CN106787667A - 开关电源缓启动电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明开关电源缓启动电路及控制方法，该开关电源缓启动电路包括：控制器以及依次设置在开关电源输出电路上的整流滤波电路、电压采样单元和MOS管；所述控制器包括采样电压输入端以及控制电压输出端，所述采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制电压输出端连接所述MOS管的基极；所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开。本发明有效地防止了过大瞬时冲击电流。

Description

开关电源缓启动电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电源电路领域，尤其涉及一种开关电源缓启动电路及控制方法。
背景技术
目前由于开关电源输入电路大都采用整流加滤波的形式，在电源刚接通的瞬间，由于整流滤波电路中的电容器的初始电压为0，瞬间会产生很大的冲击电流，冲击电流过大或者是冲击时间过长会照成电路板内其他器件损坏。故，开关电源需要设置缓启动电路，现有缓启动电路有多种形式。具体如下：
第一种为热敏电阻防冲击电流电路。它利用热敏电阻的Rt的负温度系数特性，在电源接通瞬间，热敏电阻的阻值较大，达到限制冲击电流的作用；当热敏电阻流过较大电流时，电阻发热而使其阻值变小，电路处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关电源，由于热敏电阻的热惯性，重新恢复高阻需要时间，故对于电源断电后又需要很快接通的情况，有时起不到限流作用。
第二种采用SCR-R电路。其在电源瞬时接通时，输入电压经整流桥VD1 VD4和限流电阻R对电容器C充电。当电容器C充电到约80％的额定电压时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R，开关电源处于正常运行状态。采用SCR-R电路，当电源瞬时断电后，由于电容器C上的电压不能突变，其上仍有断电前的充电电压，逆变器可能还处于工作状态，保持晶闸管继续导通，此时若马上重新接通输入电源，会同样起不到防止冲击电流的作用。
第三种为单独利用MOS设计电路。通常使用MOS管来设计缓启动电路的。MOS管有导通阻抗Rds低和驱动简单的特点，在周围加上少量元器件比如嵌位二极管、电阻和电容就可以构成缓慢启动电路。此种方式由于电路比较简单，功能单一，当电路产生过压过流问题是容易烧毁器件，出于对现在高度集成化电路板考虑，电路的布局大小也是至关重要的，此电路所需空间较大。如果电路中某一个器件损坏，则整个电路将不起作用，风险较大。
由此可见，现有技术不能有效抑制冲击电流过大造成的对主板其他模块的损坏。
发明内容
本发明旨在提供一种开关电源缓启动电路，以解决不能有效抑制冲击电流过大造成的对主板其他模块的损坏的问题，有效地防止了过大瞬时冲击电流。
根据本发明的第一方面，一种开关电源缓启动电路，包括：控制器以及依次设置在开关电源输出电路上的整流滤波电路、电压采样单元和MOS管；所述控制器包括采样电压输入端以及控制电压输出端，所述采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制电压输出端连接所述MOS管的基极；所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开。
根据本发明的第二方面，一种开关电源缓启动控制方法，包括：开关电源供电；设置在所述开关电源的输出电路上的电压采样单元采样电压值；控制器在采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过控制电压输出端输出启动电压控制MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开；其中，整流滤波电路、电压采样单元和所述MOS依次设置在开关电源输出电路上；所述控制器的采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制器的控制电压输出端连接所述MOS管的基极。
本发明提出的一种开关电源缓启动电路及控制方法，通过控制器在采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，输出启动电压控制所述MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开，基于MOS的开关特性来控制主干路上的供电，利用MOS管缓慢开启来使电流缓慢增大，同时利用控制器来控制MOS管栅极电压来进一步控制管子的打开速率，从而来抑制冲击电流过大造成的对主板其他模块造成损坏。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了一种开关电源缓启动电路的电路结构图。
图2示例性地示出了控制器与MOS管的连接示意图；
图3示例性地示出了一种开关电源缓启动控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，本实施例一种开关电源缓启动电路包括：控制器以及依次设置在开关电源输出电路上的整流滤波电路、电压采样单元和MOS管；所述控制器包括采样电压输入端以及控制电压输出端，所述采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制电压输出端连接所述MOS管的基极；所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开。具体操作时MOS管可以为NPN型或PNP型。
该控制器可以采用TPS24720芯片，如图1所示，进一步地，所述控制器还包括用于设置允许故障时长的时间设置端，所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长小于或等于所述允许故障时长时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以及用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长大于所述允许故障时长，停止工作且通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管断开。具体地，所述时间设置端通过第一电容接地。
所述控制器还包括通过第一电阻接地的重启控制端，所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长大于所述允许故障时长，停止工作预设时长后，根据所述重启控制端的信号重新启动工作。
所述控制器还包括过压检测端和欠压检测端，所述欠压检测端通过第二电阻连接所述整流滤波电路的输出端，所述过压检测端通过串联的第三电阻与所述第二电阻连接所述整流滤波电路的输出端；所述控制器用于在所述欠压检测端的电压值低于预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以及在所述过压检测端的电压值高于所述预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开。
所述控制器还包括：极限电流检测端和极限功率检测端，所述极限电流检测端和极限功率检测端分别通过第三电阻及第四电阻接地；所述控制器用于在所述极限功率检测端的电压值与电流值的乘积大于预设功率阈值时，停止工作；所述控制器用于在所述极限电流检测端的电流值的乘积大于预设电流阈值时，停止工作。
参照图2及图3，上述开关电源缓启动电路的工作过程简述如下：首先开关电源电压(如V2V)进电通过电容的滤波来给到主干路，同时也提供给了芯片TPS24720电源，使TPS24720芯片能够正常工作，芯片通过分析主干路的电压采样单元的采样电阻两端的电压，来确定是否开启MOS管从而导通主干路。
TPS24720芯片的EN引脚和OV引脚可以检测欠压和过压，这个管脚的电压使用外部分压电阻提供的，当EN引脚电压低于预设电压阈值(如V.35V)时，则相当于外部V2V电压低于V0.8V，则芯片会关断外部的MOS管；当OV引脚电压高于V.35V时，相当于外部V2V电压超过V4V时，则同样关断外部的MOS管。
所述控制器还包括：IMON引脚、芯片监控引脚PGB、芯片监控引脚FFLTB和芯片监控引脚FLTB，其中芯片监控引脚PGB是一个输出引脚，低电平工作有效，当输入电压过压或者电流过载，芯片监控引脚PGB将被拉低；芯片监控引脚FFLTB是输出引脚，低电平工作有效，当输入电压超过阈值电压，并且IMON引脚的电压值大于V03mv，芯片监控引脚FFLTB将被拉低；FLTB引脚也是输出引脚，低电平工作有效，当电流输入值超过极限值，且长时间处于故障时间内，FLTB引脚将被拉低。
其他管脚PROG是设置流过MOSFET的最大功率，需要配合RSENSE来使用，可通过公式计算预设值PLIM＝3125/PPROG*RSENSE，IMON和SET是用来设置极限电流值，可通过计算公式计算得来ILIM＝0.675*RSET/RIMON*RSENSE，RSET通常选用5V.VΩ，即可通过预设值来计算出RIMON的值。当实际值超过预设值，电路也会被迅速关闭。FLTB、FFLTB和PGB都是用来反映芯片运行的工作状态，可将故障信息通过这三个引脚输出到CPU、CPLD或者单片机上来识别错误信息反馈，可有效监测芯片工作状态作为一种监控信息上报处理。引脚SENSE、LATCH、TIMER和GAT是配合来使用。当电路刚上电时，会产生冲击电流，使得采样电阻上的电压超过了预设阈值(如60mv)，此时芯片内部会检测电源已经产生故障，但此时为冲击电流，所以利用TIMER引脚来设置允许故障时长，如果这个故障没有超过允许故障时长，则芯片就缓慢的打开MOS管；若故障时间超过了允许故障时长，则芯片会关断MOS管，关断芯片内部电路，此时LATCH引脚接重启模式，则芯片内部会等待预设时长(如V6个周期)，重新开启芯片内部检查电路，来检查故障电路有没有消除，若消除这重新开启MOS管。芯片关断和开启外接MOS管都是通过GAT引脚来作用的。对于GAT引脚，输出启动电压(如25V)来开启MOS管，但是为了减小电路的冲击电流，则必须使MOS管缓慢打开，这就利用了MOS管的开关特性，GET引脚首先给Cgate电容充电，当电容电压达到MOS管开通的阈值电压，则MOS管完全打开，但是在完全打开之前的这段时间使用Cgate电容决定的。在MOS管完全打开之后则冲击电流已经消除，所以不会对主板其他器件产生损坏。
需要说明的是，本申请的核心在于各个元件之间的连接关系，基于这些连接关系以及控制器的常规控制功能实现MOS管通断的控制目的，进而实现开关电源输出电路的通断控制。故，控制器的功能描述不应影响对核心发明点的判断。
本实施例，通过控制器在采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，输出启动电压控制所述MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开，基于MOS的开关特性来控制主干路上的供电，利用MOS管缓慢开启来使电流缓慢增大，同时利用控制器来控制MOS 管栅极电压来进一步控制管子的打开速率，从而来抑制冲击电流过大造成的对主板其他模块造成损坏；同时，热插拔过程中防抖动延时安全上电，防止电源电压震荡，且有效的防止电火花造成的危害；开关电源缓启动电路整体PCB布局占用的空间较小，且电路设计简单；此外，可调性高，功率损耗小，电压输出稳定，还可作为模块电路在各个电路板中应用。
如图3所示，一种开关电源缓启动控制方法，其中，本方法基于开关电源缓启动电路，该电路为：整流滤波电路、电压采样单元和所述MOS依次设置在开关电源输出电路上；控制器的采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制器的控制电压输出端连接所述MOS管的基极。该方法包括：
步骤30V：开关电源供电；
步骤302：设置在开关电源的输出电路上的电压采样单元采样电压值；
步骤303：控制器在采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过控制电压输出端输出启动电压；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压；
具体操作时，还可以包括：
所述控制器在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长小于或等于预设的允许故障时长时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以及用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长大于所述允许故障时长时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管断开；或者/并且，
所述控制器还包括过压检测端和欠压检测端，所述控制器在所述欠压检测端的电压值低于预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以及在所述过压检测端的电压值高于所述预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，其中，所述欠压检测端通过第一电阻连接所述整流滤波电路的输出端，所述过压检测端通过串联的第二电阻与所述第一电阻连接所述整流滤波电路的输出端；
步骤304：MOS管接收到启动电压时导通，接收到关断电压时断开；
步骤305：MOS管导通时，所述开关电源的输出电路导通；所述MOS管断开时，所述开关电源的输出电路断开。
本实施例通过
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种开关电源缓启动电路，其特征在于，包括：控制器以及依次设置在开关电源输出电路上的整流滤波电路、电压采样单元和MOS管；所述控制器包括采样电压输入端以及控制电压输出端，所述采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制电压输出端连接所述MOS管的基极；
所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开。
2.根据权利要求1所述的开关电源缓启动电路，其特征在于，所述控制器还包括用于设置允许故障时长的时间设置端，所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长小于或等于所述允许故障时长时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以及用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长大于所述允许故障时长，停止工作且通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管断开。
3.根据权利要求2所述的开关电源缓启动电路，其特征在于，所述时间设置端通过第一电容接地。
4.根据权利要求2所述的开关电源缓启动电路，其特征在于，所述控制器还包括通过第一电阻接地的重启控制端，所述控制器用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长大于所述允许故障时长，停止工作预设时长后，根据所述重启控制端的信号重新启动工作。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的开关电源缓启动电路，其特征在于，所述控制器还包括过压检测端和欠压检测端，所述欠压检测端通过第二电阻连接所述整流滤波电路的输出端，所述过压检测端通过串联的第三电阻与所述第二电阻连接所述整流滤波电路的输出端；
所述控制器用于在所述欠压检测端的电压值低于预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以及在所述过压检测端的电压值高于所述预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开。
6.根据权利要求5所述的开关电源缓启动电路，其特征在于，所述控制器还包括：极限电流检测端和极限功率检测端，所述极限电流检测端和极限功率检测端分别通过第三电阻及第四电阻接地；
所述控制器用于在所述极限功率检测端的电压值与电流值的乘积大于预设功率阈值时，停止工作；
所述控制器用于在所述极限电流检测端的电流值的乘积大于预设电流阈值时，停止工作。
7.根据权利要求6所述的开关电源缓启动电路，其特征在于，所述控制器还包括：IMON引脚、芯片监控引脚PGB、芯片监控引脚FFLTB和芯片监控引脚FLTB，其中芯片监控引脚PGB是一个输出引脚，低电平工作有效，当输入电压过压或者电流过载，芯片监控引脚PGB将被拉低；芯片监控引脚FFLTB是输出引脚，低电平工作有效，当输入电压超过阈值电压，并且IMON引脚的电压值大于103mv，芯片监控引脚FFLTB将被拉低；FLTB引脚也是输出引脚，低电平工作有效，当电流输入值超过极限值，且长时间处于故障时间内，FLTB引脚将被拉低。
8.一种开关电源缓启动控制方法，其特征在于，包括：
开关电源供电；
设置在所述开关电源的输出电路上的电压采样单元采样电压值；
控制器在采样电压输入端的电压值小于或等于预设阈值时，通过控制电压输出端输出启动电压控制MOS管导通，以使得所述开关电源的输出电路导通；并在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以使得所述开关电源的输出电路断开；
其中，整流滤波电路、电压采样单元和所述MOS依次设置在开关电源输出电路上；所述控制器的采样电压输入端连接所述电压采样单元，所述控制器的控制电压输出端连接所述MOS管的基极。
9.根据权利要求8所述的开关电源缓启动控制方法，其特征在于，还包括：
所述控制器在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长小于或等于预设的允许故障时长时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管导通，以及用于在所述采样电压输入端的电压值大于所述预设阈值的时长大于所述允许故障时长时，通过所述控制电压输出端输出启动电压控制所述MOS管断开。
10.根据权利要求9所述的开关电源缓启动控制方法，其特征在于，
所述控制器还包括过压检测端和欠压检测端，所述控制器在所述欠压检测端的电压值低于预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，以及在所述过压检测端的电压值高于所述预设电压阈值时，通过所述控制电压输出端输出关断电压控制所述MOS管断开，其中，所述欠压检测端通过第一电阻连接所述整流滤波电路的输出端，所述过压检测端通过串联的第二电阻与所述第一电阻连接所述整流滤波电路的输出端。
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