CN104852562A - 一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路，包括充放电储能电路、可控硅、开关电源芯片、触发信号控制模块、储能模块、可控硅复位电路、限流电阻R4和R1、妨反偏压影响电路可靠性的二极管D2以及一端接由开关变压器输出的电源VCC1的隔离兼整流二极管D1。本发明的有益效果是：能用很小的电流积累成能在短时间内提供开关电源芯片所需的较大的电流，从而启动开关电源芯片，之后开关电源芯片的能量可由开关变压器通过二极管不断补充，从而让整个系统不断工作下去，解决了开关电源芯片启动困难的问题，并可对各种开关电源芯片都能实现低损耗启动，其具有实用面广，实用性强，并且具有电路结构简单、调试方便、制作成本低、有利于能源节约的特点。

Description

一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路，属于开关电源技术领域。

背景技术

开关电源较之工频电源有效率高、体积小、成本低的等优点，因而被广泛运用于各种电器设备中。随着半导体技术的发展，采用开关电源芯片制作的他激式开关电源越来越多。通常，开关电源芯片都集成了震荡器，PWM控制输出接口，以及过压过流保护单元。因此，采用开关电源芯片设计开关电源，易于实现设计者所需的可靠的PWM驱动脉冲，预期稳定可靠的输出电压和理想的过压过流保护。这大大降低了开关电源的设计难度，缩短了开发周期，降低了研发成本。然而美中不足的是，有的性能可靠的开关电源芯片在300V(约为AC220V市电整流后的电压)以上的环境中使用时启动是一个让设计者头疼的难题，其根源在于300V以上的电压与开关电源芯片实际工作的电源电压相差很大。实际中，AC220V整流后的电压约为DC311V，而MOS开关管以及类似的功率开关管的驱动电压一般在10V到25V，开关管的驱动信号主要来自开关电源芯片，因此开关电源芯片的实际工作电压一般也会选择在10V到25V之间，也就是市电整流后的电压和开关管实际工作电压还有约300V的电压差，如果这个开关电源芯片的工作电流为10mA，那么按传统的用大电阻来作启动的话，这个电阻上的损耗也约为300V*10mA＝3W，这不仅对这个启动电阻要求高，而且在这个启动电阻上的电能损耗也很大，这也是很多开关电源中常常出现2W以上功率启动电阻的原因，这绝对不是人们想要追求的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路，能克服现有技术的不足，能解决开关电源芯片启动困难的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路，它包括充放电储能支路、可控硅、开关电源芯片、触发信号控制模块、储能模块、可控硅复位电路，其中，

充放电储能支路由第一储能电容C1和限流充电电阻R2组成，R2的一端接系统上电就能提供的电压VCC-H，另一端与C1连接，C1的另一端接地；

储能模块包括第二储能电容C2，其电位较高的一端与可控硅的输出端或可控硅的输出端所在支路连接，即让C1较高电位端与C2较高电位端组成一个支路(该支路中含有可控硅)，C2的另一端接地；

所述触发信号控制模块的一端和可控硅的输入端同时接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，触发信号控制模块的另一端接可控硅的控制端G，可控硅的输出端接在C2较高电位所在的支路上；

开关电源芯片的电源正端连接到C2较高电位所在的支路上，开关电源芯片的输入端开关管驱动脉冲信号相连，开关电源芯片3的输出端接开关电源开关管控制极所在支路，开关电源芯片的电源负端接地；

可控硅复位电路接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上。

本发明还包括限流电阻R4、限流电阻R1、妨反偏压二极管D2以及隔离兼整流二极管D1，其中R4的一端连接着C1和可控硅的连接点，另一端连接着可控硅复位电路，限流电阻R1和妨反偏压二极管D2串接在C1到C2的干路中，隔离兼整流二极管D1的一端接开关变压器感应输出的电压VCC1，另一端接在C1到C2的干路上。

所述的触发信号控制模块为稳压管DZ1或等效支路。

所述的可控硅为单向可控硅、双向可控硅或由分立元件构成的模拟可控硅。

所述的可控硅复位电路包括NPN三极管或等效开关管Q1、电阻R5以及稳压二极管DZ2，其中电阻R5与DZ2的位置可以互换，R5与DZ2只需串联接在Q1的控制极与开关变压器输出电压VCC2之间即可，Q1的控制极可接其他旁路元件，关于Q1的另外两端，其中一端接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，另一端接地。

本发明的有益效果在于：能用很小的电流积累成能在短时间内提供开关电源芯片所需的较大的电流，启动开关电源芯片，之后开关电源芯片的能量可由开关变压器通过二极管不断补充，从而让整个系统不断工作下去，解决了开关电源芯片启动困难的问题，并可对各种开关电源芯片都能实现低损耗启动，其具有实用面广，实用性强，并且具有电路结构简单、调试方便、制作成本低、有利于能源节约的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明模拟可控硅的典型结构图。

其中，1-充放电储能支路，2-可控硅，3-开关电源芯片，4-触发信号控制模块，5-储能模块，6-可控硅复位电路。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1，一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路，它包括充放电储能支路1、可控硅2、开关电源芯片3、触发信号控制模块4、储能模块5、可控硅复位电路6，其中，

充放电储能支路1由第一储能电容C1和限流充电电阻R2组成，R2的一端接系统上电就能提供的电压VCC-H，另一端与C1连接，C1的另一端接地，C1通过对限流充电电阻R2送来的小电流储能，储存的能量用来启动开关电源芯片3，充放电储能支路1主要用于将电能积累，达到一定量后快速传递给C2，其积累的能量能在短时间内提供开关电源芯片3所需的较大的电流，从而启动开关电源芯片3，之后开关电源芯片3的能量可由开关变压器通过二极管D1不断补充，从而让整个系统不断工作下去；

储能模块5包括第二储能电容C2，其电位较高的一端与可控硅2的输出端连接，即让C1较高电位端与C2较高电位端组成一个支路(该支路中含有可控硅)，C2的另一端接地，可控硅2在上电时关闭，可防止C1储能时因过大的漏电流使得C1无法积累到足够的电荷而导致储能失败，当C1储能达到一定量时，可控硅2打开，为C1中的能量迅速传递给C2提供通道,C2用于快速接收C1传递过来的能量，这些能量将用于为开关电源芯片3提供一段时间电源环境，在这段时间，开关电源芯片3启动，电容C2可单独设置，也可由开关电源芯片3的退耦电容兼任，当C2单独设置时，C2与开关电源芯片3的退耦电容之间将可以有其他元件，作为优选，由退耦电容兼任上述储能作用，便得到所述的储能模块5；

所述触发信号控制模块4的一端和可控硅2的输入端同时接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，触发信号控制模块4的另一端接可控硅2的控制端G，可控硅2的输出端接在C2较高电位所在的支路上；

开关电源芯片3的电源正端连接连接到C2较高电位所在的支路上，开关电源芯片的输入端开关管驱动脉冲信号相连，开关电源芯片3的输出端接开关电源开关管控制极所在支路，该端输出的脉冲用于驱动开关电源开关管，开关电源芯片3的电源负端接地，开关电源芯片3包括各种具有电源管脚的开关电源芯片，开关电源芯片3的电源正端直接连接或者通过一些元件连接到C2，同时其电源正端也直接连接或者通过一些元件连接到D1；

可控硅复位电路6接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，该可控硅复位电路6具有如下性质，开关电源启动前，可硅复位电路6的输出支路输出为较高电阻，保证上述C1能充分储能，当开关电源启动后，可硅复位电路6输出较低电阻，让C1中的电荷放掉，保证让可控硅2关断复位。

本发明还包括限流电阻R4、限流电阻R1、妨反偏压二极管D2以及隔离兼整流二极管D1，其中R4的一端连接着C1和可控硅2的连接点，另一端连接着可控硅复位电路6，限流电阻R1和妨反偏压二极管D2串接在C1到C2的干路中，隔离兼整流二极管D1的一端接开关变压器感应输出的电压VCC1，另一端接在C1到C2的干路上，R1的作用是用来限制C1到C2转换能量时的电流，以维护系统安全，在可控硅2能承受较大电流时，可将R1删掉，直接用导线连接，R4的作用是为防止可控硅复位电路6中的NPN三级管放电时过流而设置，当所述NPN三级管能承受C1的泄放电流和不考利微小的电能损耗时，可将R4删掉，直接用导线连接，D2用于防止开关电源芯片3启动后，过大的反偏压威胁到可控硅2的安全，它可以串接在可控硅到C2所在干路上，也可以并联在可控硅的输出极和可控硅的控制极之间，当可控硅2能承受开关电源反偏压时，如采用上述串联接法时，则可将D2删掉，直接用导线连接，如采用上述的并连接法，则直接删除D2不接即可。

在C2得到C1的能量后，C2可提供短时间维持开关电源芯片3工作所需的电源环境而让开关电源芯片3启动，开关电源芯片3启动后，开关变压器开始感应输出电压VCC1，该电压通过D1不断为开关电源芯片3提供能量，从而保证了开关电源启动后能长期工作，之后C2就充当退耦电容的作用，为开关电源芯片3的电源平滑滤波，该二极管D1的隔离作用在于C1向C2传递能量时，其能阻断电流通过其所在支路向着开关变压的一侧泄露而导致C2储能失败。

所述的触发信号控制模块4为稳压管DZ1，DZ1所在的这个支路，可以是单一的稳压管DZ1但不局限于只串接单一的元件DZ1，它还可以是起等效功能的电路构成的触发信号控制等效支路，该DZ1或该支路一端接在R2和C1节点上或该节点所在的支路上，另一端接可控硅2控制极G。触发信号控制模块4可用来判断C1储能是否到达设定值，具体是当C1不断储能时，其两端电压会不断升高，当电压达一定值时，稳压二极管或其等效支路将送出触发信号来触发可控硅2，让其快速开通，使得C1中储存的能量以电荷的方式通过可控硅2，限流电阻R1，妨反偏二极管D2迅速传递给第二储能电容C2。

所述的可控硅2可以是单向可控硅(其管脚分布为A(输入脚)，G(控制脚)，K(输出脚))，也可是双向的可控硅(其管脚分布为T2(输入脚)，G(控制脚)，T1(输出脚))，如图2，还可以是分立元件构成的模拟可控硅，当其控制脚和输出脚之间没有或小于一定的触发信号时，其输入脚和输出脚之间关断，当控制脚和输出脚之间有一定的触发信号时，输入脚和输出脚导通，电流可从输入端流向输出端，而且在有一定电流过输入端和输出端时，控制脚和输出脚之间有没有触发信号均不影响输入脚和输出脚的导通状态，在控制脚和输出脚之间没有触发信号而且输入脚和输出脚之间的电流小于一定值时，输入脚和输出脚之间关断。

如下为可控硅复位电路6的典型设计(但所述复位电路6不局限于所给出的典型设计)，所述的可控硅复位电路6包括NPN三极管或等效开关管Q1、电阻R5以及稳压二极管DZ2，其中电阻R5与DZ2的位置可以互换，R5与DZ2只需串联接在Q1的控制极与开关变压器输出电压VCC2之间即可，Q1的控制极可接其他旁路元件，关于Q1的另外两端，其中一端接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，另一端接地。开关电源芯片3启动后，开关变压器将能感应输出一个信号VCC2来打开可控硅复位电路6中的NPN三级管(但不只局限于NPN三级管，他可以是能在这里起到等效作用的其他元件，比如场效应管)，从而R4所在支路(该支路可以是不含R4的导线)将作为C1的电荷泄放支路，使得C1中剩余的电荷通过限流电阻R4(或不含R4的导线)进一步泄放，让C1中的电压降低，使得C1电压低于C2电压而关断可控硅或模拟可控硅2，从而复位了可控硅或模拟可控硅2，开关电源在任何时候上电，都能使储能电容C1储能成功。

所述开关电源芯片3所需要较大的电流，该电流是指开关电源芯片3所需的电流比从R2向C1充电的电流大，而R2向C1充电的电流可以很小，因为这个电流是通过C1积累后送出的，C1的能量都要积累到一定值后才会被送出去，其能量一旦通过可控硅2送出，便能保证开关电源芯片的启动，因此R2可以选择很大，从而让电路工作时通过R2的电流很小，达到低损耗的目的。

其中，所述的开关变压器感应输出的电压VCC1和开关变压器输出电压VCC2，二者均由开关变压器感应输出，二者可以是同一电源(由开关变压器的同一绕组输出，甚至可以是二者直接用导线连通)，也可以不是同一电源(由开关变压器的不同绕组输出)，所述的电压VCC-H，它可以是从输入电源直接获得或通过简单的变换(比如对AC电压的整流滤波，但不局限于整流滤波)就能获得，当系统上电时，哪怕所述开关电源芯片3还未启动，该电压就已经产生。

当开关电源上电时，可控硅2关断，由于开关电源芯片3未启动，开关变压器没有电压输出，所以可控硅2的复位电路不会对C1放电，此时VCC-H通过R2对第一储能电容C1不断充电，使得C1上的电压不断升高，当该电压升高到一定值时(这个值可根据开关电源芯片的工作电压来选择，通常可选择在20V附近)，DZ1将触发信号送给可控硅2的控制极G，从而打开控硅2，使得C1通个可控硅2及连接在C1到C2之间元件迅速向C2充电，当C2上的电压达到开关电源芯片工作时的电压时，开关电源芯片开始工作，此时开关变压器开始产生感应电压VCC1和VCC2，VCC1通过D1不断给开关电源芯片补充能量，用来维持开关电源芯片正常工作的电压环境，而VCC2用来启动可控硅2的复位电路，当VCC2达到一定值时，该复位电路启动，C1被进一步旁路放电，可控硅2关断复位，为下一次上电做准备。当掉电后在上电时，系统将重复上述过程而启动开关电源。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各式各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。凡采用等同替换或等效变形形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种开关电源芯片的低损耗通用启动电路，其特征在于：它包括充放电储能支路(1)、可控硅(2)、开关电源芯片(3)、触发信号控制模块(4)、储能模块(5)、可控硅复位电路(6)，其中，

充放电储能支路(1)由第一储能电容C1和限流充电电阻R2组成，R2的一端接系统上电就能提供的电压VCC-H，另一端与C1连接，C1的另一端接地；

储能模块(5)包括第二储能电容C2，其电位较高的一端与可控硅(2)的输出端连接，即让C1较高电位端与C2较高电位端组成一个支路，C2的另一端接地；

所述触发信号控制模块(4)的一端和可控硅(2)的输入端同时接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，触发信号控制模块(4)的另一端接可控硅(2)的控制端G，可控硅(2)的输出端接在C2较高电位所在的支路上；

开关电源芯片(3)的电源正端连接到C2较高电位所在的支路上，开关电源芯片(3)的电源负端接地；

可控硅复位电路(6)接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上。

2.根据权利要求1所述的开关电源芯片的低损耗通用启动电路，其特征在于：它还包括限流电阻R4、限流电阻R1、妨反偏压二极管D2以及隔离兼整流二极管D1，其中R4的一端连接着C1和可控硅(2)的连接点，另一端连接着可控硅复位电路(6)，限流电阻R1和妨反偏压二极管D2串接在C1到C2的干路中，隔离兼整流二极管D1的一端接开关变压器感应输出的电压VCC1，另一端接在C1到C2的干路上。

3.根据权利要求1或2所述的开关电源芯片的低损耗通用启动电路，其特征在于：所述的触发信号控制模块(4)为稳压管DZ1或等效支路。

4.根据权利要求1或2所述的开关电源芯片的低损耗通用启动电路，其特征在于：所述的可控硅(2)为单向可控硅、双向可控硅或由分立元件构成的模拟可控硅。

5.根据权利要求1或2所述的开关电源芯片的低损耗通用启动电路，其特征在于：所述的可控硅复位电路(6)包括NPN三极管或等效开关管Q1、电阻R5以及稳压二极管DZ2，其中电阻R5与DZ2的位置可以互换，R5与DZ2只需串联接在Q1的控制极与开关变压器输出电压VCC2之间即可，Q1的控制极可接其他旁路元件，关于Q1的另外两端，其中一端接在R2和C1的节点上或该节点所在的支路上，另一端接地。