CN104836421B - 一种开关电源的供电电路和供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源的供电电路和供电方法，通过将功率开关管设置为耗尽型晶体管，在电路启动时，直流输入电压通过功率开关管对充电电容充电，以使其电压上升达到控制芯片的启动电压；当电路进入正常工作后，通过控制功率开关管和第一开关管的开关动作，使得充电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作值上。相对比现有技术，在启动中不需要另外的高压启动电阻和高压启动晶体管，大大减小了损耗，而且本发明可以实现自供电，不需要辅助绕组、二极管等元器件供电，可以简化外围电路，降低成本。

Description

一种开关电源的供电电路和供电方法

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体的说，涉及一种开关电源的供电电路和供电方法。

背景技术

在开关电源中，常用的主功率开关管为N沟道增强型晶体管，在电路启动时需要高压启动电阻或其他启动电路对控制单元进行供电，而在电路启动后正常工作时需要通过变压器的辅助绕组或输出端来对控制单元进行供电。

下面以原边控制的反激式开关电源为例进行阐述，传统的原边控制的反激式开关电源如图1所示，其中，U1为原边控制单元；S1为N沟道增强型晶体管作为主功率开关管；R1为高压启动电阻，在电路启动时输入电压Vin通过电阻R1给控制单元U1供电；D1为供电二极管，在进入正常工作状态后通过辅助绕组Na、分压电阻R3和电阻R4、二极管D1给控制单元U1供电。该电路的优点是控制简单，缺点是空载时高压启动电阻上的功耗较大。

针对传统电路中存在的问题，现有一种改进方法是采用耗尽型晶体管取代高压启动电阻，如图2所示，其中，S2为N沟道高压耗尽型晶体管。在电路启动时通过晶体管S2给控制单元U1供电，电路启动后将晶体管S2栅极拉为低电平，从而将晶体管S2关掉，此时通过辅助绕组Na、分压电阻R3和电阻R4、二极管D1给控制单元供电。此方法可以解决电路空载损耗偏高的问题，但是需要额外增加高压晶体管S2，导致系统成本增加。

另一种改进方法如图3所示，其中，电阻R1一端接至输入电压Vin、另一端接至主功率开关管S1的栅极。在电路启动时，电阻R1给开关管S1栅极供电使开关管S1开通，此时开关管S1源极与采样电阻R2断开，输入电压通过变压器原边绕组Np和开关管S1给控制单元供电。在电路启动后，将开关管S1源极接至采样电阻R2，此时通过辅助绕组Na、分压电阻R3和电阻R4、二极管D1给控制单元U1供电。此电路中，电阻R1的作用是给开关管S1供电，可以比图1中的高压启动电阻R1大很多倍，因此同样可以解决空载损耗偏高的问题，而且相比图2不用增加额外的高压晶体管。但是此电路仍然需要电阻R1在启动时给开关管S1供电，需要二极管D1在启动后给控制单元供电，使得控制器外围器件较多。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种开关电源的供电电路和供电方法，通过将功率开关管设为耗尽型晶体管，在电路刚启动时，通过功率开关管对充电电容充电，在电路进入正常工作中，通过控制功率开关管和第一开关管的开关动作使得充电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作值上，这样，在启动中无需高压启动电阻，而且在工作中可以不需要辅助绕组给控制芯片供电，外围器件少，降低成本。

依据本发明的一种开关电源的供电电路，所述开关电源包括功率开关管，所述功率开关管接收一直流输入电压，所述供电电路包括开关控制电路和充电电容，

所述开关控制电路包括有与所述功率开关管串联的第一开关管，其中，所述功率开关管为耗尽型晶体管，所述第一开关管为增强型晶体管；

所述开关控制电路接收所述充电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号，以产生开关控制信号控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作；

所述充电电容的第一端与所述开关控制电路连接，第二端接地，所述充电电容用以给所述开关电源的控制芯片提供供电电压；

当电路启动时，所述功率开关管导通，所述第一开关管关断，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电，当所述充电电压信号上升至所述控制芯片的启动电压时，控制芯片开始工作；

当电路正常工作时，所述开关控制信号控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作以使得所述供电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作电压值。

优选的，所述开关控制电路包括充电时间控制电路，所述充电时间控制电路接收所述充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号，以产生所述开关控制信号，所述开关控制信号包括功率开关控制信号和第一开关控制信号，

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管导通，第一开关控制信号控制所述第一开关管导通，经第一时间段后，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管继续导通；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电；

当PWM控制信号变为无效状态时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开。

进一步的，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管导通；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管导通。

优选的，所述开关控制电路包括充电时间控制电路，所述充电时间控制电路接收所述充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号，以产生所述开关控制信号，所述开关控制信号包括功率开关控制信号和第一开关控制信号，

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管导通，第一开关控制信号控制所述第一开关管导通；

当PWM控制信号变为无效状态时，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述功率开关控制信号控制所述功率开关管继续导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电。

进一步的，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开。

进一步的，所述开关控制电路还包括第一箝位电路、第二箝位电路、第三箝位电路和能量传输电路，

所述第一箝位电路连接在所述功率开关管的控制端和充电电容的第一端之间，当所述功率开关管导通时，所述第一箝位电路将所述功率开关管的控制端的电压箝位至所述充电电压信号；

所述第二箝位电路连接在所述功率开关管的控制端和地之间，当所述功率开关管关断时，所述第二箝位电路将所述功率开关管的控制端的电压箝位至零；

所述第三箝位电路连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间，当所述功率开关管关断时，所述第三箝位电路将功率开关管的源极电压箝位至所述充电电压信号；

所述能量传输电路连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间，当所述功率开关管导通且所述第一开关管关断时，所述直流输入电压通过所述能量传输电路传输至所述充电电容。

进一步的，所述第一箝位电路包括依次连接在所述功率开关管的控制端和充电电容的第一端的第二开关管和第一二极管，其中，所述第一二极管阳极连接充电电容的第一端，阴极连接所述第二开关管，所述第二开关管由所述功率开关控制信号控制其开关状态；

所述第二箝位电路包括连接在所述功率开关管的控制端和地之间的第三开关管，所述第三开关管的开关状态与所述第二开关管的开关状态相反；

所述第三箝位电路包括连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间的第二二极管和第四开关管，其中，所述第二二极管的阳极连接所述第四开关管，阴极连接所述功率开关管的源极，所述第四开关管的开关状态与所述第二开关管的开关状态相反；

所述能量传输电路包括连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间的第三二极管和第一电阻，其中，所述第三二极管的阳极连接所述功率开关管的源极，阴极连接所述第一电阻的一端。

优选的，所述能量传输电路还包括与所述第一电阻并联的稳压管，所述稳压管的阳极连接充电电容的第一端，阴极连接第三二极管的阴极。

依据本发明的一种开关电源的供电方法，所述开关电源包括功率开关管，所述功率开关管接收一直流输入电压，所述功率开关管为耗尽型晶体管，

当电路启动时，所述功率开关管导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给一充电电容充电，所述充电电容用以给所述开关电源的控制芯片提供供电电压，当所述充电电压信号上升至所述开关电源的控制芯片的启动电压时，控制芯片开始工作；

当电路正常工作时，控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作以使得所述供电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作电压值，其中，所述第一开关管与所述功率开关管串联连接。

优选的，当电路正常工作时，在每一开关周期内，根据供电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号控制功率开关管和第一开关管的开关动作，具体包括：

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管导通，经第一时间段后，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述第一开关管继续导通；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电；

当PWM控制信号变为无效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管断开。

进一步的，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述第一开关管导通；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述第一开关管导通。

优选的，当电路正常工作时，在每一开关周期内，根据供电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号控制功率开关管和第一开关管的开关动作，具体包括：

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管导通；

当PWM控制信号变为无效状态时，控制所述第一开关管断开，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述功率开关管断开；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述功率开关管继续保持导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述功率开关管断开。

进一步的，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述功率开关管断开；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述功率开关管断开。

从上所述，本发明的一种开关电源的供电电路及供电方法，将功率开关管设为耗尽型晶体管，利用耗尽型晶体管的特性，在电路启动时，可以通过功率开关管的不完全导通来对充电电容充电，以使其达到控制芯片的启动电压，当电路启动进入正常工作后，通过开关控制电路控制功率开关管和第一开关管的开关动作，使得充电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作值上。相对比现有技术，在启动中不需要高压启动电阻或高压启动晶体管，大大减小了损耗，而且本发明可以实现自供电，可以不需要辅助绕组、二极管等元器件供电，可以简化外围电路，降低成本。

附图说明

图1所示为现有技术中的原边控制的反激式开关电源的供电方式；

图2所示为现有技术中一种改进的反激式开关电源的供电方式；

图3所示为现有技术中另一种改进的反激式开关电源供电方式；

图4所示为依据本发明一种开关电源的供电电路；

图5所示为图4中开关控制电路的一种实现方式；

图6所示为充电时间控制电路控制充电电容充电的一种实现方式的波形图；

图7所示为充电时间控制电路控制充电电容充电的另一种实现方式的波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图4所示为依据本发明的一种开关电源的供电电路，所述开关电源以反激式开关电源为例，所述开关电源包括依次连接的整流桥(未示出)、感性元件(包括由原边绕组Np和副边绕组Ns构成的变压器)和功率开关管Q1，所述功率开关管Q1为耗尽型开关管，所述整流桥接收外部输入电压信号整流后获得一直流输入电压Vin，所述供电电路包括开关控制电路4和充电电容C1，充电电容C1的第一端与开关控制电路4连接，第二端接地，充电电容C1用以给所述开关电源的控制芯片U1提供供电电压Vcc。其中，所述开关电源还包括采样电阻R2和输出信号反馈电路(包括辅助绕组Na、分压电阻网络R3和R4)。

如图5所示为所述开关控制电路4的一种具体实现方式，如图5所示，开关控制电路4包括有与所述功率开关管串联的第一开关管S1，所述第一开关管S1为增强型晶体管；所述开关控制电路4接收所述充电电容的充电电压信号Vcc、参考电压信号Vref以及PWM控制信号，以产生开关控制信号控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作，所述开关控制信号包括功率开关控制信号V_Q1和第一开关控制信号V_S1，本实施例中，功率开关控制信号用以间接控制功率开关管Q1的开关状态，第一开关控制信号用以控制第一开关管的开关状态。具体的，在本实施例中，所述开关控制电路4包括有充电时间控制电路401，充电时间控制电路401接收充电电压信号Vcc、参考电压信号Vref以及PWM控制信号以产生所述功率开关控制信号V_Q1和第一开关控制信号V_S1，其中所述参考电压信号表征所述控制芯片的期望工作电压，其可以设置为固定值也可以设置为根据系统参数可变的参考电压值，所述PWM控制信号与系统的开关周期相一致。

当电路开始启动时，由于功率开关管Q1为耗尽型晶体管，功率开关管Q1会导通，而第一开关管S1则关断，所述直流输入电压Vin通过功率开关管Q1给充电电容C1充电，充电电容的充电电压上升，当充电电压信号Vcc上升至所述控制芯片U1的启动电压时，控制芯片U1开始工作；当电路进入正常工作时，所述开关控制信号控制功率开关管Q1和第一开关管S1的开关动作以使得所述供电电容的充电电压信号Vcc维持在控制芯片的期望工作电压值，这里，为保证控制芯片能够在突然断电等异常情况下正常工作，通常充电电压信号充电至稍大于所述控制芯片的期望工作电压值。

需要说明的是，在启动过程中，所述功率开关管Q1为不完全导通状态，这时主要通过功率开关管Q1的漏电进行充电。

通过上述的控制方式，可以看出，本发明实施方式中无需传统的高压启动电阻和辅助绕组供电的方式，本发明的自供电电路可以降低损耗，减小电路成本。

进一步的，开关控制电路4还包括由第二开关管S2和第一二极管D1组成的第一箝位电路，第二开关管S2和第一二极管D1依次连接在功率开关管Q1的控制端和充电电容C1的第一端之间，第一二极管D1的阳极连接充电电容C1的第一端，阴极连接所述第二开关管S2，如图5所示，本实施例中，所述功率第二开关管S2由开关控制信号V_Q1控制其开关动作；此外，开关控制电路4还包括由第三开关管S3组成的第二箝位电路，第三开关管S3连接在所述功率开关管Q1的控制端和地之间，所述第三开关管S3的开关状态与所述第二开关管S2的开关状态相反，如图5所示，本实施例中，所述功率第三开关管S3由开关控制信号控制其开关动作；另外，开关控制电路4还包括由第二二极管D2和第四开关管S4组成的第三箝位电路，第二二极管D2和第四开关管S4连接在所述功率开关管Q1的源极和充电电容的第一端之间，其中，所述第二二极管D2的阳极连接所述第四开关管S4，阴极连接所述功率开关管Q1的源极，所述第四开关管S4的开关状态与所述第二开关管S2的开关状态相反，如图5所示，本实施例中，所述功率第四开关管S4由开关控制信号控制其开关动作；并且，开关控制电路4还包括由第三二极管D3和第一电阻R1组成的能量传输电路，第三二极管D3和第一电阻R1连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间，其中，所述第三二极管D3的阳极连接所述功率开关管的源极，阴极连接所述第一电阻R1的一端，本实施方式中，所述能量传输电路还包括与所述第一电阻并联的稳压管ZD1，所述稳压管的阳极连接充电电容的第一端，阴极连接第三二极管D3的阴极。所述稳压管箝位第一电阻R1的两端的最高电压，从而箝位第一开关管S1的漏极电压，使得第一开关管S1能够安全工作。

容易理解，从上述电路结构可以看出，所述功率开关管Q1的开关动作由第二开关管S2和第三开关管S3控制，即是功率开关控制信号V_Q1间接控制功率开关管Q1的开关状态的。

根据上述阐述的电路结构，当电路启动时，功率开关管Q1导通，第一开关管S1关断，第二开关管S2导通，第三开关管S3和第四开关管S4关断，直流输入电压Vin经过第三二极管D3和第一电阻R1给充电电容Vcc充电，充电电容的充电电压信号Vcc上升，由于第二开关管S2和二极管D1对功率开关管Q1的栅极电压的箝位，功率开关管Q1的栅极电压箝位至充电电压信号Vcc，当功率开关管Q1的源极电压上升到功率开关管Q1的栅源电压差小于其开启电压阈值时，功率开关管Q1关断，此后，由于充电电压信号Vcc的供电的不断消耗，功率开关管Q1的源极电压会被拉低，当功率开关管Q1的源极电压下降至栅源电压差大于其开启电压阈值时，功率开关管Q1再次导通，直流输入电压对充电电容C1充电，因此，在启动过程中，功率开关管Q1的栅源电压差会维持在开启电压阈值附近，当充电电压信号上升到控制芯片的启动电压时，控制芯片开始工作，系统结束启动阶段进入到正常工作阶段。

之后，在正常工作中，所述充电时间控制电路401根据充电电压信号Vcc、参考电压信号Vref以及PWM控制信号控制功率开关管和第一开关管的开关状态，以控制充电电压信号Vcc。这里，所述充电时间控制电路401可以为现有技术中的合适的电路结构，如由比较器、单脉冲电路和逻辑电路构成。

具体的，参考图6所示为充电时间控制电路控制充电电容充电的一种实现方式的波形图，在每一开关周期内，当PWM控制信号变为高电平时(以高电平示为有效状态)，如t1时刻，功率开关控制信号V_Q1变为高电平有效状态，功率开关管Q1导通，同时，第一开关控制信号V_S1变有高电平有效状态，第一开关管S1导通；在经历第一时间段后，到t2时刻，若判断所述充电电压信号Vcc大于达所述参考电压信号Vref，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管继续导通；若判断所述充电电压信号Vcc小于所述参考电压信号Vref，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管Q1给所述充电电容C1充电，当所述充电电压信号Vcc充电至所述参考电压信号时Vref，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管S1导通。这样，一个开关周期结束，如图6中ts为一个开关周期，直至PWM控制信号再次变为高电平，下一个开关周期开始，如此反复。

在另一实施方式中，若判断所述充电电压信号Vcc小于所述参考电压信号Vref，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管Q1给所述充电电容C1充电，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述第一开关管S1导通。在参考电压信号设置为较大的情况下，可能会出现充电时间很长都不能达到参考电压信号的大小，这时，则根据最大固定充电时间值对充电电容进行充电。若在最大固定充电时间内充电电压信号没有达到控制芯片的期望工作电压值，则在本工作周期结束后，下一工作周期开始前，通过导通功率开关管且关断第一开关管来对充电电容进行充电。

本领域技术人员可以推知，在上述充电过程中，在参考电压信号设置为较大的情况下，在一个工作周期中，也可根据充电电压信号Vcc的大小设置充电时间，例如，在充电电压信号Vcc较大的情况下，可选择充电时间短一些，在充电电压信号Vcc较小的情况下，可选择充电时间长一些，只要充电电压信号达到控制芯片的期望工作电压值即可。

这里需要说明的是，在本实施方式中，在对充电电容C1进行充电之前，先同时导通功率开关管Q1和第一开关管S1，从而使得功率开关管Q的栅源电压差为Vcc，这是由于在启动阶段，功率开关管Q1的栅源电压差会维持在开启电压阈值附近，此时，若不导通第一开关管S1而导通功率开关管Q1直接充电，会导致开关损耗大，且充电电流受限制充电变慢，通过本实施方式中先将第一开关管S1导通，使得功率开关管Q的栅源电压差为Vcc，这样，在后续的充电过程中，可以让功率开关管Q处于完全导通状态，充电损耗小，速度快。

本领域技术人员可知，在图6所示的实施方式中，在PWM控制信号为高电平阶段进行充电控制，同理可推出在PWM控制信号为低电平阶段同样可进行充电控制，具体的，参考图7所示为充电时间控制电路控制充电电容充电的另一种实现方式的波形图，在每一开关周期内，当PWM控制信号变为高电平时(以高电平示为有效状态)，如t1时刻，功率开关控制信号V_Q1变为高电平有效状态，功率开关管Q1导通，同时，第一开关控制信号V_S1变有高电平有效状态，第一开关管S1导通；到t2时刻，PWM控制信号变为低电平时，第一开关控制信号V_S1控制第一开关管S1断开，此时，若判断所述充电电压信号Vcc大于达所述参考电压信号Vref，则功率开关控制信号V_Q1控制功率开关管Q1断开；若判断所述充电电压信号Vcc小于所述参考电压信号Vref，则所述功率开关控制信号V_Q1控制所述功率开关管Q1继续导通，所述直流输入电压Vin通过所述功率开关管Q1给所述充电电容C1充电，当所述充电电压信号Vcc充电至所述参考电压信号Vref时，功率开关控制信号V_Q1控制功率开关管Q1断开。这样，一个开关周期结束，如图7中ts为一个开关周期，直至PWM控制信号再次变为高电平，下一个开关周期开始，如此反复。

同理，在另一实施方式中，若判断所述充电电压信号Vcc小于所述参考电压信号Vref，则所述功率开关控制信号V_Q1控制所述功率开关管Q1继续导通，所述直流输入电压Vin通过所述功率开关管Q1给所述充电电容C1充电，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述功率开关管Q1断开。同上述，在参考电压信号设置为较大的情况下，可能会出现充电时间很长都不能达到参考电压信号的大小，这时，则根据最大固定充电时间值对充电电容进行充电。若在最大固定充电时间内充电电压信号没有达到控制芯片的期望工作电压值，则在本工作周期结束后，下一工作周期开始前，通过导通功率开关管且关断第一开关管来对充电电容进行充电。

根据上述的充电控制方式可实现在每个开关周期中，对充电电容的充电电压信号进行监测和控制，当检测到充电电压信号小于表征期望值的参考电压信号时，则控制功率开关管导通，第一开关管关断，以此来对充电电容进行充电，以实现电路工作中的自供电。

最后，本发明公开了一种开关电源的供电方法，所述开关电源包括功率开关管，所述功率开关管接收一直流输入电压，所述功率开关管为耗尽型晶体管，

当电路启动时，所述功率开关管导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给一充电电容充电，所述充电电容用以给所述开关电源的控制芯片提供供电电压，当所述充电电压信号上升至所述开关电源的控制芯片的启动电压时，控制芯片开始工作；

当电路正常工作时，控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作以使得所述供电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作电压值，其中，所述第一开关管与所述功率开关管串联连接。

进一步的，当电路正常工作时，在每一开关周期内，根据供电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号控制功率开关管和第一开关管的开关动作，具体包括：

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管导通，经第一时间段后，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述第一开关管继续导通；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述第一开关管导通，或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述第一开关管导通。

当PWM控制信号变为无效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管断开。

进一步的，当电路正常工作时，在每一开关周期内，根据供电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号控制功率开关管和第一开关管的开关动作，具体包括：

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管导通；

当PWM控制信号变为无效状态时，控制所述第一开关管断开，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述功率开关管断开；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述功率开关管继续保持导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述功率开关管断开，或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述功率开关管断开。

综上所述，本发明的一种开关电源的供电电路及供电方法，通过将功率开关管设为耗尽型晶体管，由于耗尽型晶体管在栅极电压为零时处于导通，因此利用耗尽型晶体管的特性，在电路启动阶段，直流输入电压通过功率开关管对充电电容充电，以使其电压上升达到控制芯片的工作电压；当电路进入正常工作后，通过开关控制电路控制功率开关管和第一开关管的开关动作，使得充电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作值上。相对比现有技术，在启动中不需要高压启动电阻，大大减小了损耗，而且本发明可以实现自供电，不需要辅助绕组、二极管等元器件供电，可以简化外围电路，降低成本。

以上对依据本发明的优选实施例的一种开关电源的供电电路及供电方法进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以推知其他技术或者结构以及电路布局、元件等均可应用于所述实施例。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种开关电源的供电电路，所述开关电源包括功率开关管，所述功率开关管接收一直流输入电压，其特征在于，所述供电电路包括开关控制电路和充电电容，

所述开关控制电路包括有与所述功率开关管串联的第一开关管，其中，所述功率开关管为耗尽型晶体管，所述第一开关管为增强型晶体管；

所述开关控制电路接收所述充电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号，以产生开关控制信号控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作,其中，所述参考电压信号表征所述开关电源的控制芯片的期望工作电压值，所述开关控制信号包括功率开关控制信号和第一开关控制信号；

所述充电电容的第一端与所述开关控制电路连接，第二端接地，所述充电电容用以给所述开关电源的控制芯片提供供电电压；

当电路启动时，所述功率开关管导通，所述第一开关管关断，所述直流输入电压通过所述功率开关管的不完全导通给所述充电电容充电，当所述充电电压信号上升至所述控制芯片的启动电压时，所述控制芯片开始工作；

当电路正常工作时，所述开关控制信号控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作以使得所述供电电容的充电电压信号维持在所述控制芯片的期望工作电压值。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述开关控制电路包括充电时间控制电路，所述充电时间控制电路接收所述充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号，以产生所述开关控制信号，

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管导通，第一开关控制信号控制所述第一开关管导通，经第一时间段后，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管继续导通；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电；

当PWM控制信号变为无效状态时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开。

3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，进一步包括，

当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管导通；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管导通。

4.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，所述开关控制电路包括充电时间控制电路，所述充电时间控制电路接收所述充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号，以产生所述开关控制信号，在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管导通，第一开关控制信号控制所述第一开关管导通；

当PWM控制信号变为无效状态时，所述第一开关控制信号控制所述第一开关管断开，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述功率开关控制信号控制所述功率开关管继续导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电。

5.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，进一步包括，

当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，所述功率开关控制信号控制所述功率开关管断开。

6.根据权利要求2或4所述的供电电路，其特征在于，所述开关控制电路进一步还包括第一箝位电路、第二箝位电路、第三箝位电路和能量传输电路，

所述第一箝位电路连接在所述功率开关管的控制端和充电电容的第一端之间，当所述功率开关管导通时，所述第一箝位电路将所述功率开关管的控制端的电压箝位至所述充电电压信号；

所述第二箝位电路连接在所述功率开关管的控制端和地之间，当所述功率开关管关断时，所述第二箝位电路将所述功率开关管的控制端的电压箝位至零；

所述第三箝位电路连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间，当所述功率开关管关断时，所述第三箝位电路将功率开关管的源极电压箝位至所述充电电压信号；

所述能量传输电路连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间，当所述功率开关管导通且所述第一开关管关断时，所述直流输入电压通过所述能量传输电路传输至所述充电电容。

7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，所述第一箝位电路包括依次连接在所述功率开关管的控制端和充电电容的第一端的第二开关管和第一二极管，其中，所述第一二极管阳极连接充电电容的第一端，阴极连接所述第二开关管，所述第二开关管由所述功率开关控制信号控制其开关状态；

所述第二箝位电路包括连接在所述功率开关管的控制端和地之间的第三开关管，所述第三开关管的开关状态与所述第二开关管的开关状态相反；

所述第三箝位电路包括连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间的第二二极管和第四开关管，其中，所述第二二极管的阳极连接所述第四开关管，阴极连接所述功率开关管的源极，所述第四开关管的开关状态与所述第二开关管的开关状态相反；

所述能量传输电路包括连接在所述功率开关管的源极和充电电容的第一端之间的第三二极管和第一电阻，其中，所述第三二极管的阳极连接所述功率开关管的源极，阴极连接所述第一电阻的一端。

8.根据权利要求7所述的供电电路，其特征在于，所述能量传输电路还包括与所述第一电阻并联的稳压管，所述稳压管的阳极连接充电电容的第一端，阴极连接第三二极管的阴极。

9.一种开关电源的供电方法，所述开关电源包括功率开关管，所述功率开关管接收一直流输入电压，其特征在于，所述功率开关管为耗尽型晶体管，

当电路启动时，所述功率开关管导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管的不完全导通给一充电电容充电，所述充电电容用以给所述开关电源的控制芯片提供供电电压，当所述充电电压信号上升至所述开关电源的控制芯片的启动电压时，控制芯片开始工作；

当电路正常工作时，根据所述供电电容的所述充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号产生开关控制信号以控制所述功率开关管和第一开关管的开关动作以使得所述供电电容的充电电压信号维持在控制芯片的期望工作电压值，其中，所述第一开关管与所述功率开关管串联连接，所述参考电压信号表征所述开关电源的控制芯片的期望工作电压，所述开关控制信号包括功率开关控制信号和第一开关控制信号。

10.根据权利要求9所述的供电方法，其特征在于，当电路正常工作时，在每一开关周期内，根据所述供电电容的所述充电电压信号、所述参考电压信号以及所述PWM控制信号控制所述功率开关管和所述第一开关管的开关动作，具体包括：

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管导通，经第一时间段后，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述第一开关管继续导通；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则控制所述第一开关管断开，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电；

当PWM控制信号变为无效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管断开。

11.根据权利要求10所述的供电方法，其特征在于，进一步包括，

当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述第一开关管导通；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述第一开关管导通。

12.根据权利要求9所述的供电方法，其特征在于，当电路正常工作时，在每一开关周期内，根据供电电容的充电电压信号、参考电压信号以及PWM控制信号控制功率开关管和第一开关管的开关动作，具体包括：

在每一开关周期内，当PWM控制信号变为有效状态时，控制所述功率开关管和所述第一开关管导通；

当PWM控制信号变为无效状态时，控制所述第一开关管断开，若判断所述充电电压信号大于所述参考电压信号，则所述功率开关管断开；若判断所述充电电压信号小于所述参考电压信号，则所述功率开关管继续保持导通，所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电，当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述功率开关管断开。

13.根据权利要求12所述的供电方法，其特征在于，进一步包括，

当所述充电电压信号充电至所述参考电压信号时，控制所述功率开关管断开；

或者，当所述直流输入电压通过所述功率开关管给所述充电电容充电的时间到达最大固定充电时间值时，控制所述功率开关管断开。