CN103683892A - 开关电源及其控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关电源及其控制器，该控制器包括：开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；开关电路，与所述开关电源控制装置相连，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述开关电路向所述电源供电端提供充电电流；当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时，所述开关电源控制装置产生驱动信号以控制所述开关电路向开关电源的主电路提供功率输出电流，并且所述开关电源控制装置控制所述开关电路关断所述充电电流。本发明既可以缩短开关电源的启动时间，又能够有效降低待机功耗。

Description

开关电源及其控制器

技术领域

本发明涉及开关电源技术，尤其涉及一种具有高压启动功能的开关电源及其控制器。

背景技术

参考图1，图1示出了现有技术中具有高压启动功能的反激式开关电源100的典型应用电路的拓扑结构，主要包括：启动电阻R1、启动电容C1、开关电源控制装置103、开关电路102、反激式转换器101、二极管D1、二极管D2以及输出滤波电容C2，其中开关电源控制装置103可以包括开启/关断控制器104和PWM控制器105。

结合图1和图2，开关电源100启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1和启动电容C1，给开关电源控制装置103的电源供电端VCC供电，电源供电端VCC的电压开始上升。当电源供电端VCC的电压大于开启/关断控制器104的开启点VCCON时，开启/关断控制器104的输出端UV_CTRL由低电平跳变为高电平，则完成高压启动过程，接着，PWM控制器105开始正常工作，开关电路102中的功率管S1也正常工作，那么交流输入电压VIN就通过反激式转换器101的反激式变压器原边绕组L1、副边绕组L2、二极管D1以及输出滤波电容C2，为直流输出电压端VOUT供电；同时，交流输入电压VIN还通过反激式转换器101的反激式变压器原边绕组L1、辅助绕组L3、二极管D2以及启动电容C1，为电源供电端VCC供电；这样，开关电源100就进入正常工作。

上述通过启动电阻R1来完成高压启动的技术，由于在启动后流过启动电阻R1的电流一直存在，所以存在启动时间和待机功耗的矛盾。如果启动电阻R1的电阻值较小，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变大，那么开关电源100的启动时间将变短，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较大，则开关电源100的待机功耗也较大；如果启动电阻R1的电阻值较大，则启动时，交流输入电压VIN通过启动电阻R1给启动电容C1充电的电流变小，那么开关电源100的启动时间变长，但启动后，由于流过启动电阻R1的电流较小，则开关电源100的待机功耗也就小。

为了兼顾启动时间和待机功耗，在实际应用中，启动电阻R1一般选在MΩ级，但即使这样，在交流输入电压VIN的电压值为220VAC时，启动电阻R1的功耗也达到十几mW至上百mW。

由上，现有技术中的开关电源100通过启动电阻R1来完成高压启动，无法确保既能减少启动时间，又能降低待机功耗。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种开关电源及其控制器，既可以缩短启动时间，又能够有效降低待机功耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关电源控制器，包括：

开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；

开关电路，与所述开关电源控制装置相连，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述开关电路向所述电源供电端提供充电电流；当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时，所述开关电源控制装置产生驱动信号以控制所述开关电路向开关电源的主电路提供功率输出电流，并且所述开关电源控制装置控制所述开关电路关断所述充电电流。

根据本发明的一个实施例，所述开关电路具有第一输入端、输入信号端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述开关电路包括：

功率管，用于提供所述功率输出电流，其栅端连接所述第一输入端，其源端连接所述第一输出端，其衬底连接所述功率管的源端，其漏端连接所述输入信号端；

耗尽管，用于提供所述充电电流，其栅端连接所述第二输入端，其源端连接所述第二输出端，其衬底连接所述功率管的衬底，其漏端连接所述输入信号端；

其中，所述第一输入端、第二输入端和第二输出端连接所述开关电源控制装置，所述第一输入端接收所述驱动信号，所述第一输出端接地，所述输入信号端接收所述开关电源的输入信号。

根据本发明的一个实施例，所述开关电源控制装置还具有高压启动源端、高压启动栅端和栅极驱动端，其中，所述开关电源控制装置包括：

开启/关断控制器，检测所述电源供电端的电压并根据检测结果产生控制信号，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述控制信号无效，当所述电源供电端电压大于预设的开启点电压时，所述控制信号有效；

PWM控制器，与所述开启/关断控制器和栅极驱动端相连，在所述控制信号有效时产生所述驱动信号，该驱动信号经由该栅极驱动端输出；

高压启动控制器，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端相连，在所述控制信号无效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述充电电流经由所述高压启动控制器流向所述电源供电端；在所述控制信号有效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述充电电流。

根据本发明的一个实施例，所述开启/关断控制器还根据所述检测结果产生内部工作电压，该内部工作电压传输至所述高压启动控制器，所述高压启动控制器利用所述内部工作电压对所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压进行调节。

根据本发明的一个实施例，所述高压启动控制器包括：

充电电路，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端连接；

充电控制电路，与所述高压启动源端和高压启动栅端连接并接收所述控制信号；

当所述控制信号无效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述充电电流经由所述充电电路流向所述电源供电端；当所述控制信号有效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断。

根据本发明的一个实施例，所述充电控制电路包括：

第一二极管，其阳极接收所述内部工作电压；

第一电阻，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述高压启动源端；

第二电阻，其第一端连接所述高压启动源端，其第二端连接所述高压启动栅端；

第一PNP三极管，其发射极连接所述高压启动栅端，其基极连接该第一PNP三极管的集电极；

NMOS场效应管，其漏端连接所述第一PNP三极管的集电极，其源端接地，其栅端接所述开启/关断控制器输出的控制信号；

所述充电电路包括：

第二PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的集电极；

第三PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的基极；

第二二极管，其阳极连接所述第二PNP三极管的集电极，其阴极连接所述电源供电端；

PMOS场效应管，其栅端连接所述电源供电端，其源极连接所述第三PNP三极管的集电极；

所述第二电阻；

第三电阻，其第一端连接所述PMOS场效应管的漏端，其第二端接地；

所述第一PNP三极管；

NPN三极管，其基极连接所述PMOS场效应管的漏极，其集电极连接所述第一PNP三极管的集电极，其发射极接地。

本发明还提供了一种开关电源，包括：

上述任一项所述的开关电源控制器；

与所述开关电源控制器耦合的主电路。

根据本发明的一个实施例，所述主电路为反激式结构。

根据本发明的一个实施例，所述主电路包括：

变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述开关电路的输入信号端；

输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；

输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；

辅助绕组二极管，其阳极连接所述辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地。

根据本发明的一个实施例，所述主电路还包括：启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地。

根据本发明的一个实施例，所述开关电源启动前，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的开关电路未向所述主电路提供该功率输出电流，所述开关电源的输出端的输出电压为零，所述开关电源控制器中的开关电路向所述电源供电端提供充电电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述输入信号通过所述变压器的原边绕组、副边绕组、输出整流二极管和输出滤波电容将能量传递至所述开关电源的输出端，该输出端的电压上升，所述开关电源控制器中的开关电路关断所述充电电流。

根据本发明的一个实施例，所述主电路为升压式结构。

根据本发明的一个实施例，所述主电路包括：

电感，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端连接所述开关电源控制器中的开关电源控制装置的接地端以及所述开关电路的第一输出端；

第三二极管，其阳极连接所述电感的第二端；

第四二极管，其阳极连接所述第三二极管的阴极，其阴极连接所述电源供电端；

第一电容，其第一端连接所述第三二极管的阴极，其第二端连接所述电感的第二端；

第二电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端连接所述电感的第二端；

第五二极管，其阴极连接所述电感的第二端，其阳极接地；

第三电容，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端接地。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的开关电源在开始高压启动时，为电源供电端提供较大的充电电流，以减小开关电源的启动时间，从而加快启动过程；而在开关电源完成高压启动后，关断该充电电流，以降低开关电源的待机功耗，从而提高开关电源的效率。

附图说明

图1是现有技术中一种反激式开关电源的电路结构示意图；

图2是图1所示反激式开关电源在高压启动时的信号波形示意图；

图3是本发明第一实施例的反激式开关电源的电路结构示意图；

图4是图3所示反激式开关电源在高压启动时的信号波形示意图；

图5是本发明第一实施例的反激式开关电源中的高压启动控制器的结构框图；

图6是本发明第一实施例的反激式开关电源中的高压启动控制器的具体电路结构示意图；

图7是本发明第二实施例的升压式开关电源的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

第一实施例

参考图3，图3示出了第一实施例中具有高压启动功能的开关电源300的电路图，包括开关电源控制器以及与其耦合的主电路，该开关电源控制器包括开关电源控制装置303和开关电路302，该主电路可以是反激式转换器301。

开关电路302用于提供反激式开关电源300的功率输出电流和充电电流Ich。开关电路302可以包括一功率管S1和一耗尽管S2。

其中，功率管S1的栅端连接到开关电路302的第一输入端E_G；功率管S1的源端连接到开关电路302的第一输出端E_S；功率管S1的衬底连接到功率管S1的源端；功率管S1的漏端连接到开关电路302的第二输入端E_D；耗尽管S2的栅端连接到开关电路302的第二输入端D_G；耗尽管S2的源端连接到所述开关电路302的第二输出端D_S；耗尽管S2的衬底连接到功率管S1的衬底；耗尽管S2的漏端连接到开关电路302的第二输入端E_D；开关电路302的第一输出端E_S连接到地。

功率管S1用于向反激式开关电源300提供功率输出电流，进一步而言，向反激式开关电源300的主电路提供功率输出电流。当功率管S1的栅端与源端之间的电压差Vgs大于功率管S1的阈值电压Vth1（例如，Vth1>0V）时，功率管S1打开，功率管S1的漏端通过第二输入端E_D提供功率输出需要的电流；当功率管S1的栅端与源端之间的电压差Vgs小于功率管S1的阈值电压Vth1（例如，Vth1>0V）时，功率管S1关断，功率管S1的漏端悬空。

耗尽管S2主要用于提供反激式开关电源300高压启动时的充电电流Ich。当耗尽管S2的栅端与源端之间的电压差Vgs大于耗尽管S2的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V）时，耗尽管S2打开，耗尽管S2的漏端通过源端向外提供高压启动需要的充电电流Ich；当耗尽管S2的栅端与源端之间的电压差Vgs小于耗尽管S2的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V）时，耗尽管S2关断，耗尽管S2的源端停止向外提供电流。

开关电源控制装置303对电源供电端VCC的电压进行检测，以对反激式开关电源300的各种状态进行判断，从而控制开关电路302的打开和关断。开关电源控制装置303可以包括一开启/关断控制器304、一PWM控制器305、一高压启动控制器306。

进一步而言，开关电源控制装置303的电源供电端VCC连接到开启/关断控制器304的输入端和高压启动控制器306的输出端；开启/关断控制器304的输出端VREF连接到高压启动控制器306的输入端；开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL连接到PWM控制器305的输入端和高压启动控制器306的输入端；PWM控制器305的输出端连接到开关电源控制装置303的栅极驱动端GD，而栅极驱动端GD又连接到开关电路302的第一输入端E_G从而连接到功率管S1的栅端；高压启动控制器306的输入端连接到开关电源控制装置303的高压启动源端HS_S，而高压启动源端HS_S又连接到开关电路302的第二输出端D_S进而连接至耗尽管S2的源端；高压启动控制器306的输出端连接到开关电源控制装置303的高压启动栅端HS_G，而高压启动栅端HS_G又连接到开关电路302的第二输入端D_G进而连接到耗尽管S2的栅端；开关电源控制装置303的接地端GND接地。

开启/关断控制器304对开关电源控制装置303的电源供电端VCC的电压进行判断，确定开关电源控制装置303是否工作。当电源供电端VCC的电压大于开启/关断控制器304的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL输出的控制信号由无效转变为有效，例如可以由低电平跳变为高电平，该开关电源控制装置303正常工作，且开启/关断控制器304的输出端VREF提供内部工作电压VREF_HS（例如VREF_HS>0）；当电源供电端VCC的电压小于开启/关断控制器304的关断点电压VCCOFF时，开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL可以由高电平跳变为低电平，开关电源控制装置303关断、不工作，且开启/关断控制器304的输出端VREF输出的电压可以为0V。

PWM控制器305用于产生驱动信号，该驱动信号用于控制功率管S1的导通和关断，作为一个优选的实施例，该PWM控制器305可以完成开关电源300的PWM控制，其输出的驱动信号为PWM调制信号。当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL的信号由无效转变为有效时，例如由低电平跳变为高电平时，PWM控制器305正常工作，产生PMW调制信号并经由开关电源控制装置303的栅极驱动端GD输出，用于控制开关电路302中功率管S1的打开和关断；当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL的信号由有效转变为无效时，例如由高电平跳变为低电平时，PWM控制器305关断、不工作，例如开关电源控制装置303的栅极驱动端GD可以为低电平，从而关断开关电路302中的功率管S1。

高压启动控制器306用于完成开关电源300的高压启动控制。当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为低电平以及输出端VREF为0V时，高压启动控制器306控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为0V，大于开关电路302中的耗尽管S2的阈值电压Vth2（例如，Vth2<0V），则耗尽管S2打开，开关电路302的输入端E_D通过耗尽管S2和高压启动控制器306向电源供电端VCC提供高压启动需要的充电电流Ich，例如该充电电流Ich从0mA增大为Ich2（Ich2大于0mA）；当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL的控制信号为高电平以及输出端VREF的信号为VREF_HS时，高压启动控制器306控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF_HS，小于耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），则耗尽管S2关断，开关电路302的输入端E_D停止通过耗尽管S2和高压启动控制器306，向电源供电端VCC提供充电电流，即充电电流Ich为0mA。

反激式转换器301是将输入信号VIN转换成输出电压VOUT，该输入信号VIN可以是交流信号，该输出电压VOUT可以是直流信号，该反激式转换器包括一反激式变压器的原边绕组L1、反激式变压器的副边绕组L2、输出整流二级管D1、输出滤波电容C2、反激式变压器的辅助绕组L3、辅助绕组二极管D2、启动电容C1。

该输入信号VIN传输至原边绕组L1的同名端；原边绕组L1的异名端连接到开关电路302的输入端E_D；副边绕组L2的同名端接地；副边绕组L2的异名端连接输出整流二极管D1的阳极；输出整流二极管D1的阴极连接输出滤波电容C2的一端，并作为开关电源300的输出端以输出该输出电压VOUT；输出滤波电容C2的另外一端接地；辅助绕组L3的同名端接地，辅助绕组L3的异名端接到辅助绕组二极管D2的阳极；辅助绕组二极管D2的阴极连接到启动电容C1的一端和开关电源控制装置303的电源供电端VCC；启动电容C1的另外一端接地。

该开关电源300的工作原理简述如下：开关电源300启动前，启动电容C1没有充电，开关电源控制装置303的电源供电端VCC电压通常为0V，小于开启/关断控制器304的关断点电压VCCOFF，则开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为低电平，输出端VREF为0V，那么一方面，PWM控制器305关断、不工作，栅极驱动端GD的电压可以一直为低电平，开关电路302中的功率管S1保持关断，则输入信号VIN也就不能通过变压器的原边绕组L1、副边绕组L2、输出整流二极管D1和滤波电容C2将能量传递到开关电源300的输出端，即输出电压VOUT为0V；另一方面，高压启动控制器306控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为0V，大于开关电路302中的耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），则耗尽管S2打开，输入信号VIN通过变压器的原边绕组L1、耗尽管S2和高压启动控制器306向电源供电端VCC提供高压启动需要的充电电流Ich，即对启动电容C1进行充电，例如充电电流Ich从0mA增大为Ich2（Ich2>0mA），则电源供电端VCC的电压开始上升，这样，开关电源300开始高压启动过程。

当电源供电端VCC的电压上升到大于开启/关断控制器304的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL的电压由低电平跳变为高电平，输出端VREF的电压也由0V变为VREF_HS，那么一方面，PWM控制器305开始工作，开关电源控制装置303的栅极驱动端GD输出驱动信号，该驱动信号可以为PWM调制信号，该驱动信号控制开关电路302中的功率管S1的打开和关断，则输入信号VIN通过变压器的原边绕组L1、副边绕组L2、输出整流二极管D1和滤波电容C2将能量传递到开关电源300的输出端，即流输出电压VOUT开始上升；另一方面，高压启动控制器306控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VRFE_HS，小于开关管302中耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），则耗尽管S2关断，输入信号VIN停止通过该原边绕组L1、耗尽管S2和高压启动控制器306向电源供电端VCC提供电流，充电电流Ich由Ich2跳变为0mA，即停止对启动电容C1进行充电，而电源供电端VCC转由输入信号VIN通过变压器的原边绕组L1、辅助绕组L3、辅助绕组二级管D2和启动电容C1供电；这样，开关电源300完成了高压启动过程。

参考图4，图4是图3所示反激式开关电源300在高压启动过程中的信号波形图，包括开关电源控制装置303的电源供电端VCC、开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL和输出端VREF、高压启动控制器306的高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs、启动电容C1的充电电流Ich、开关电源控制装置303的栅极驱动端GD、以及输出电压VOUT的波形。

在开关电源300启动前，电源供电端VCC电压通常为0V，小于开启/关断控制器304的关断点电压VCCOFF，则开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为低电平，输出端VREF为0V，那么开关电源控制装置303的栅极驱动端GD一直为低电平，直流输出电压VOUT为0V；同时，高压启动控制器306控制开关电路302中的耗尽管S2的栅源电压Vgs为0V，大于耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），则启动电容C1的充电电流Ich从0mA增大为Ich2，使得电源供电端VCC的电压开始上升。

当电源供电端VCC的电压上升到大于开启/关断控制器304的开启点电压VCCON时，开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL的电压由低电平跳变为高电平，输出端VREF的电压也由0V变为VREF_HS，那么开关电源控制装置303的栅极驱动端GD输出PWM调制信号，输出端的输出电压VOUT开始上升；同时，高压启动控制器306控制开关电路302中的耗尽管S2的栅源电压Vgs为-VRFE_HS，小于耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），则停止对启动电容C1进行充电，即充电电流Ich为0mA。

参考图5，图5示出了图3中高压启动控制器306的一个具体实例，包括充电电路501以及充电控制电路502。

其中，充电电路501的输入端连接到开关电源控制装置303的高压启动源端HS_S和高压启动栅端HS_G，充电电路501的输出端连接到开关电源控制装置303的电源供电端VCC；充电控制电路502的输入端连接到开关电源控制装置303的开启/关断控制器304的输出端VREF和输出端UV_CTRL，充电控制电路502的输出端连接到开关电源控制装置303的高压启动源端HS_S和高压启动栅端HS_G。

结合图3和图5，该高压启动控制器的工作原理简述如下：当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为低电平以及输出端VREF为0V时，充电控制电路502控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为0V，大于开关电路302中的耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），使得耗尽管S2导通，则高压启动源端HS_S通过充电电路501向电源供电端VCC提供高压启动需要的电流，即充电电流Ich从0mA增大为Ich2。

当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为高电平以及输出端VREF的电压为VREF_HS时，充电控制电路502控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF_HS，小于耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），使得耗尽管S2关断，则高压启动源端HS_S停止通过充电电路501向电源供电端VCC提供电流，即充电电流Ich为0mA。

参考图6，图6示出了图5所示高压启动控制器的一个具体实例，其中，该高压启动控制器中的充电控制电路包括二极管D1、电阻R1、电阻R2、PNP三极管Q4、NMOS场效应管M2；该高压启动控制器中的充电电路包括PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、二极管D2、PMOS场效应管M1、电阻R3、NPN三极管Q3、PNP三极管Q4以及电阻R2。

结合图3和图6，二极管D1的阳极连接到开启/关断控制器304的输出端VREF，二极管D1的阴极连接到电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接到开关电源控制装置303的高压启动源端HS_S、PNP三极管Q1的发射极、PNP三极管Q2的发射极和电阻R2的一端；电阻R2的另一端连接到开关电源控制装置303的高压启动栅端HS_G和PNP三极管Q4的发射极；PNP三极管Q1的基极连接到PNP三极管Q1的集电极、PNP三极管Q2的基极和二极管D2的阳极；二极管D2的阴极连接到PMOS场效应管M1的栅端和开关电源控制装置303的电源供电端VCC；PNP三极管Q2的集电极连接到PMOS场效应管M1的源端；PMOS场效应管M1的漏端连接到NPN三极管Q3的基极和电阻R3的一端；电阻R3的另一端接地；NPN三极管Q3的发射极接地，NPN三极管Q3的集电极连接到NMOS场效应管M2的漏端和PNP三极管Q4的集电极和基极；NMOS场效应管M2的栅端连接到开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL，NMOS场效应管M2的源端接地。

结合图3和图6，图6所示的高压启动控制器的工作原理简述如下：当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为低电平以及输出端VREF的电压为0V时，高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间通过电阻R2短路，即两端的电压差Vgs为0V，大于开关电路302中的耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），使得耗尽管S2导通，则高压启动源端HS_S通过PNP三极管Q1和二极管D2向电源供电端VCC提供高压启动需要的充电电流Ich；同时，通过PNP三极管Q1和PNP三极管Q2的电流镜像对充电电流Ich进行采样，该采样电流通过PMOS场效应管M1并在电阻R3上产生压降，该压降确定NPN三极管Q3的集电极电流，该电流流过PNP三极管Q4并在电阻R2上产生压降，该压降确定高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs，而该电压差确定充电电流Ich的大小为Ich2。

当开启/关断控制器304的输出端UV_CTRL为高电平以及输出端VREF的电压为VREF_HS时，开启/关断控制器304的输出端VREF减去二极管D1的正向PN结电压、PNP三极管Q4的发射极和基极之间的电压差和NMOS场效应管M2的漏源之间的电压差后，再通过电阻R1和电阻R2分压，使得电阻R2上的压降（即充电控制电路502控制高压启动栅端HS_G与高压启动源端HS_S之间的电压差Vgs为-VREF_HS）小于耗尽管S2的阈值电压Vth2（Vth2<0V），从而关断耗尽管S2，则高压启动源端HS_S停止通过PNP三极管Q1和二极管D2向电源供电端VCC提供高压启动需要的充电电流Ich，即充电电流Ich为0mA。

需要说明的是，第一实施例中的反激式结构的主电路仅是示例，本领域技术人员应当理解，该主电路还可以是其他适当的反激式结构电路。

另外，第一实施例中涉及的控制电压、内部工作电压、开启点电压、管断电电压、充电电流的数值以及是否有效等也仅是示例，本领域技术人员应当理解，这些参数可以根据实际需要做其他适当的选择，例如控制电压也可以是低电平有效而高电平无效，等等。

第二实施例

参考图7，图7示出了第二实施例的开关电源700的电路图，包括开关电源控制器以及与其耦合的主电路，该开关电源控制器包括开关电源控制装置703和开关电路702，该主电路为升压式结构。

其中，开关电源控制装置703包括开启/关断控制器704、PWM控制器705以及高压启动控制器706；开关电路702包括功率管S1和耗尽管S2。开关电源控制装置703和开关电路702的结构以及工作原理与图3所示第一实施例中的开关电源控制装置303和开关电路302相同，这里不再赘述。

第二实施例中的主电路包括电感L1、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、二极管D3以及电容C3。其中，电感L1的第一端连接开关电源的输出端，其第二端连接开关电源控制装置703的接地端以及开关电路702的第一输出端；二极管D1的阳极连接电感L1的第二端；二极管D2的阳极连接二极管D1的阴极，二极管D2的阴极连接电源供电端VCC；电容C1的第一端连接二极管D1的阴极，电容C1的第二端连接电感L1的第二端；电容C2的第一端连接电源供电端VCC，电容C2的第二端连接电感L1的第二端；二极管D3的阴极连接电感L1的第二端，二极管D3的阳极接地；电容C3的第一端连接开关电源的输出端，电容C3的第二端接地。另外，开关电路702的输入端E_D接收开关电源700的输入信号VIN。

与第一实施例类似地，开关电源700在开始高压启动时，电源供电端VCC的电压小于关断点电压，开关电源控制装置703控制开关电路702向电源供电端VCC提供充电电流Ich，电源供电端VCC的电压上升；当电源供电端VCC的电压上升至大于开启点电压时，开关电源控制装置703控制开关电路702停止提供充电电流，并且使得开关电路702向主电路提供功率输出电流。

需要说明的是，第二实施例中的主电路并不限于图7所示的结构，本领域技术人员应当理解，该主电路还可以是其他适当的升压结构电路。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，只是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、等同的变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (13)

1.一种开关电源控制器，其特征在于，包括：

开关电源控制装置，具有电源供电端并对该电源供电端的电压进行检测；

开关电路，与所述开关电源控制装置相连，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述开关电源控制装置控制所述开关电路向所述电源供电端提供充电电流；当所述电源供电端的电压上升至大于预设的开启点电压时，所述开关电源控制装置产生驱动信号以控制所述开关电路向开关电源的主电路提供功率输出电流，并且所述开关电源控制装置控制所述开关电路关断所述充电电流。

2.根据权利要求1所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开关电路具有第一输入端、输入信号端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述开关电路包括：

功率管，用于提供所述功率输出电流，其栅端连接所述第一输入端，其源端连接所述第一输出端，其衬底连接所述功率管的源端，其漏端连接所述输入信号端；

耗尽管，用于提供所述充电电流，其栅端连接所述第二输入端，其源端连接所述第二输出端，其衬底连接所述功率管的衬底，其漏端连接所述输入信号端；

其中，所述第一输入端、第二输入端和第二输出端连接所述开关电源控制装置，所述第一输入端接收所述驱动信号，所述第一输出端接地，所述输入信号端接收所述开关电源的输入信号。

3.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开关电源控制装置还具有高压启动源端、高压启动栅端和栅极驱动端，其中，所述开关电源控制装置包括：

开启/关断控制器，检测所述电源供电端的电压并根据检测结果产生控制信号，当所述电源供电端的电压小于预设的关断点电压时，所述控制信号无效，当所述电源供电端电压大于预设的开启点电压时，所述控制信号有效；

PWM控制器，与所述开启/关断控制器和栅极驱动端相连，在所述控制信号有效时产生所述驱动信号，该驱动信号经由该栅极驱动端输出；

高压启动控制器，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端相连，在所述控制信号无效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述充电电流经由所述高压启动控制器流向所述电源供电端；在所述控制信号有效时，调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断，关断所述充电电流。

4.根据权利要求3所述的开关电源控制器，其特征在于，所述开启/关断控制器还根据所述检测结果产生内部工作电压，该内部工作电压传输至所述高压启动控制器，所述高压启动控制器利用所述内部工作电压对所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压进行调节。

5.根据权利要求4所述的开关电源控制器，其特征在于，所述高压启动控制器包括：

充电电路，与所述电源供电端、高压启动源端和高压启动栅端连接；

充电控制电路，与所述高压启动源端和高压启动栅端连接并接收所述控制信号；

当所述控制信号无效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管导通，所述充电电流经由所述充电电路流向所述电源供电端；当所述控制信号有效时，所述充电控制电路调节所述高压启动源端和高压启动栅端之间的电压以使所述耗尽管关断。

6.根据权利要求5所述的开关电源控制器，其特征在于，所述充电控制电路包括：

第一二极管，其阳极接收所述内部工作电压；

第一电阻，其第一端连接所述第一二极管的阴极，其第二端连接所述高压启动源端；

第二电阻，其第一端连接所述高压启动源端，其第二端连接所述高压启动栅端；

第一PNP三极管，其发射极连接所述高压启动栅端，其基极连接该第一PNP三极管的集电极；

NMOS场效应管，其漏端连接所述第一PNP三极管的集电极，其源端接地，其栅端接所述开启/关断控制器输出的控制信号；

所述充电电路包括：

第二PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的集电极；

第三PNP三极管，其发射极连接所述高压启动源端，其基极连接该第二PNP三极管的基极；

第二二极管，其阳极连接所述第二PNP三极管的集电极，其阴极连接所述电源供电端；

PMOS场效应管，其栅端连接所述电源供电端，其源极连接所述第三PNP三极管的集电极；

所述第二电阻；

第三电阻，其第一端连接所述PMOS场效应管的漏端，其第二端接地；

所述第一PNP三极管；

NPN三极管，其基极连接所述PMOS场效应管的漏极，其集电极连接所述第一PNP三极管的集电极，其发射极接地。

7.一种开关电源，其特征在于，包括：

权利要求1至6中任一项所述的开关电源控制器；

与所述开关电源控制器耦合的主电路。

8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述主电路为反激式结构。

9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述主电路包括：

变压器，其原边绕组的同名端接收该开关电源的输入信号，其异名端连接所述开关电路的输入信号端；

输出整流二极管，其阳极连接所述变压器的副边绕组的异名端，其阴极连接所述开关电源的输出端；

输出滤波电容，其第一端连接所述输出整流二极管的阴极，其第二端连接所述副边绕组的同名端并接地；

辅助绕组二极管，其阳极连接所述辅助绕组的异名端，其阴极连接所述电源供电端，所述辅助绕组的同名端接地。

10.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，所述主电路还包括：启动电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端接地。

11.根据权利要求9所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源启动前，所述电源供电端的电压小于所述预设的关断点电压，所述开关电源控制器中的开关电路未向所述主电路提供该功率输出电流，所述开关电源的输出端的输出电压为零，所述开关电源控制器中的开关电路向所述电源供电端提供充电电流，所述电源供电端的电压上升；当所述电源供电端的电压上升至大于所述预设的开启点电压时，所述输入信号通过所述变压器的原边绕组、副边绕组、输出整流二极管和输出滤波电容将能量传递至所述开关电源的输出端，该输出端的电压上升，所述开关电源控制器中的开关电路关断所述充电电流。

12.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述主电路为升压式结构。

13.根据权利要求12所述的开关电源，其特征在于，所述主电路包括：

电感，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端连接所述开关电源控制器中的开关电源控制装置的接地端以及所述开关电路的第一输出端；

第三二极管，其阳极连接所述电感的第二端；

第四二极管，其阳极连接所述第三二极管的阴极，其阴极连接所述电源供电端；

第一电容，其第一端连接所述第三二极管的阴极，其第二端连接所述电感的第二端；

第二电容，其第一端连接所述电源供电端，其第二端连接所述电感的第二端；

第五二极管，其阴极连接所述电感的第二端，其阳极接地；

第三电容，其第一端连接所述开关电源的输出端，其第二端接地。

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