CN105099156A - 基于快速启动的电源变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于快速启动的电源变换器，包括功率级电路和控制电路，所述的控制电路集成于芯片内，控制电路用于控制功率级电路主功率开关管的通断；所述的电源变换器还包括快速启动电路，所述的快速启动电路包括充电模块和供电电容，所述的充电模块接收功率级电路的母线电压，以产生充电电流对供电电容充电，所述的供电电容与所述芯片的供电端连接。本发明基于电容充电的方式实现快速启动，无需使用开关管，大大节省了成本和外围电路，且空载功耗低。

Description

基于快速启动的电源变换器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于快速启动的电源变换器。

背景技术

在电压转换电路中，一般包括功率级电路和控制电路，所述控制电路用于控制功率级电路主功率开关管的导通状态。通常情况下，控制电路作为集成电路集成于芯片内，由功率级电路的母线电压实现对芯片的供电，即通过分压电路采样母线电压，对芯片供电。但这种供电方式无法实现快速启动，且功耗较大。

现有技术通过快速启动以加快芯片的启动速度，一般存在如下两种技术方案，均以反激式拓扑为例。第一种方案，在功率级电路上电时，由母线电压经电阻导通给供电电容充电，所述的供电电容用于为芯片快速启动供电，并通过增加开关管来控制快速启动的通断，即完成快速启动后需断开快速启动模块对供电电容的充电，而改由辅助绕组对其供电。虽然该方案能够加快启动速度，但存在外围器件多、占用空间大等缺陷。第二种方案，基于第一种方案的基础上，即将快速启动模块制作成集成电路，因而减少了外围器件，但增加了芯片集成的成本和工艺难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于快速启动的电源变换器，用以解决现有技术存在的外围器件多、成本高等技术问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的基于快速启动的电源变换器，包括功率级电路和控制电路，所述的控制电路集成于芯片内，控制电路用于控制功率级电路主功率开关管的通断；

所述的电源变换器还包括快速启动电路，所述的快速启动电路包括充电模块和供电电容，所述的充电模块接收功率级电路的母线电压，以产生充电电流对供电电容充电，所述的供电电容与所述芯片的供电端连接。

优选地，所述的快速启动电路还包括第一二极管，所述的第一二极管的阳极与充电模块连接，第一二极管的阴极与供电电容连接，所述的充电模块包括相互串联的第一电容和第一电阻。

优选地，所述电源变换器还包括辅助绕组，所述的辅助绕组与功率级电路中的电感耦合；在完成快速启动后，所述的辅助绕组经供电电容对芯片供电。

优选地，所述的充电模块还包括辅助电阻模块，所述的辅助电阻模块由两个相互串联电阻组成，辅助电阻模块一端接收母线电压，另一端连接在第一二极管的阳极。

优选地，在电源变换器发生短路时，供电电容上的电压会被拉低，此时由母线电压经辅助电阻模块对供电电容充电。

优选地，在所述供电电容的两端并联第二电阻；在断电后，由第二电阻对供电电容放电复位。

优选地，所述的第一电容的容值小于供电电容的容值。

优选地，所述的功率级电路采用反激式拓扑，所述的辅助绕组与功率级电路中的副边绕组耦合。

采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：在上电前，第一电容和供电电容均完全放电，上电时，母线电压从零跳变的过程会在第一电容上产生压降以对第一电容充电，第一电容通过第一电阻放电，产生充电电流从而对供电电容充电，第一电容的容值大于供电电容的容值，可见第一电容上的电压高于供电电容，将供电电容充至芯片的启动电压，则集成有控制电路的芯片开始工作，从而完成快速启动，然后由辅助绕组通过供电电容对芯片供电；本发明基于电容充电的方式实现快速启动，无需使用开关管，大大节省了成本和外围电路。

附图说明

图1为本发明基于快速启动的电源变换器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的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神和范围上做的替代、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。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参考图1所示，示意了本发明基于快速启动的电源变换器的一种实施例，基于反激式拓扑，但不限于这一拓扑结构，在此仅以其为例。所述的电源变换器包括功率级电路和控制电路，所述的控制电路集成于芯片内，控制电路用于控制功率级电路主功率开关管的通断。所述的功率级电路包括由原边绕组NP和副边绕组NS组成的变压器。

所述的功率级电路接收输入电压Vin，经整流电路D1整流后得到母线电压Vg，并传递至原边绕组NP，经控制电路对主功率开关管Q1通断的控制，由原副边的耦合实现在副边绕组NS产生输出电压Vout。二极管D5为续流管，C5为输出电容。

所述的电源变换器还包括快速启动电路，快速启动电路用于在电源变换器初始上电时，快速启动集成有控制电路的芯片，即快速达到芯片的启动电压。本发明中的快速启动电路基于电容充电，包括充电模块和供电电容C2，所述的充电模块接收功率级电路的瞬变时的母线电压Vg，以产生充电电流对供电电容C2充电，所述的供电电容C2与所述芯片的供电端VIN连接。

在充电模块和供电电容C2之间串联有第一二极管D3，所述的第一二极管D3的阳极与充电模块连接，第一二极管D3的阴极与供电电容C2连接，所述的充电模块包括相互串联的第一电容C1和第一电阻R1，本实施例中，第一电容C1连接在母线电压侧，第一电容C1和第一电阻R1二者位置互换也可实施。

所述电源变换器还包括辅助绕组Naux，所述的辅助绕组Naux与功率级电路中的电感耦合，在本实施例中则是与副边绕组NS耦合；在完成快速启动后，所述的辅助绕组Naux经供电电容C2对芯片供电。若为其他拓扑结构，例如buck、boost等，则辅助绕组Naux与相应的电感耦合。

所述的充电模块还包括辅助电阻模块，所述的辅助电阻模块由两个相互串联电阻R2和R3组成，辅助电阻模块一端接收母线电压Vg，另一端连接在第一二极管D3的阳极。由于考虑到电阻的耐压值，故这里采样两个电阻串联的形式，以降低单个电阻上所承受的压降。辅助电阻模块的作用在于，在第一电容对供电电容充电后，达到稳态的情况，若仍未达到芯片的启动电压，则由母线电压通过辅助电阻模块进一步继续充电，但速度相对会慢一点；另一个作用则是，当电源变换器发生短路时，供电电容C2的电压会被拉低，此时芯片需要重新启动，但由于不存在上电的过程，因而第一电容C1上的降压保持不变，因而无法对供电电容C2充电，因而在这种情况下，母线电压Vg通过辅助电阻模块对供电电容C2充电，以达到快速启动的目的；在电源变换器停止工作时，可以第一电容可以通过辅助电阻模块放电复位。

在所述供电电容的两端并联第二电阻R4；在断电后，由第二电阻R4对供电电容C2放电复位。

所述的第一电容的容值小于供电电容的容值。举例说明：第一电容C1＝2uF，供电电容C2＝10uF，母线电压Vg＝110Vac，充电完成后，母线电压在两个电容上分压，此时最高允许的芯片启动电压Von最高为25V，若启动电压过高，则需要辅助电阻模块辅助充电。

在充电完成后，第一电容上的压降为1.4*Vg-Von，此时不会有电流流过第一电容，仅有少量电流流过辅助电阻模块，辅助电阻模块上的电阻较大，因此，可以做到开路功耗很低，开机速度快。本发明的空载损耗低，尤其适用于对空载损耗要求较高的场合。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于快速启动的电源变换器，包括功率级电路和控制电路，所述的控制电路集成于芯片内，控制电路用于控制功率级电路主功率开关管的通断；其特征在于：

所述的电源变换器还包括快速启动电路，所述的快速启动电路包括充电模块和供电电容，所述的充电模块接收功率级电路的母线电压，以产生充电电流对供电电容充电，所述的供电电容与所述芯片的供电端连接。

2.根据权利要求1所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：所述的快速启动电路还包括第一二极管，所述的第一二极管的阳极与充电模块连接，第一二极管的阴极与供电电容连接，所述的充电模块包括相互串联的第一电容和第一电阻。

3.根据权利要求2所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：所述电源变换器还包括辅助绕组，所述的辅助绕组与功率级电路中的电感耦合；在完成快速启动后，所述的辅助绕组经供电电容对芯片供电。

4.根据权利要求2所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：所述的充电模块还包括辅助电阻模块，所述的辅助电阻模块由两个相互串联电阻组成，辅助电阻模块一端接收母线电压，另一端连接在第一二极管的阳极。

5.根据权利要求4所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：在电源变换器发生短路时，供电电容上的电压会被拉低，此时由母线电压经辅助电阻模块对供电电容充电。

6.根据权利要求1所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：在所述供电电容的两端并联第二电阻；在断电后，由第二电阻对供电电容放电复位。

7.根据权利要求1或2所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：所述的第一电容的容值小于供电电容的容值。

8.根据权利要求1或2所述的基于快速启动的电源变换器，其特征在于：所述的功率级电路采用反激式拓扑，所述的辅助绕组与功率级电路中的副边绕组耦合。