CN103929055A - 一种供电电路和开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于开关电源的供电电路和开关电源。所述供电电路包括：漏极与输入电源相连的第一晶体管；阳极与所述第一晶体管源极相连、阴极通过偏置电容接地的第一二极管；所述第一晶体管的栅极分别与第一二极管的阴极、供电对象的电源输入端相连；其中所述第一晶体管为在栅源电压为零时能够导通的功率管。可见，本申请公开的供电电路结构简单，应用所述供电电路的开关电源无需启动电阻，有利于所述开关电源的集成化，从而降低了所述开关电源的生产成本。

Description

一种供电电路和开关电源

技术领域

本申请涉及系统供电技术领域，更具体地说，涉及一种供电电路及应用该供电电路的开关电源。

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，维持输出电压稳定的一种电源，目前，比较常用的开关电源的电路结构除了包括功率级电路和控制电路外，一般还包括一个为控制电路供电的供电电压产生电路。

图1为现有技术中的开关电源的结构图。

参见如图1，图1中的开关电源的主电路采用反激式的隔离型拓扑结构，在该开关电源包括供电产生电路101和功率级电路102以及控制电路103，所述供电电压产生电路101包括：辅助绕组L3、偏置电容和启动电阻Rst以及二极管D，所述辅助绕组L3与变压器M耦合，用于接收功率级电路102中的电能，对偏置电容进行充电。在所述控制电路开始工作时刻，所述开关电源的直流输入电压通过所述启动电阻对所述偏置电容进行充电，从而获得所述控制电路的启动电压，使得所述控制电路进入工作模式，此后，所述辅助绕阻接收所述功率级电路中的电能对偏置电容充电，从而为所述控制电路的正常工作提供供电电压。

由于上述的供电电路需要用到与开关电源的输入电压直接相连启动电阻来提供控制电路的启动电压而产生一启动控制电路的启动电流，而接收高压的启动电阻Rst一般不能集成在开关电源控制芯片之内，而是布置在外电路中，因而不利于开关电源的集成化，造成所述开关电源的体积大、成本高的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种供电电路，以解决采用现有技术中所述供电电路需要用到启动电阻来提供启动电流而造成的所述开关电源的体积过大、成本较高的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种供电电路，包括：

漏极与输入电源直接或间接相连的第一晶体管；

阳极与所述第一晶体管源极相连、阴极通过偏置电容接地的第一二极管；

所述第一晶体管的栅极与第一二极管的阴极相连，其中所述第一晶体管与所述第一二极管的公共端作为第一节点，所述第一节点作为输出端，用于向供电对象输出供电电压；

其中所述第一晶体管为在栅源电压为零时能够导通的功率管。

优选的，上述供电电路中，所述第一二极管阴极与所述偏置电容之间还可以设置有第一电阻。

优选的，上述供电电路中，还可以包括：

阴极与所述第一节点相连，阳极接地的稳压二极管。

优选的，上述供电电路中，所述第一晶体管可以为N型耗尽型金属氧化物半导体场效晶体管。

优选的，上述供电电路中，所述稳压二极管的击穿电压可以为供电对象的所能承受的最高供电电压。

一种开关电源，可以包括上述任意一项公开的供电电路，与所述供电电路相连的控制电路，与所述控制电路相连的功率级电路，其中所述开关电源的控制电路作为所述供电电路的供电对象，所述控制电路用于控制所述功率计电路中的开关管的通断。

优选的，上述开关电源中，所述开关电源的功率级电路可以为升压电路或降压电路。

优选的，上述开关电源中，所述开关电源的功率级电路中的开关管的控制端与所述控制电路的驱动脉冲输出端相连、第一端接地、第二端通过所述第一晶体管源极与所述输入电源相连。

优选的，上述开关电源中，所述开关电源的功率级电路中的开关管的控制端与所述控制电路的驱动脉冲输出端相连、第一端接地、第二端直接与所述输入电源相连。

优选的，上述开关电源中，所述开关管为控制端获取到高电平信号时导通的开关管。

一种手机，可以包括上述任意一项所述的开关电源。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的供电电路应用于开关电源中，具有结构简单，且无需启动电阻等特性，有利于所述开关电源电路控制芯片的集成化，从而降低了所述开关电源的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的开关电源的结构图；

图2为本申请实施例公开的一种供电电路的结构图；

图3为本申请另一实施例公开的供电电路的结构图；

图4为本申请又一实施例公开的供电电路的结构图；

图5为本申请实施例公开的一种开关电源的电路结构图；

图6为本申请另一实施例公开的开关电源的电路结构图。

具体实施方式

针对于现有技术中开关电源的供电电路中，需要用到与输入电压直接相连的启动电阻，而接收高电压的启动电阻只能布置在外部电路中，从而造成所述开关电源的体积大、成本高的问题，本申请提供了一种新的开关电源的供电电路。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2为本实施例公开的供电电路的结构图。

需要说明的是，用户可以根据需求对所述供电电路的应用场所进行设定，例如，所述供电电路可以应用在开关电源中。

参见图2，所述供电电路包括：第一晶体管T1、第一二极管D1和偏置电容C；所述供电电路的具体结构如下：

所述第一晶体管T1的漏极与输入电源VIN直接相连或耦接、其中，该连接可以是直接相连也可以是耦接，第一晶体管T1栅极分别与所述第一二极管D1的阴极，其中所述第一晶体管与所述第一二极管的公共端作为第一节点，所述第一节点作为输出端，用于向供电对象的供电端输出供电电压；

所述第一二极管阳极D1与所述第一晶体管T1的源极相连、阴极通过偏置电容C接地；

其中所述第一晶体管T1为具有在栅源电压为零时能够导通的特性的功率管。

上述实施例公开的所述供电电路的工作原理为：

当有VIN输入时，此时所述第一晶体管的栅源电压Vgs＝0，由于所述第一晶体管T1为具有在栅源电压为零时能够导通的特性的功率管，所以所述第一晶体管处于导通状态，因此输入电源的输入电压能够通过所述第一晶体管和所述第一二极管对所述偏置电容进行充电，此时通过所述供电电路的输出端向所述供电对象的提供一控制所述供电对象正常工作的电压Vcc，启动所述供电对象，由于供电电路中的偏置电容被不断充电，导致Vcc不断增加，而所述第一晶体管T1为具有在栅源电压为零时能够导通的特性的功率管，因此其一直处于导通状态，从而使所述第一晶体管继续接收输入电压，通过第一二极管对所述偏置电容进行充电，进一步为所述供电对象的电源输入端提供工作电压，使所述供电对象保持正常工作。

可见本申请上述实施例公开的供电电路结构简单，当将该电路应用于开关电源中时，所述开关电源无须使用启动电阻，有利于所述开关电源电路电路板的集成化，并且降低了所述开关电源的生产成本。

在此需要说明的是，当所述供电电路应用于开关电源中时，所述供电对象即为所述开关电源的控制电路。

在此需要说明的是，所述供电电路与所述电源相连时可以是直接相连也可以是采用耦接形式相连。

图3为本申请另一实施例公开的供电电路的结构图。

为了防止所述偏置电容C的充电电流过大，而导致所述供电对象被烧毁，参见图3，上述供电电路还可以包括：第一电阻RS，所述第一电阻RS设置于所述第一晶体管T1和所述偏置电容C之间，所述第一电阻RS可以限制电流I过大，其中所述电流I＝(Vth-VD)/R，Vth＝Vcc-Vs，其中所述R为所述第一电阻RS的阻值，Vth为所述第一晶体管的阈值电压的绝对值，VD为第一二极管D1的导通压降，Vs为所述第一晶体管的源极电压。

图4为本申请又一实施例公开的供电电路的结构图。

由于充电电路不断给所述偏置电容C充电，会导致所述偏置电容C对所述供电对象提供的电压不断提高，所以为了防止出现所述偏置电容C向所述控制对象提供的电压过高而导致供电对象不能正常工作的问题，参见图4本申请还在上述实施例的基础上添加了一个稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的阴极与所述第一节点相连，阳极接地。当所述偏置电容C向所述供电对象的供电端提供的电压超过所述稳压二极管D2的击穿电压时，所述稳压二极管D2被击穿，所述偏置电容C通过所述稳压二极管2放电，从而防止所述供电对象因电源输入端输入电压过高而无法正常工作的问题。

当然上述实施例中的所述稳压二极管D2的类型可以根据用户需求进行设定，只需要保证所述稳压二极管的击穿电压不大于所述供电对象的最高供电电压即可，例如可以选取击穿电压与所述供电对象的最高供电电压相同的稳压二极管。

可以理解的是，由于由许多种类型的功率管都可在栅源电压为零时能够导通，所以本申请并不对选用何种类型的第一晶体管进行严格限定，但是申请人经过大量研究发现当所述第一晶体管为N型耗尽型金属氧化物半导体场效晶体管(耗尽型NMOSFET)时，所述供电电路的供电效果达到最好，所以在本申请优选的技术方案中，所述第一晶体管为耗尽型NMOS管。

对应于上述供电电路，本申请还提供了一应用所述供电电路的种开关电源。

所述的开关电源包括上述任意一所述的供电电路，与所述供电电路相连的控制电路，与所述控制电路相连的功率级电路，其中所述开关电源的控制电路作为所述供电电路的供电对象，所述控制电路用于控制所述功率级电路中的开关管的通断。

所述供电电路与所述控制电路相连，用于在控制电路开始工作前一时刻，给所述控制电路提供一启动电压，使所述控制电路开始工作，当所述控制电路开始工作后，所述供电电路继续为所述控制电路提供供电电压，使所示控制电路能保持正常工作，所述控制电路与所述功率级电路相连，用于控制功率级电路的通断，从而使所述功率级电路间歇式的接收所述输入电压，并将所述输入电压转化成一稳定或可调节的输出电压来使负载正常工作。

其中所述开关电源的功率级电路包括一开关管，所述开关管的控制端与所述控制电路的驱动脉冲输出端相连、第一端接地、第二端通过所述第一晶体管与所述输入电源相连，或所述开关管的第二端不通过所述第一晶体管与所述开关电源相连。

当所述开关管的第二端不通过所述第一晶体管与所述开关电源相连时，所述开关管直接与高电压相连，所以所述开关管为能承高电压的功率管；当所述开关管的第二端通过所述第一晶体管源极与所述输入电源相连时，所述第一晶体管承受了大部分的高压，有效地减轻了所述开关管上所需要承担的电压，所述开关管可选取耐高压性稍差一点的功率管，从而可减少所述开关管的制备成本。因此，在本申请提供的所述开关电源的实施例中，所述开关电源的功率级电路中的开关管通过所述供电电路中的第一晶体管与输入电源相连，所述开关管为一低功率管。

本发明提供的开关电源可以为不同类型的开关电源，如降压式开关电源，升压式开关电源以及降压-升压式开关电源等，本申请以降压式和升压式开关电源为例来详细阐述本发明提供的开关电源。

图5为本申请实施例公开的一种开关电源的电路结构图。

参见图5，本实施例公开的所述开关电源为降压式开关电源，所述开关电源用于将输入电源输入到其的输入电压VIN转化成一稳定或可调节的输出电压来使负载正常工作。所述开关电源可以包括：供电电路501，控制电路103和功率级电路502，其中所述开关电源的供电电路501可以为上述任意一实施例公开的供电电路，附图5中只是为了便于理解，选取了其中一个实施例作为附图5中的供电电路501。

本申请实施例公开的所述开关电源的功率级电路可以包括多种设计方案，其中一种方案可以为图5中所示的方案，即所述功率级电路502可以包括：开关管SR、第一输出电容C₀、第一电感L以及第二二极管D₀。

所述第二二极管Do的阴极与所述开关电源的输入电源相连，阳极与所述第一电感L的一端相连，相连处为第二节点；所述第一输出电容Co的一端与所述第一电感L的另一端相连，相连处接地，所述第一输出电容Co的另一端与所述第二二极管Do的阴极相连；所述开关管SR的第一端接地，第二端与所述第二节点相连，并通过所述第二二极管Do与所述输入电源相连，所述开关管SR的控制端与所述控制电路103的脉冲信号输出端Drv相连；所述控制电路103的供电端VCC与所述供电电路501的输出端相连。所述控制电路103控制所述开关管SR的通断，即控制所述第一电感L的储/放能状态，从而通过所述第一电感L和所述第一输出电容C₀的滤波作用，将所述输入电源的输入电压转化为稳定的输出电压给负载供电。

在本实施例中，为了使减小所述开关管SR上所承受的高功率，而使所述供电电路501的第一晶体管T1的漏极于所述第二节点相连，即所述第一晶体管T1通过所述第二二极管D0与所述输入电源相连，而使所述开关管SR的第二端与所述第一晶体管T1的源极相连，使所述开关管SR通过所述第一晶体管T1与所述第二节点相连，即所述开关管SR通过所述第一晶体管T1与所述输入电压相连。这样的连接方式，使得在所述的开关电源中，只有第一晶体管T1要求为一可以承受高电压的功率管，而对于所述开关管SR的要求比较低，其可以为耐高压性能较低一点的功率管即可，从而节约了所述开关电源的制备成本。

图6为本申请另一实施例公开的开关电源的电路结构图。

参见图6，本实施例公开的所述开关电源为升压式开关电源，本申请提供的所述开关电源的功率级电路502还可以为：包括开关管SR、第二电感L2、第三二极管D3和输出第二电容C₀，其中，本实施例公开的所述功率级电路502的具体结构如下：

所述第二电感L2的一端与所述开关电源的输入电源相连，用于接收所述输入电源输出的输入电压VIN，所述第二电感L2的另一端与所述第三二极管D3的阳极相连，相连处为第三节点；所述第三二极管的阴极与所述第二输出电容Co的一端相连，所述第二输出电容Co的另一端接地；所述开关管SR的第一端接地，第二端与所述第三节点相连，即所述开关管SR通过所述第二电感L2与所述开关电源的输入电源相连。所述开关管SR的控制端与所述控制电路103的脉冲信号输出端Drv相连；所述控制电路103的供电端VCC与所述供电电路501的输出端相连。所述控制电路103控制所述开关管SR的通断，即控制所述第二电感L2的储/放能状态，从而通过所述第二电感L2和所述第二输出电容C₀的滤波作用，将所述输入电源的输入电压转化为稳定的输出电压给负载供电。

为了使减小所述开关管SR上所承受的高功率，使所述供电电路501的第一晶体管T1的漏极于所述第三节点相连，即所述第一晶体管T1通过所述第二电感L2与所述输入电源相连，而使所述开关管SR的第二端与所述第一晶体管T1的源极相连，使所述开关管SR通过所述第一晶体管T1与所述第三节点相连，即所述开关管SR通过所述第一晶体管T1与所述输入电压相连。

在上述各实施例中，所述开关管SR可以但不仅限于为金属氧化物场效应晶体管，当所述开关管SR为N型金属氧化物场效应晶体管时，所述第一端为源极，所述第二端为漏极，所述控制端为栅极；当所述开关管SR为P型金属氧化物场效应晶体管时，所述第一端为漏极，所述第二端为源极，所述控制端为栅极。

在所述功率级电路的设计过程中，所述开关管SR可以选取类型为：当栅极的输入电压为高电平时导通的功率管。

参见图5和图6中公开的开关电源的电路结构图，当有VIN输入时，此时所述第一晶体管T1的栅源电压Vgs＝0，由于所述第一晶体管T1为具有在栅源电压为零时能够导通的特性的功率管，所以所述第一晶体管T1处于导通状态，因此所述输入电源的输入电压VIN能够通过所述第一晶体管T1和所述第一二极管D1对所述偏置电容C进行充电，此时所述供电电路501的输出端向所述控制电路103的供电端VCC输出一电压，当该电压达到所述控制电路103启动所需要的最小电压(启动电压)时，所述控制电路103开始启动工作，此后，所述供电电路501的输出端继续向所述控制电路的供电端VCC输出电压以供所述控制电路103正常工作，所述控制电路在正常工作时，在其脉冲信号输出端Drv向所述开关管SR的控制端输出脉冲信号，以从而控制所述开关管SR通断，即控制所述功率级电路502中电感的储/放能状态，从而通过所述功率级电路在502中的电感和输出电容的滤波作用，将所述输入电源的输入电压转化为稳定的输出电压给负载供电。

可见本申请图5和图6中公开的开关电源中，为所述控制电路提供启动电压和保持正常工作时需要的供电电压均可以通过所述供电电路获得，无须专门提供一条启动电路来为所述控制电路提供启动电压，因此，无需用到启动电阻，有利于所述开关电源电路电路板的集成化，并且降低了所述开关电源的生产成本。并且使功率级电路中的开关管通过所述供电电路中的第一晶体管与所述输入电源相连，使所述第一晶体管上承担大部分的电压，而减轻了所述开关管上所需要承担的高电压，从而所述开关管与所述第一晶体管中仅要求所述第一晶体管为可以承受高电压的高功率管，而所述开关管可以选择为耐高压性能低一点的功率管，从而进一步降低了所述开关电源的制作成本。

可以理解的是，任何应用本申请提供的开关电源的设备均在本申请的保护范围之内，所述设备可以为电脑、显示屏、显示器、空调等，对此本申请还特意公开了一种应用本申请公开的开关电源的手机。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”或“相连”均包括直接或间接连接或相连，而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种供电电路，其特征在于，应用于开关电源中，包括：

漏极与输入电源直接或间接相连的第一晶体管；

阳极与所述第一晶体管源极相连、阴极通过偏置电容接地的第一二极管；

所述第一晶体管的栅极与第一二极管的阴极相连，其中所述第一晶体管与所述第一二极管的公共端作为第一节点，所述第一节点作为输出端，用于向供电对象输出供电电压；

其中所述第一晶体管为在栅源电压为零时能够导通的功率管。

2.根据权利要求1中的供电电路，其特征在于，所述第一二极管阴极与所述偏置电容之间还设置有第一电阻。

3.根据权利要求1中的供电电路，其特征在于，还包括：

阴极与所述第一节点相连，阳极接地的稳压二极管。

4.根据权利要求1中的供电电路，其特征在于，所述第一晶体管为N型耗尽型金属氧化物半导体场效晶体管。

5.根据权利要求3中的供电电路，其特征在于，所述稳压二极管的击穿电压为供电对象所能承受的最高供电电压。

6.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的供电电路，与所述供电电路相连的控制电路，与所述控制电路相连的功率级电路，其中所述开关电源的控制电路作为所述供电电路的供电对象，所述控制电路用于控制所述功率计电路中的开关管的通断。

7.根据权利要求6中的开关电源，其特征在于，所述开关电源的功率级电路可以为升压电路或降压电路。

8.根据权利要求6中的开关电源，其特征在于，所述开关电源的功率级电路中的开关管的控制端与所述控制电路的驱动脉冲输出端相连、第一端接地、第二端通过所述第一晶体管与所述输入电源相连。

9.根据权利要求7-8任意一项中的开关电源，其特征在于，所述开关管为控制端获取到高电平信号时导通的开关管。