管Q12导通，同时将MOS管Q11的源极电位拉低，当MOS管Q11栅源电压大于其门槛电压VGS(th)时，MOS管Q11导通，此时稳压二极管ZD11处于稳压状态，可以保护MOS管Q11的栅极不过压，同时，因为稳压二极管ZD21和稳压二极管ZD11的稳压值相对于输入源电压非常小，所以稳压二极管ZD11钳制住MOS管Q11的源极电位为均压电路均压点的电位，这样MOS管Q11和MOS管Q12均压，它们的最大耐压只需为输入源电压的一半。在此过程中，输出电容C21充电，限流电阻R11和限流电阻R12可以限制流过MOS管Q11和MOS管Q12的电流，从而设置给输出电容C21的充电电流。在MOS管Q11和MOS管Q12导通后，输入源电压通过限流电阻R11、MOS管Q11、限流电阻R12和MOS管Q12给输出电容C21供电，输出电容C21上最高电压为稳压二极管ZD22的电压减去MOS管Q12的门槛电压VGS(th)，稳压二极管ZD22的电压取值大于MOS管Q12的门槛电压VGS(th)与开关电源控制IC的启动门槛电压之和时就能启动开关电源控制IC工作。当开关电源正常工作后，控制信号SW输入一个高电平信号，使三极管Q21导通，拉低MOS管Q12的栅源电压，MOS管Q12关断，从而令MOS管Q11的源极电位上升，MOS管Q11关断，在开关电源正常工作后切断启动电路，减小了电路的总损耗。

开关电源启动电路的实施例一(图3)所述的均压电路11也能以两个电阻串联实现或者两组由电阻和电容并联组成的并联电路串联实现，同样能够达到以上所述技术效果。

图4是本发明所述开关电源启动电路的实施例二的电路原理图。实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于将电流源电路13中的MOS管Q11和MOS管Q12替换成三极管Qa和三极管Qb，并增加二极管D11和二极管D21，三极管Qa的基极连接到稳压二极管ZD21的阴极，三极管Qa的集电极通过限流电阻R11连接到输入源电压正极，稳压二极管ZD11的阴极连接到三极管Qa的基极，稳压二极管ZD11的阳极连接到三极管Qa的发射极，三极管Qb的集电极通过限流电阻R12连接到三极管Qa的发射极，三极管Qb的发射极连接到输出电容C21与稳压二极管ZD31的阴极连接的一端，作为启动电路的输出端，二极管D21的阴极与三极管Qb的基极相连接，二极管D21的阳极连接稳压二极管ZD22的阴极和三极管Q21的集电极，二极管D11的阴极连接在三极管Qb的基极，二极管D11的阳极连接在三极管Qb的发射极。二极管D11和D21可以防止在三极管Qb的基极电位被三极管Q21拉低时，三极管Qb的发射结承受反向电压而损坏，从而起到保护三极管Qb的作用。

开关电源启动电路的实施例二(图4)所述的均压电路11也能以两个电阻串联实现或者两组由电阻和电容并联组成的并联电路串联实现，同样能够达到以上所述技术效果。

图5是本发明所述开关电源启动电路的实施例三的电路原理图。实施例三所述的开启电路的级数为两级及以上，与实施例一相同，包含均压电路11，稳压电路12，电流源电路13，开关管保护电路14，关断电路15和输出电路16；不同之处在于实施例三所述开启电路的均压电路11由三级以上均压电路串联而成，稳压电路12由三级以上稳压电路串联而成，电流源电路13由三级以上电流源电路串联而成，均压电路、稳压电路和电流源电路的级数相同；除最后一级电流源电路，其余各级电流源电路并接开关管均压及保护电路，最后一级电流源电路接有关断电路15，最后一级电流源电路的输出接输出电路16。均压电路11、稳压电路12、电流源电路13每级的组成、级间连接关系以及均压电路、稳压电路和电流源电路之间的连接方式与实施例一所述相同；每级开关管保护电路14的组成与实施例一所述相同，除最后一级电流源电路外，其余各级电流源电路的连接关系与实施例一中开关管保护电路14和第一级电流源电路的连接关系相同；关断电路15和输出电路16和最后一级电流源电路的连接关系与实施例一所述的关断电路15和输出电路16和第二级电流源电路的连接关系相同。如此，实施例三所述开启电路与实施例一所述开启电路的工作原理相同，能达到各级电流源电路均压、在开关电源正常工作后切断开启电路的技术效果。

开关电源启动电路的实施例三(图5)所述的均压电路11也能以电阻串联的形式实现或者由电阻和电容并联组成的并联电路串联的形式实现，同样能够达到以上所述技术效果。

开关电源启动电路的实施例三(图5)所述的电流源电路13也能实施例二所述的方法实现，同样能够达到以上所述技术效果。

上述电流源电路也能够以IGBT管组成，关断电路在现有技术中也有多种实现方式。因此本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种开关电源的启动电路，包括稳压部分、电流源部分和输出电路，其特征在于：还包括由至少两级均压电路串联组成的均压部分，所述稳压部分由至少两级稳压电路串联而成；所述电流源部分由至少两级电流源电路串联而成；输入源电压连接在具有相同级数均压部分和稳压部分的两端；每两级均压电路串接处的均压点与对应级数的稳压电路串接处的串接点连接；所述电流源部分的输入端连接输入源电压正极，每级电流源电路的控制端连接到对应级数的稳压电路中的稳压输出端，电流源部分的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出端为启动电路输出端；输入源电压经过均压部分，输出的均分电压经过稳压部分输入到各级电流源电路，控制各级电流源电路均分输入源电压。

2.根据权利要求1所述的开关电源的启动电路，其特征在于：所述每级电流源电路包括MOS管和限流电阻，除最后一级电流源电路外，其余各级电流源电路中MOS管的栅极和源极之间并接一个稳压二极管，稳压二级管的阴极连接MOS管栅极，稳压二极管的阳极连接MOS管源极。

3.根据权利要求1所述的开关电源的启动电路，其特征在于：所述每级电流源电路包括三极管和限流电阻，最后一级电流源电路中的三极管基极和发射极之间并接第一二极管，第一二极管的阴极连接该最后一级三极管基极，第一二极管的阳极连接最后一级三极管的发射极，最后一级三极管基极与对应级数的稳压电路中的稳压输出端之间还连接第二二极管，第二二极管的阴极连接该最后一级三极管基极，第二二极管的阳极连接对应级数的稳压电路中的稳压输出端；其余各级电流源电路中三极管基极和发射极之间并接一个稳压二极管，稳压二极管的阴极连接三极管基极，稳压二极管的阳极连接三极管的发射极。

4.根据权利要求1或2或3所述的开关电源的启动电路，其特征在于：还包括关断电路，所述关断电路包括三极管Q21、电阻R31和电阻R41，外接输入控制信号SW通过电阻R41连接到三极管Q21的基极，三极管Q21的集电极与最后一级电流源电路的控制端相连，三极管Q21的发射极连接到输入源电压的负极，电阻R31并接在三极管基极与发射极之间。

5.根据权利要求4所述的开关电源的启动电路，其特征在于：所述每级均压电路包括一个均压电容。

6.根据权利要求4所述的开关电源的启动电路，其特征在于：所述每级均压电路包括一个均压电阻。

7.根据权利要求4所述的开关电源的启动电路，其特征在于：所述每级均压电路包括均压电容和均压电阻，均压电容和均压电阻相并联。