CN103683882A - 一种开关电源输入启动限流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关电源输入启动限流电路，场效应管通断控制电路并联在输入正极和输入负极之间；场效应管驱动电路并联在输入正极和输入负极之间并且串联在场效应管通断控制电路和场效应管之间；电容电压检测电路串联于输入正极与所述场效应管通断控制电路之间；输入负极与输出负极之间串联有一场效应管；限流电阻R3并联于该场效应管的两端；第一电容C1并联于输入正极和输入负极的两端；第二电容C2并联于输出正极和输出负极的两端。可以较好的限制开关电源的输入启动冲击电流，而且具有成本低、功耗小、寿命长、可靠性高以及体积重量小的优点。

Description

一种开关电源输入启动限流电路
技术领域
本发明创造涉及集成电路制造技术领域,特别是一种为限制输入启动冲击电流而改进的开关电源输入启动限流电路。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制控制MOSFET等电子器件构成。开关电源产品以其体积小、重量轻、电能转换效率高等特点而被广泛应用于工业自动化、仪器仪表、医疗设备、液晶显示、通讯设备、视听产品、数码产品等诸多领域。
但是，开关电源中输入端一般都会有一个大容值的电容做低频滤波用，因此，开关电源在启动时要给这个电容充电，就会在输入端会产生一个较大的冲击电流，这个电容对开关电源的前级器件以及输入源都会产生危害，一般都需要加以限制。传统的限流措施主要有两种：一种是采用热敏电阻串接在输入端正极与电容正极或是输入端负极与电容负极之间，这种方法最简洁，但受限于热敏电阻热容量及功耗很难在中大功率电源中应用；另一种方法是在输入端和电容之间串入限流电阻限制启动冲击电流，当启动过程结束后用继电器或是接触器将限流电阻旁路掉，这种方法不受稳态功耗限制，但是继电器或接触器体积重量较大，寿命低，成本较高，且继电器或接触器绕组一般需要辅助供电，且切换控制较为复杂。基于以上的分析，在开关电源应用特别是中大功率应用中，对于输入启动冲击电流的限制电路的改进成为开关电源研发领域一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明创造要解决的问题是提供一种开关电源输入启动限流电路，该限流电路可以较好的限制开关电源的输入启动冲击电流，保障了输入源和开关电源的前级器件的安全使用。
为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种开关电源输入启动限流电路，包括场效应管、场效应管驱动电路、场效应管通断控制电路、电容电压检测电路、限流电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述场效应管通断控制电路并联在输入正极和输入负极之间；场效应管驱动电路并联在输入正极和输入负极之间并且串联在场效应管通断控制电路和场效应管之间；电容电压检测电路串联于输入正极与所述场效应管通断控制电路之间；输入负极与输出负极之间串联有一场效应管；限流电阻R3并联于该场效应管的两端；第一电容C1并联于输入正极和输入负极的两端；第二电容C2并联于输出正极和输出负极的两端。
进一步，所述场效应管是MOS管Q1。
进一步，所述场效应管驱动电路包括第二电阻R2、第一稳压管ZD1、第三电容C3和第五电阻R5；第二电阻R2并联于输入正极与场效应管通断控制电路之间；第一稳压管ZD1、第三电容C3和第五电阻R5均并联于输入负极与场效应管通断控制电路之间。
进一步，所述场效应管通断控制电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、三极管Q2和光电耦合器U1的副边；第一电阻R1和光电耦合器U1的副边并联于输入正极和输入负极之间且光电耦合器的副边的c端接电阻、e端接输入负极；第四电阻R4与三极管Q2串联后并联于光电耦合器的副边的c端和e端；三极管Q2的集电极接场效应管的栅极。
进一步，所述电容电压检测电路包括第二稳压管ZD2、第六电阻R6和光电耦合器U1的原边；第二稳压管ZD2、第六电阻R6和光电耦合器U1的原边串联后并联于输出正极与输出负极之间。
进一步，所述第一电容C1是电解电容，第一电容C1的正极接输入正极，第一电容C1的负极接场效应管的漏极。
进一步，所述第一电容C1与输出正极之间串接一电感L1。
本发明创造具有的优点和积极效果是：本发明的开关电源输入启动限流电路，包括场效应管、场效应管驱动电路、场效应管通断控制电路、电容电压检测电路、限流电阻R3、第一电容、第二电容和电感；所述场效应管通断控制电路并联在输入正极和输入负极之间；场效应管驱动电路并联在输入正极和输入负极之间并且串联在场效应管通断控制电路和场效应管之间；电容电压检测电路串联于输入正极与所述场效应管通断控制电路之间；输入负极与输出负极之间串联有一场效应管；限流电阻R3并联于该场效应管的两端；第一电容C1并联于输入正极和输入负极的两端；第二电容C2并联于输出正极和输出负极的两端。本发明的创新点如下：
一是采用MOS管代替继电器或接触器与限流电阻并联作为旁路开关，可以降低成本以及重量和体积；
二是采用直流输入驱动旁路MOS管，无需额外的辅助电源；
三是采用光电耦合器、稳压管以及三极管构成无源的电容电压检测及MOS管通断控制电路，控制电路极为简洁。可以较好的限制开关电源的输入启动冲击电流，而且具有成本低、功耗小、寿命长、可靠性高以及体积重量小的优点。
附图说明
图1是本发明开关电源输入启动限流电路的电路原理图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明的技术方案做详细的说明。
如图1所示，一种开关电源输入启动限流电路，包括场效应管、场效应管驱动电路、场效应管通断控制电路、电容电压检测电路、限流电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述场效应管通断控制电路并联在输入正极和输入负极之间；场效应管驱动电路并联在输入正极和输入负极之间并且串联在场效应管通断控制电路和场效应管之间；电容电压检测电路串联于输入正极与所述场效应管通断控制电路之间；输入负极与输出负极之间串联有一场效应管；限流电阻R3并联于该场效应管的两端；第一电容C1并联于输入正极和输入负极的两端；第二电容C2并联于输出正极和输出负极的两端。所述场效应管是MOS管Q1。所述场效应管驱动电路包括第二电阻R2、第一稳压管ZD1、第三电容C3和第五电阻R5；第二电阻R2并联于输入正极与场效应管通断控制电路之间；第一稳压管ZD1、第三电容C3和第五电阻R5均并联于输入负极与场效应管通断控制电路之间。所述场效应管通断控制电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、三极管Q2和光电耦合器U1的副边；第一电阻R1和光电耦合器U1的副边并联于输入正极和输入负极之间且光电耦合器的副边的c端接电阻、e端接输入负极；第四电阻R4与三极管Q2串联后并联于光电耦合器的副边的c端和e端；三极管Q2的集电极接场效应管的栅极。所述电容电压检测电路包括第二稳压管ZD2、第六电阻R6和光电耦合器U1的原边；第二稳压管ZD2、第六电阻R6和光电耦合器U1的原边串联后并联于输出正极与输出负极之间。所述第一电容C1是电解电容，第一电容C1的正极接输入正极，第一电容C1的负极接场效应管的漏极。所述第一电容C1与输出正极之间串接一电感L1。
图1中R5为MOS管Q1的GS下拉电阻，为GS结电容提供放电回路，第一稳压管ZD1保护MOS管Q1的GS端不被击穿，第三电容C3为MOS管Q1导通延时电容，防止MOS管Q1误导通。第二电阻R2为MOS管Q1的驱动电阻，三极管Q2关断时输入电压通过第二电阻R2驱动MOS管Q1导通。三极管Q2控制MOS管Q1的通断，当三极管Q2导通时，MOS管Q1关断，三极管Q2关断时，MOS管Q1导通。
具体的工作过程如下：输入启动时，第一电容C1两端电压为零，此时光电耦合器U1原边发光二极管没有电流流过，因此光电耦合器U1副边截止，输入电压Vin通过第一电阻R1、第四电阻R4驱动三极管Q2饱和导通，MOS管Q1的GS端被三极管Q2短路，MOS管Q1截止，限流电阻R3串接在第一电容负极与输入负极之间，限制启动电流；随着第一电容C1被充电，第一电容C1两端电压逐步上升，但是只要第一电容C1两端电压低于第二稳压管ZD2的击穿电压，就不足以导通第二稳压管ZD2，则光电耦合器U1原边发光二极管始终没有电流通过，其副边维持截止状态，因此三极管Q2将维持导通状态，使得MOS管Q1保持截止状态，限流电阻R3一直起作用；当第一电容C1两端电压足够高，使得第二稳压管ZD2击穿导通，光电耦合器U1原边发光二极管开始流过电流，光电耦合器U1副边开始导通，对三极管Q2基极电流分流，三极管Q2逐渐退出饱和导通状态，输入电压Vin对第三电容C3开始充电，MOS管Q1的GS电压逐步上升，随着第一电容C1端电压逐步上升，MOS管Q1的GS电压也随之升高，先进入线性放大状态，分流限流电阻R3的电流，共同限制电容C1充电电流。当第一电容C1端电压足够高，使得光电耦合器U1原边发光二极管导通电流足够大，则光电耦合器U1副边饱和导通，三极管Q2基极电流被完全旁路掉，三极管Q2完全截止，输入电压Vin通过第二电阻R2驱动MOS管Q1完全导通，第三电阻R3被旁路掉，此时电容端电压C1已经基本等于输入电压，输入电流接近0，启动过程结束，输入电流将完全通过MOS管Q1流通。
以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种开关电源输入启动限流电路，其特征在于：包括场效应管、场效应管驱动电路、场效应管通断控制电路、电容电压检测电路、限流电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述场效应管通断控制电路并联在输入正极和输入负极之间；场效应管驱动电路并联在输入正极和输入负极之间并且串联在场效应管通断控制电路和场效应管之间；电容电压检测电路串联于输入正极与所述场效应管通断控制电路之间；输入负极与输出负极之间串联有一场效应管；限流电阻R3并联于该场效应管的两端；第一电容C1并联于输入正极和输入负极的两端；第二电容C2并联于输出正极和输出负极的两端。
2.根据权利要求1所述的开关电源输入启动限流电路，其特征在于：所述场效应管是MOS管Q1。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源输入启动限流电路，其特征在于：所述场效应管驱动电路包括第二电阻R2、第一稳压管ZD1、第三电容C3和第五电阻R5；第二电阻R2并联于输入正极与场效应管通断控制电路之间；第一稳压管ZD1、第三电容C3和第五电阻R5均并联于输入负极与场效应管通断控制电路之间。
4.根据权利要求3所述的开关电源输入启动限流电路，其特征在于：所述场效应管通断控制电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、三极管Q2和光电耦合器U1的副边；第一电阻R1和光电耦合器U1的副边并联于输入正极和输入负极之间且光电耦合器的副边的c端接电阻、e端接输入负极；第四电阻R4与三极管Q2串联后并联于光电耦合器的副边的c端和e端；三极管Q2的集电极接场效应管的栅极。
5.根据权利要求4所述的开关电源输入启动限流电路，其特征在于：所述电容电压检测电路包括第二稳压管ZD2、第六电阻R6和光电耦合器U1的原边；第二稳压管ZD2、第六电阻R6和光电耦合器U1的原边串联后并联于输出正极与输出负极之间。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的开关电源输入启动限流电路，其特征在于：所述第一电容C1是电解电容，第一电容C1的正极接输入正极，第一电容C1的负极接场效应管的漏极。
7.根据权利要求6所述的开关电源输入启动限流电路，其特征在于：所述第一电容C1与输出正极之间串接一电感L1。
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