CN105471248B - 一种开关电源启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关电源技术领域，公开了一种开关电源启动电路，其中，第一电阻与电容的正极连接；第二三极管的基极与第一三极管的基极连接，其发射极与电容的正极、第一稳压管的阴极连接，其集电极通过第二电阻和第三电阻连接；电容的负极、第三电阻另一端接地；第一稳压管的阳极连接在第二电阻和第三电阻之间；电压比较器芯片的输入检测端连接第二电阻和第三电阻之间，其阴极通过第四电阻与第一三极管的基极连接，其阳极接地；第一三极管的发射极与第二三极管的发射极、二极管的阴极连接，其集电极与二极管的阳极连接。本发明实现了使用SG3525等电源芯片的开关电源系统的直接高压启动，简化了电路结构，降低了系统成本和体积。

Description

一种开关电源启动电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，更具体地说，特别涉及一种开关电源启动电路。

背景技术

在很多场合，开关电源必须具备从输入高电压直接启动的能力，如交流电网输入的单一电源系统或多电源系统的辅助电源，因为开关电源启动时没有低压电源给电源管理芯片供电，必须通过限流电阻直接从输入的高电压中获取能量并转化为低压。具备直接启动能力的开关电源系统如图1所示，包DCDC功率转换模块U1、电源管理芯片U2、启动电路U3。通用的辅助电源管理芯片,其欠压保护功能通常具有大范围的滞回电压，即开启电压与欠压关断电压的差值比较大。如电源管理芯片UC2844，其开启电压为16V，而欠压关断电压为10V，有6V的滞回电压。对于U2为UC2844这一类型的芯片时，启动电路可使用图2所示的电路。下面简单介绍使用UC2844以及使用图2作为启动电路的电源系统的启动过程原理。

Vbus为输入的直流母线电压，该电压可以是外部输入的直流高压电源或交流高压电源通过整流滤波模块转换得到的直流高压电源。直流母线上电时，直流母线电压Vbus通过R1对C1充电，C1的电压从零开始上升。当C1的电压上升到UC2844的开启电压16V后，UC2844开始工作，输出驱动信号到DCDC转换模块，DCDC转换模块的各路输出电压逐步建立起来(其中一路输出电压Vau对UC2844进行供电，因此Vau的电压高于UC2844的欠压门槛)。由于UC2844的工作电流远远大于R1对C1的充电电流，所以当UC2844一开始工作后，C1上的电压就开始下降。但Vau的电压在逐步上升，通过对C1选择合适的电容值，可保证在C1上的电压下降到UC284X的欠压关断电压之前，Vau的电压已经建立完成。这时C1上消耗的电荷由U1的其中一路输出电压Vau进行补充，C1电压不再下降，稳定在与Vau相同的电位。这样就完成了开关电源系统的正常启动。

一些功率较大的单电源系统将会使用非常通用的SG3525、UC3846等半桥式电源管理芯片，虽然其工作电压范围非常宽(如SG3525工作电压范围为8-35V)，但这类芯片启动电压与关断电压非常接近，即没有较大的滞回电压，不具备直接高压启动的能力，通常需要另外的辅助电源对其进行供电，大大增加了电路的复杂度以及系统成本，对电源系统的效率以及体积紧凑型设计也是非常不利的。因此需要开发出一种开关电源启动电路，使得开关电源系统能够使用SG3525等电源芯片又能够实现直接高压启动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源启动电路，其能充分利用变频器内部资源，使变频器系统内部空间更加紧凑。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种开关电源启动电路，包括第一至第四电阻、电容、第一稳压管、二极管、第一三极管、第二三极管和电压比较器芯片；所述第一电阻与电容的正极连接；所述第二三极管的基极与第一三极管的基极连接，其发射极与电容的正极、第一稳压管的阴极连接，其集电极通过第二电阻和第三电阻连接；所述电容的负极、第三电阻另一端接地；所述第一稳压管的阳极连接在第二电阻和第三电阻之间；所述电压比较器芯片的输入检测端连接第二电阻和第三电阻之间，其阴极通过第四电阻与第一三极管的基极连接，其阳极接地；所述第一三极管的发射极与第二三极管的发射极、二极管的阴极连接，其集电极与二极管的阳极连接。

优选地，还包括第五电阻和第二稳压管，所述第二稳压管的阴极与第四电阻连接，其阳极与电压比较器芯片的阴极连接，所述第五电阻的一端与第一三极管的发射极连接，其另一端与电压比较器芯片的阴极连接。

优选地，所述电压比较器芯片为TL431集成电路芯片。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明实现了使用SG3525等电源芯片的开关电源系统的直接高压启动，简化了电路结构，降低了系统成本和体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为现有开关电源的内部电气原理图。

图2为现有开关电源中通用的启动电路的电气原理图。

图3为本发明实施例一的开关电源启动电路的电气原理图。

图4为本发明实施例二的开关电源启动电路的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一

参阅图3所示，本实施例提供一种开关电源启动电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、电容C1、第一稳压管Z1、二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2和电压比较器芯片U4。

其中，所述第一电阻R1与电容C1的正极连接。

所述第二三极管Q2的基极与第一三极管Q1的基极连接，其发射极与电容C1的正极、第一稳压管Z1的阴极连接，其集电极通过第二电阻R2和第三电阻R3连接；所述电容C1的负极、第三电阻R3另一端接地。

所述第一稳压管Z1的阳极连接在第二电阻R2和第三电阻R3之间。

所述电压比较器芯片U4的输入检测端连接第二电阻R2和第三电阻R3之间，其阴极通过第四电阻R4与第一三极管Q1的基极连接，其阳极接地。

所述第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的发射极、二极管D1的阴极连接，其集电极与二极管D1的阳极连接。

如图1所示，Vbus为输入电压，该电压可以是外部输入的直流电源或交流电源通过整流滤波模块转换得到的直流电源。

开关电源包含DCDC功率变换模块U1，电源管理芯片U2，电源启动模块U3，电源启动模块U3的内部电气原理图如图3所示，其中U4为TL431集成电路芯片，即内置2.5V基准电压的电压比较器芯片。下面详细描述开关电源的启动过程：

开关电源上电时，电源启动电路U3首先开始工作，输入电压Vbus通过第一电阻R1对启动电容C1充电，启动电容C1的电压从零开始上升。由于刚开始电容C1上的电压还比较低，第一稳压管Z1一直处于截止状态，第三电阻R3没有电流流过，电压比较器芯片U4检测到第三电阻R3的电压低于其内部的基准电压2.5V，电压比较器芯片U4一直处于关断状态，即三极管Q1、Q2的基极都没有电流流过，三极管Q1、Q2关断。所以电源启动电路U3没有输出，即Vcc电压为零，电源管理芯片U2和DCDC功率变换模块U1都处于非工作状态。

当电容C1的电压持续上升到高于第一稳压管Z1的稳压电压时，第一稳压管Z1开始导通，电阻R3开始流过电流，电阻R3上开始产生压降，此时电容C1的电压继续上升，由于第一稳压管Z1导通后保持稳压电压不变，因此电阻R3上的电压也持续上升。当电阻R3的电压上升到高于2.5V时，电压比较器芯片U4检测到电阻R3的电压高于其内部的基准电压，电压比较器芯片U4开始导通，三极管Q1、Q2基极第四电阻R4有电流流过，三极管Q1、Q2导通，因此电容C1上的电压通过三极管Q1输出到Vcc，即给电源管理芯片U2供电。

当电源管理芯片U2获得电源后，电源管理芯片U2、DCDC功率变换模块U1开始工作，DCDC功率变换模块的各路输出电压逐步建立起来(其中一路输出电压Vau是作为电源管理芯片U2的工作电源)。由于电容C1的工作电流大于电阻R1对电容C1的充电电流，所以当电源管理芯片U2一开始工作后，电容C1上的电压就开始下降，稳压管Z1重新变为截上状态。但由于三极管Q2的导通，使得电阻R1上的电压得到了重新分配，电容C1上的电压通过电阻R2、R3分压后送入到电压比较器芯片U4的输入检测端。通过调整电阻R2、R3的比值，可使得电阻R3的电压高于2.5V。电压比较器芯片U4维持导通，三极管Q1、Q2维持导通，电容C1持续给电源管理芯片供电。同时，电容C1的电压持续下降，电阻R3的电压也在下降。电容C1的电容量越大，电容C1和电阻R3上的电压也下降越慢。

通过对电容C1选择足够的电容量，可使得在电阻R3的电压下降到2.5V之前，DCDC功率变换模块的各路输出电压已经建立起来，U2转为由输出电压Vau进行供电，同时电容C1上的电压由Vau通过二极管D1对电容C1上消耗的电荷进行补充，电容C1电压不再下降，三极管Q1、Q2维持导通。这样就完成了开关电源系统的启动过程。通过以上电路的分析，可得电源启动模块的开启电压为Vz1+2.5V，关断电压为(R2+R3)/R3*2.5V，其中Vz1为稳压管Z1的稳压电压。开启电压与关断电压的差值越大，电容C1维持工作的时间越长，启动性能就越强。

实施例二

如图4所示，由于作为电压比较器芯片U4的TL431芯片在截止时有一定的漏电流，为消除这个漏电流对Q2的影响，本实施例还包括第五电阻R5和第二稳压管Z2(Z2为稳压值较低为稳压管)，所述第二稳压管Z2的阴极与第四电阻R4连接，其阳极与电压比较器芯片U4的阴极连接，所述第五电阻R5的一端与第一三极管Q1的发射极连接，其另一端与电压比较器芯片U4的阴极连接。

使得电压比较器芯片U4在截止状态时，即使有一定的漏电流，三极管Q2能可靠地保持关断状态。电阻R5和稳压管Z2的工作原理为：当电压比较器芯片U4截止时，其漏电流很小，电阻R5只有很小的压差，稳压管Z2上的电压低于其稳压电压，所以稳压管Z2截止，三极管Q2由于没有基极电流也保持截止状态。当电压比较器芯片U4导通时，其电压很低，稳压管Z2由于稳压值较低也导通，三极管Q2就可以保持可靠导通。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种开关电源启动电路，其特征在于：包括第一至第四电阻、电容、第一稳压管、二极管、第一三极管、第二三极管和电压比较器芯片；所述第一电阻与电容的正极连接；所述第二三极管的基极与第一三极管的基极连接，第二三极管的发射极与电容的正极、第一稳压管的阴极连接，第二三极管的集电极通过第二电阻和第三电阻一端连接；所述电容的负极、第三电阻另一端接地；所述第一稳压管的阳极连接在第二电阻和第三电阻之间；所述电压比较器芯片的输入检测端连接第二电阻和第三电阻之间，其阴极通过第四电阻与第一三极管的基极连接，其阳极接地；所述第一三极管的发射极与第二三极管的发射极、二极管的阴极连接，其集电极与二极管的阳极连接。

2.根据权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于：还包括第五电阻和第二稳压管，所述第二稳压管的阴极与第四电阻连接，其阳极与电压比较器芯片的阴极连接，所述第五电阻的一端与第一三极管的发射极连接，其另一端与电压比较器芯片的阴极连接。

3.根据权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于：所述电压比较器芯片为TL431集成电路芯片。