CN102412718A - 电子设备及其开关电源启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开关电源启动电路，用于控制与控制芯片的输入电源端连接的充电电容的充电过程，包括变压器、启动电阻、功率管和充电控制电路，其中，所述变压器提供输入电压；所述启动电阻将所述输入电压转换为输入电流；所述功率管将所述电流放大后输出至充电电容；所述充电控制电路检测并维持充电电容的充电电流。本发明可达到显著降低功耗的目的(降低几倍甚至数十倍)，并可使控制芯片快速启动。本发明中的充电控制电路结构简单，巧妙采用电路原本的必须的器件构成，几乎不增加电路成本，但能大大降低功耗，并且缩短控制芯片的启动时间，达到目前开关电源苛刻的待机功耗要求。
Description
技术领域
本发明涉及到充电技术领域，特别涉及到电子设备及其开关电源启动电路。
背景技术
在目前世界能源供应日趋紧张，要求节能的呼声日益高涨的背景下，有效利用有限的能源已经成为人们的共识。如充电器的待机功耗，以前的五级能耗标准是待机功耗小于300mW。现在的标准是待机功耗小于100mW，甚至鼓励将待机功耗做到小于30mW的5星能源标准，可以预见的是，未来对于待机功耗的要求会越来越严。
待机功耗中，启动电阻损耗占其中最主要的部分，目前的电子设备中，例如LED驱动电源、手机充电器、网络产品电源适配器、电磁炉及各种家电，其中的开关电源启动电路主要通过一个高压启动电阻给与控制芯片输入电源端连接的VCC电容充电，当充电电压达到内部设置门限值后，控制芯片启动。执行电路启动后，启动电阻和相关启动电路没有功能了。参照图1，为现有技术中一开关电源启动电路的结构示意图，其主要包括变压器T1、高压启动电阻R1、三极管Q1和VCC电容C1。高压启动电阻R1的一端连接变压器T1，将变压器T1输出的电压转换为电流，直接充给VCC电容C1，当VCC电容C1的充电电压达到内部设置门限值后，控制芯片启动。其缺点是对于目前的220V市电(整流后达到320-350V)：为了达到电路快速启动的目的，只能采用较小的启动电阻，这样将导致启动电阻及相关电路消耗的功耗极大(100mW以上)；但如果考虑节能的目的使用较大的启动电阻，将导致启动时间过长(5秒以上，而使用要求不能高于3秒)，也无法达到使用要求，故不能采用，因此普通启动电路已经不能满足当前的能源要求。目前如果要满足能源的要求，则必须采用复杂的电路，或采用650V以上的半导体工艺线，在电路启动完后使用高压开关管将启动电阻电路和高压电路断开，来降低功耗，如此一来，导致电路的成本将大大增加。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种开关电源启动电路，旨在解决现有技术中高效、绿色的能满足节能标准的开关电源启动电路结构复杂，成本过高的技术问题。
为了解决技术问题，本发明提供一种开关电源启动电路，用于控制与控制芯片的输入电源端连接的充电电容的充电过程，包括变压器、启动电阻、功率管和充电控制电路，其中，
所述变压器提供输入电压；
所述启动电阻将所述输入电压转换为输入电流；
所述功率管将所述电流放大后输出至充电电容；
所述充电控制电路检测并维持充电电容的充电电流。
优选地，所述控制芯片的输出端与功率管的输入端连接；
所述启动电阻一端与变压器连接，另一端与所述充电控制电路的输入端连接；
所述充电控制电路的输出端与启动电阻的另一端共同接功率管的输入端。
优选地，所述控制芯片的输出端与功率管的输入端连接；
所述启动电阻一端与变压器连接，另一端与所述功率管的输入端连接；
所述充电控制电路的输入端与所述功率管的输出端连接，所述充电控制电路的输出端与所述充电电容连接。
优选地，所述充电控制电路包括第一开关、第二开关、偏置电流产生装置和比较器，其中，
所述第一开关的一端与控制芯片的控制端连接，另一端与第二开关连接后接功率管的输出端；
所述第二开关的另一端与偏置电流产生装置的输入端连接；
所述偏置电流产生装置的输出端与充电电容连接；
所述比较器用于将充电电容的充电电压与预置的基准电压比较，并根据比较结果输出开关信号，控制第一开关或第二开关打开/闭合。
优选地，所述功率管为三极管或MOS管。
优选地，所述比较器具有电源电压端，所述电源电压端与控制芯片的输入电源端连接。
本发明另提供一种电子设备，其包括开关电源启动电路，该开关电源启动电路用于控制与控制芯片的输入电源端连接的充电电容的充电过程，包括变压器、启动电阻、功率管和充电控制电路，其中，
所述变压器提供输入电压；
所述启动电阻将所述输入电压转换为输入电流；
所述功率管将所述电流放大后输出至充电电容；
所述充电控制电路检测并维持充电电容的充电电流。
优选地，所述电子设备为手机、电磁炉或车载设备。
本发明将原开关电源电路上必须使用的高压开关管(即功率管)在启动时利用起来(高压开关管原本在控制芯片的启动过程中不工作)，将启动电阻连接三极管的基极或MOS管的栅极，在启动过程中将启动电流放大后给启动电容充电，故启动电阻可以增大10倍以上，从而可将启动电阻在待机时的功耗降低十倍甚至数十倍：经过实际测试，普通启动电路待机消耗100mW以上，而使用本发明电路后功耗显著的降低到5-10mW以内。启动完后，高压开关管又可实现现有的功能，进入由PWM控制的开关动作，很巧妙的达到了目前能源标准要求开关电源装置待机功耗低于100mW的要求。而且该发明应用电路结构简单，与普通启动电路相比基本上未增加元器件(主要利用了原本只在正常工作时才发挥作用的高压开关管参与启动)，成本低。此外，由于设有充电控制电路，可缩短控制芯片的启动时间，满足开关电源几近苛刻的要求。
附图说明
图1为现有技术中开关电源启动电路的结构示意图；
图2为本发明开关电源启动电路一实施方式的电路结构示意图；
图3为本发明开关电源启动电路另一实施方式的电路结构示意图；
图4是本发明开关电源启动电路一实施例的电路结构示意图；
图5是本发明开关电源启动电路另一实施例的电路结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图2，图2为本发明开关电源启动电路一实施例的结构示意图。该开关电源启动电路用于控制与控制芯片的输入电源端连接的充电电容C1的充电过程，包括变压器T1、启动电阻R1、三极管Q1和充电控制电路。其中，变压器T1用于提供输入电压；启动电阻R1用于将输入电压转换为输入电流；三极管Q1将电流放大后输出至充电电容C1；充电控制电路用于检测并维持充电电容C1的充电电流。具体的连接方式为：
三极管Q1基极接控制芯片的输出端I-drive，集电极通过变压器T1连接到高压端，发射极接充电电容C1；充电控制电路的输出端与控制芯片的输出端I-drive共同接三极管Q1的基极，输入端接启动电阻R1。
上电后，高压通过启动电阻R1产生电流，电流通过充电控制电路流入三极管Q1的基极，经过三极管Q1后，电流可被放大20倍以上，向充电电容C1充电，当充电电容电压达到设定阈值电压时，控制电路开始工作。充电控制电路用来检测充电电容C1的充电电流，使充电电流维持在合适的大小，以控制启动时间在合适的范围。
本发明采用原开关电源电路上正常工作时必须用到的高压开关管，让其在启动瞬间将启动电流放大的方式给启动电容充电(原本开关管只在启动后在进入工作状态)，故启动电阻可以增大10倍以上，从而可将启动电阻在待机时的功耗降低10倍以上，很巧妙的达到了目前能源标准待机低于100mW的要求，用较低的成本解决了现有技术中一直想解决却没解决的技术问题，并且，由于基本上未增加元器件，本发明开关电源启动电路结构简单，成本相对现有技术而言，大为降低。此外，由于设有充电控制电路，启动时间得以控制，可缩短控制芯片的启动时间，达到目前开关电源苛刻的待机功耗要求。
参照图3，在一实施例中，电路结构也可如图3所示，充电控制电路的输入端三极管Q1的发射极，输出端连接充电电容C1。应当说明的是，本发明中，功率管可以为三极管也可以为MOS管。为三极管时，功率管的输出端指三极管的发射极，输入端指基极；为MOS管时，功率管的输出端指MOS管的源极，输入端指MOS管的栅极。
参照图4，在一实施例中，充电控制电路200具体包括：
第一开关205、第二开关206、偏置电流产生装置207和比较器208，其中，
第一开关205的一端与控制芯片209的控制端Cs连接，另一端与第二开关206连接后接三极管202的输出端；
第二开关206的另一端与偏置电流产生装置207的输入端连接；
偏置电流产生装置207的输出端与充电电容204连接；
比较器208用于将充电电容204的充电电压与预置的基准电压比较，并根据比较结果输出开关信号，控制第一开关205或第二开关206打开/闭合。具体的，比较器208具有电源电压端Vcc，电源电压端Vcc与控制芯片的输入电源端VCC连接。工作流程如下：
上电后，高压通过启动电阻203产生启动电流，启动电流流入三极管Q1的基极，此时VCC充电电容204的电压为零，比较器208输出SW开关信号打开第一开关205，闭合第二开关206，电流被放大10倍以上后通过第二开关206，向VCC充电电容204充电，当充电电容204的电压达到设定阈值电压vstart后，比较器208输出SW开关信号打开第二开关206，闭合第一开关205，此时控制电路209开始正常工作。
参照图5，在一实施例中，功率管为MOS管，其栅极接控制芯片209的输出端V-drive，源极接第一开关205和第二开关206的共同端，漏极接变压器201。
本发明另提供一种电子设备，该电子设备可以为LED驱动电源，、手机充电器、网络产品电源适配器，、电磁炉及各种家电等，其包括上述开关电源启动电路，该开关电源启动电路的结构和工作原理具体可参见前述图2～图5所示实施例，在此就不作详述。本发明电子设备中，由于具有前述开关电源启动电路，功耗得以降低，并且启动速度得以加快。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种开关电源启动电路，其特征在于，用于控制与控制芯片的输入电源端连接的充电电容的充电过程，包括变压器、启动电阻、功率管和充电控制电路，其中，
所述变压器提供输入电压；
所述启动电阻将所述输入电压转换为输入电流；
所述功率管将所述电流放大后输出至充电电容；
所述充电控制电路检测并维持充电电容的充电电流。
2.如权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，
所述控制芯片的输出端与功率管的输入端连接；
所述启动电阻一端与变压器连接，另一端与所述充电控制电路的输入端连接；
所述充电控制电路的输出端与启动电阻的另一端共同接功率管的输入端。
3.如权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，
所述控制芯片的输出端与功率管的输入端连接；
所述启动电阻一端与变压器连接，另一端与所述功率管的输入端连接；
所述充电控制电路的输入端与所述功率管的输出端连接，所述充电控制电路的输出端与所述充电电容连接。
4.如权利要求3所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述充电控制电路包括第一开关、第二开关、偏置电流产生装置和比较器，其中，
所述第一开关的一端与控制芯片的控制端连接，另一端与第二开关连接后接功率管的输出端；
所述第二开关的另一端与偏置电流产生装置的输入端连接；
所述偏置电流产生装置的输出端与充电电容连接；
所述比较器用于将充电电容的充电电压与预置的基准电压比较，并根据比较结果输出开关信号，控制第一开关或第二开关打开/闭合。
5.如权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述功率管为三极管或MOS管。
6.如权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述比较器具有电源电压端，所述电源电压端与控制芯片的输入电源端连接。
7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的开关电源启动电路。
8.如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为手机、电磁炉或车载设备。
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