CN104377950B - 一种电源控制芯片的启动电路 - Google Patents

一种电源控制芯片的启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电源控制芯片的启动电路，与所述电源控制芯片的VREF引脚连接，该启动电路包括与直流电源连接的启动回路和控制回路，其中：所述启动回路包括一端与所述电源控制芯片的VCC引脚连接的第一电容，在该启动回路的输入电压大于电压预设值时通过所述第一电容向所述电源控制芯片输出启动电压，所述电压预设值大于该启动电压；所述控制回路的两端分别与所述电源控制芯片的VREF引脚和所述启动回路连接，并在所述电源控制芯片启动后关闭所述启动回路，且在所述电源控制芯片处于打嗝保护状态时控制打嗝周期。本发明可以通过设置器件的参数，实现大幅减小启动电阻损耗和控制打嗝周期，完全利用无源器件，电路简单。

Description

一种电源控制芯片的启动电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，更具体地说，涉及一种电源控制芯片的启动电路。
背景技术
UCX84X系列电源控制芯片的启动电流达到一定值时芯片才能启动，在宽输入电压范围的开关电源电路中，根据公式I＝V/R，为达到一定的启动电流，在启动电阻一定时，增大输入电压，芯片才能启动；同时，为了使芯片在低压时也能启动工作，启动电阻的值不能设置得太大。
当开关电源电路处于故障保护状态时，电路将进入打嗝状态(即反复的启动和关闭)，打嗝间隔时间由电源控制芯片的启动电路的充电时间决定，由于R和C固定，那么打嗝间隔时间和输入电压成反比，输入电压越高，打嗝周期(即打嗝间隔时间)越短，过短的周期意味着电路反复重启的频率很高，而现有的开关电源电路中，均没有对该打嗝周期进行控制，这样可能导致电路中的功率器件长时间处于高负荷使用状态，导致器件的温升过高而损坏。
同时，根据公式P＝U2/R，当输入电压升高时，启动电阻的损耗变大，对于整个电源电路来说，这部分能量不仅白白的浪费掉，也导致启动电阻的温升过高，甚至烧毁。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有开关电源电路中电源控制芯片的启动电阻损耗大且未对打嗝周期进行控制，提供一种电源控制芯片的启动电路。
本发明解决上述问题的技术方案是：提供了一种电源控制芯片的启动电路，与所述电源控制芯片的VREF引脚连接，其特征在于：该启动电路包括与直流电源连接的启动回路和控制回路，其中：所述启动回路包括一端与所述电源控制芯片的Vcc引脚连接的第一电容，在该启动回路的输入电压大于电压预设值时通过所述第一电容向所述电源控制芯片输出启动电压，所述电压预设值大于该启动电压；所述控制回路的两端分别与所述电源控制芯片的VREF引脚和所述启动回路连接，并在所述电源控制芯片启动后关闭所述启动回路，并在所述电源控制芯片处于打嗝保护状态时控制打嗝周期；
所述启动回路包括开关管和第一稳压二极管，所述控制回路包括光耦，其中：所述开关管的栅极连接所述第一稳压二极管的阳极，所述光耦的集电极连接所述第一稳压二极管的阴极，所述光耦的负极连接参考地；
在所述直流电源的输入电压小于所述启动电压时，所述开关管关断，所述启动回路关断；
在所述直流电源的输入电压大于所述启动电压时，所述第一稳压二极管被击穿，所述开关管导通，所述光耦导通，通过所述启动回路中的充电电容放电，所述开关管关断，所述启动回路关断；
所述启动回路还包括第二稳压二极管、第二电容、第一电阻及第二电阻，其中：并联的所述第二稳压二极管和所述第二电容分别与所述开关管的栅极和漏极连接，所述第一电阻的两端分别与所述开关管的源极和所述直流电源的正极连接，所述第二电阻的两端分别与所述第一稳压二极管的阴极和所述直流电源的正极连接。
在上述启动电路中，所述控制回路还包括第三电容、第三电阻和第四电阻，其中：所述第三电容的两端分别与所述光耦的正极和负极连接；所述第三电阻的两端分别与所述光耦的正极和所述电源控制芯片的VREF引脚连接；所述第四电阻的两端分别与所述光耦的发射极和所述第一电容的一端连接。
在上述启动电路中，在所述电源控制芯片处于打嗝保护状态时，通过调整所述启动回路中的电路参数，可以控制打嗝周期。
在上述启动电路中，所述第二电阻的阻值与所述第一电阻的阻值的比值大于10。
在上述启动电路中，所述开关管为N沟道MOSFET。
在上述启动电路中，所述光耦为NPN三极管输出型。
本发明的有益效果有：可以通过设置各器件的参数，实现大幅减小启动电阻损耗和控制打嗝周期的目的，且完全利用无源器件，电路简单、实用、可靠。
附图说明
图1是本发明的一种电源控制芯片的启动电路实施例的示意图。
图2是本发明一种电源控制芯片的启动电路实施例的电路示意图。
图3是图2中的电源控制芯片工作时VREF引脚和VCC引脚的电压波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，在本发明的一种电源控制芯片的启动电路实施例的示意图中，该电源控制芯片U1的启动电路与电源控制芯片U1的VREF引脚连接，该启动电路具体包括均与直流电源VDC连接的启动回路200及控制回路100，其中：启动回路200包括第一电容C1，其经过第一电容C1连接参考地，在该启动回路200的输入电压大于电压预设值时通过第一电容C1向所述电源控制芯片U1输出启动电压，其中，电压预设值大于启动电压Vth；控制回路100的两端分别与电源控制芯片U1的VREF引脚和启动回路100连接，用于在当直流电源VDC的输入电压小于启动电压Vth时或者电源控制芯片U1启动后关闭启动回路200，并用于在电源控制芯片U1由故障保护状态进入打嗝状态时控制打嗝周期。上述电源控制芯片U1的VCC引脚经过第一电容C1连接参考地，第一电容C1为电源控制芯片U1的VCC引脚的总等效电容。上述启动电压Vth为电源控制芯片U1启动的电压，即电源控制芯片U1启动时的直流电压值。
在直流电源VDC的输入电压达到电源控制芯片U1的启动电压时，电源控制芯片工作起来后，此时，电源控制芯片U1的VREF引脚为高电平(+5V)，启动回路200将输出低电平以使控制回路100开始工作，从而实现关闭启动回路200，及在启动电路由故障保护状态进入打嗝状态时控制打嗝周期。
具体地，上述启动回路200包括开关管Q1和第一稳压二极管ZD1(图中未示出)，控制回路100包括光耦PC1(图中未示出)，其中：开关管Q1的栅极连接第一稳压二极管ZD1的阳极；光耦PC1的集电极连接第一稳压二极管ZD1的阴极，光耦PC1的负极连接参考地。在直流电源的输入电压小于启动电压Vth时，开关管Q1关断，启动回路100关断，通过第一稳压二极管ZD1的压控作用可以控制开关管Q1的栅极输出电压，即此时的输入电压未到达第一稳压二极管ZD1的击穿电压，相当于断路，此时电源控制芯片U1的VREF引脚为低电平，从而实现启动回路200中的启动电阻不消耗能量。在直流电源VDC的输入电压大于启动电压Vth时，电压达到了第一稳压二极管ZD1的击穿电压，第一稳压二极管ZD1被击穿，开关管Q1导通，电源控制芯片工作起来后，此时电源控制芯片U1的VREF引脚为高电平(+5V)，光耦PC1导通，通过启动回路200中的充电电容放电，使得开关管Q1关断，从而实现启动回路200中的启动电阻不消耗能量。
如图2所示，是本发明一种电源控制芯片的启动电路实施例的电路示意图，在本实施例中，优选地，上述开关管Q1为N沟道MOSFET，上述光耦PC1为NPN三极管输出型，但上述开关管Q1和光耦PC1并不限于此，。
上述启动回路200还包括第二稳压二极管ZD2、第二电容C3、电阻R1及电阻R2，其中：并联的第二稳压二极管ZD2和第二电容C3分别与开关管Q1的栅极和开关管Q1的漏极连接，电阻R1为启动回路200中的启动电阻，其两端分别与开关管Q1的源极和直流电源VDC的正极连接，电阻R2的两端分别与第一稳压二极管ZD1的阴极和直流电源VDC的正极连接，电阻R2的电阻值是电阻R1的电阻值的十倍以上，即电阻R2的电阻值与电阻R1的电阻值的比值大于10。
上述控制回路100还包括第三电容C2、电阻R3和电阻R4，其中：第三电容C2为光耦PC1原边充电电容，其两端分别与光耦PC1的正极和负极连接；电阻R3的两端分别与光耦PC1的正极和电源控制芯片U1的VREF引脚连接；电阻R4的两端分别与光耦PC1的发射极和第一电容C1的一端连接。
下面结合图2和图3详细介绍本发明的工作原理，如下：
在本实施例中，以电源控制芯片为UCX84X系列为例，但并不限于此。具体地，光耦PC1原边导通的门限电压标记为Vth1，开关管Q1导通的门限电压标记为Vth2，第二稳压二极管ZD2的稳压电压标记为Vth3，第一稳压二极管ZD1的稳压电压标记为Vth4，其中，Vth3大于Vth2。
在直流电源的输入电压未到达电源控制芯片U1的启动电压Vth时，由于开关管Q1的栅极连接的第一稳压二极管ZD1，开关管Q1关断，启动回路200中的启动电阻R1不消耗能量，此时电源控制芯片U1的VREF引脚为低电平。在直流电源的输入电压到达电源控制芯片U1的启动电压Vth时，第一稳压二极管ZD1被击穿，开关管Q1导通，第三电容C2开始充电，经过时间Γ1，第三电容C2充电至Vth1，即时间Γ1为第三电容C2从零充电至Vth1的时间，光耦PC1导通，此时光耦PC1、第一稳压二极管ZD1、第二电容C3及电阻R4构成一回路，第二电容C3放电，至Vth2以下，开关管Q1关断，启动回路200中的启动电阻R1不消耗能量，由于电阻R2的电阻值是电阻R1的电阻值的至少十倍，启动电阻R1造成的损耗大大减小。
当电路由故障保护状态进入打嗝状态时，如图3所示，为电源控制芯片U1的VREF引脚和VCC引脚的电压波形图。在本实施例中，当电源控制芯片U1的VREF引脚的电压值为高电平时，光耦PC1导通，此时光耦PC1、第一稳压二极管ZD1、第二电容C3及电阻R4构成一回路，第二电容C3放电，至Vth2以下，开关管Q1关断；当打嗝进入关闭状态时，电源控制芯片U1的VREF引脚的电压值随着电源控制芯片U1的关断而掉电，光耦PC1关断，此时启动回路200中的第二电容C3通过电阻R2从直流电源VDC进行充电，经过时间Γ2，充电至Vth2，此时开关管Q1导通，经过时间Γ3，电源控制芯片U1再次工作，同时，第二电容C3继续充电至Vth3。
在本实施例中，第二电容C3放电至Vth2以下的过程中，包括从Vth3放电至Vth2、从Vth2放电至零，其中：从Vth3放电至Vth2的时间标记为Γ4，从Vth2放电至零的时间标记为Γ5。在一个打嗝周期内电源控制芯片U1工作的时间标记为Γ6，即图3中电源控制芯片U1的VREF引脚的电压值为高电平的时间。
由上述分析可知，当直流电源VDC的输入电压小于Vth2+Vth4+Vth时，即Vth2+Vth4+Vth为电压预设值，电源控制芯片U1不启动；当直流电源VDC的输入电压大于Vth2+Vth4+Vth时，经过时间Γ2+Γ3，电源控制芯片U1启动，再经过时间Γ1+Γ4，开关管Q1关断，启动回路200中的启动电阻R1不消耗能量，由于电阻R2的电阻值是电阻R1的电阻值的至少十倍，启动电阻R1造成的损耗大大减小；当电源控制芯片U1进入打嗝保护状态时，时间Γ1+Γ4+Γ5小于Γ6，打嗝周期能得到较好的控制，其中，打嗝周期T为Γ2+Γ3+Γ6，其中，Γ2是第二电容C3通过电阻R2从直流电源VDC进行充电至Vth2的时间，根据现有的RC电路充放电的时间常数与电阻值和电容值的乘积成正比，因此，通过调整启动回路200中的电路参数，如第二电容C1的容值或者电阻R2的阻值，可以控制打嗝周期T，以实现可控制的打嗝周期。
因此，实施本发明一种电源控制芯片的启动电路，通过构造一个完全由无源器件组成的电路，利用稳压二极管在小于击穿电压时相当于断路的特性，使得直流电源的输入电压小于启动电压时，启动电路关断，避免芯片频繁启动关闭消耗能量并提高芯片的寿命；在直流电源的输入电压大于启动电压时，利用电源控制芯片的VREF引脚的电压，实现在电源控制芯片工作后关断启动电路；可以调整启动电路中的充放电的电路参数值，使得在电源控制芯片处于打嗝保护状态时可以控制打嗝周期，避免因过短的打嗝周期导致器件的损坏。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种电源控制芯片的启动电路，与所述电源控制芯片(U1)的VREF引脚连接，其特征在于：该启动电路包括与直流电源(VDC)连接的启动回路(200)和控制回路(100)，其中：所述启动回路(200)包括一端与所述电源控制芯片(U1)的VCC引脚连接的第一电容(C1)，且该启动回路(200)在输入电压大于电压预设值时通过所述第一电容(C1)向所述电源控制芯片(U1)输出启动电压，所述电压预设值大于该启动电压；所述控制回路(100)的两端分别与所述电源控制芯片(U1)的VREF引脚和所述启动回路(200)连接，并在所述电源控制芯片(U1)启动后关闭所述启动回路(200)，且在所述电源控制芯片(U1)处于打嗝保护状态时控制打嗝周期；
所述启动回路(200)包括开关管(Q1)和第一稳压二极管(ZD1)，所述控制回路(100)包括光耦(PC1)，其中：所述开关管(Q1)的栅极连接所述第一稳压二极管(ZD1)的阳极，所述光耦(PC1)的集电极连接所述第一稳压二极管(ZD1)的阴极，所述光耦(PC1)的负极连接参考地；
在所述直流电源的输入电压小于所述启动电压时，所述开关管(Q1)关断，所述启动回路(200)关断；
在所述直流电源的输入电压大于所述启动电压时，所述第一稳压二极管(ZD1)被击穿，所述开关管(Q1)导通，所述光耦(PC1)导通，通过所述启动回路(200)中的充电电容放电，所述开关管(Q1)关断，所述启动回路(200)关断；
所述启动回路(200)还包括第二稳压二极管(ZD2)、第二电容(C3)、第一电阻(R1)及第二电阻(R2)，其中：并联的所述第二稳压二极管(ZD2)和所述第二电容(C3)分别与所述开关管(Q1)的栅极和漏极连接，所述第一电阻(R1)的两端分别与所述开关管(Q1)的源极和所述直流电源的正极连接，所述第二电阻(R2)的两端分别与所述第一稳压二极管(ZD1)的阴极和所述直流电源的正极连接。
2.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述控制回路(100)还包括第三电容(C2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，其中：所述第三电容(C2)的两端分别与所述光耦(PC1)的正极和负极连接；所述第三电阻(R3)的两端分别与所述光耦(PC1)的正极和所述电源控制芯片(U1)的VREF引脚连接；所述第四电阻(R4)的两端分别与所述光耦(PC1)的发射极和所述第一电容(C1)的一端连接。
3.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于，在所述电源控制芯片(U1)处于打嗝保护状态时，通过调整所述启动回路(200)中的电路参数，可以控制打嗝周期。
4.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述第二电阻(R2)的阻值与所述第一电阻(R1)的阻值的比值大于10。
5.根据权利要求1或2所述的启动电路，其特征在于，所述开关管(Q1)为N沟道MOSFET。
6.根据权利要求1或2所述的启动电路，其特征在于，所述光耦(PC1)为NPN三极管输出型。
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