CN106787704B - 一种用于高耐压重叠式dc-dc变换器的电源启动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高耐压重叠式DC‑DC变换器的电源启动系统，包括：变换器的主功率部，主功率部的变压器原边侧包括n级串联的初级线圈模块，各级初级线圈模块包括对应的初级线圈、输入电容单元和均压电阻单元；位于第一级初级线圈模块的输入电容单元和均压电阻单元之间的稳压管；与主功率部的第m级初级线圈模块的初级线圈背离第m‑1级初级线圈模块的一端连接的第一三极管，第一三极管的基极和稳压管的负极连接，集电极和第m级初级线圈模块连接，基极和控制第一三极管通断的开关控制部连接；与第一三极管的发射极连接，用于为变换器的IC主控芯片供电的储能电容。既保证了对变换器的启动，又能减少功耗，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及变换器技术领域，特别是涉及一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统。
背景技术
针对高压输入的开关变换器，《高耐压重叠式反激DC-DC变换器设计》提出了一种耐高压重叠式DC-DC变换器电路，解决了高输入母线电压下低功率开关管电源的设计问题。
但是该电路使用电阻作为电源启动电路，当输入电压为宽范围时，若要保证低压正常启动，高压时电阻将有很高的功耗，严重影响静态功耗、效率和电源可靠性。目前，针对这种情况，有以下解决方案，一是增加专门的辅助电源为主控芯片供电，以使得主控芯片启动变换器电路，但是辅助电源会增加很大的成本。
因此，如何既能够保证对高耐压重叠式DC-DC变换器的启动，又能减少功耗，降低成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，既能够保证对高耐压重叠式DC-DC变换器的启动，又能减少功耗，降低成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，包括：
高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部，所述主功率部的变压器原边侧包括n级串联的初级线圈模块，各级初级线圈模块包括对应的初级线圈、输入电容单元和均压电阻单元，所述初级线圈和所述输入电容单元并联，所述输入电容单元和所述均压电阻单元并联，所述输入电容单元包括若干串联的输入电容，所述均压电阻单元包括与各所述输入电容一一对应并联的均压电阻，各所述均压电阻串联，其中，第一级初级线圈模块的输入电容单元的负极接地，n为大于1的整数；
位于所述第一级初级线圈模块的输入电容单元和均压电阻单元之间，用于提供基准电压的稳压管，所述稳压管的正极和该输入电容单元的负极连接；
与所述主功率部的第m级初级线圈模块的初级线圈背离第m-1级初级线圈模块的一端连接的第一三极管，所述第一三极管的基极和所述稳压管的负极连接，所述第一三极管的集电极和所述第m级初级线圈模块连接，m为大于0的整数；
与所述第一三极管的基极连接，控制所述第一三极管通断的开关控制部；
与所述第一三极管的发射极连接，用于为所述高耐压重叠式DC-DC变换器的IC主控芯片供电的储能电容。
优选地，还包括：设置在所述第一三极管和所述第m级初级线圈模块之间的保护电路。
优选地，还包括：设置在所述第一三极管的发射极和所述储能电容之间，用于限定所述储能电容的充电电流的大小的控流电阻。
优选地，还包括：设置在所述开关控制部和所述储能电容之间的二极管。
优选地，所述开关控制部为开关管，所述开关管的控制端和所述IC主控芯片连接。
优选地，所述开关管为管控三极管，所述管控三极管的基极和所述IC主控芯片连接，所述管控三极管的集电极和所述稳压管的负极连接，所述管控三极管的发射极和所述稳压管的正极连接。
优选地，所述第一三极管的集电极和第二级初级线圈模块的初级线圈的背离第一级初级线圈模块的一端连接，其中，所述第一级初级线圈模块包括相互串联的第一输入电容、第二输入电容，所述第二级初级线圈模块包括与所述第二输入电容串联的第三输入电容和第四输入电容，所述第一级初级线圈模块包括相互串联的第一均压电阻和第二均压电阻，所述第一均压电阻和所述第一输入电容并联，所述第二均压电阻和所述第二输入电容并联，所述第二级初级线圈模块包括与所述第二均压电阻串联的第三均压电阻和第四均压电阻，所述第三均压电阻和所述第三输入电容并联，所述第四均压电阻和所述第四输入电容并联。
优选地，所述保护电路包括：第二三极管、第三三极管和第四三极管，所述第二三极管的发射极和所述第一三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极和所述第一输入电容的正极连接，所述第二三极管的集电极和所述第三三极管的发射极连接，所述第三三极管的基极和所述第二输入电容的正极连接，所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的发射极连接，所述第四三极管的基极和所述第三输入电容的正极连接，所述第四三极管的集电极和所述第四输入电容的正极连接。
优选地，所述保护电路还包括：设置在所述第一三极管和所述第二三极管之间的第一电阻，设置在所述第二三极管和所述第三三极管之间的第二电阻，设置在所述第三三极管和所述第四三极管之间的第三电阻，设置在所述第四三极管和所述第四输入电容之间的第四电阻。
优选地，所述保护电路还包括：设置在所述第二三极管的基极和所述主功率部之间的第五电阻，设置在所述第三三极管的基极和所述主功率部之间的第六电阻，设置在所述第四三极管的基极和所述主功率部之间的第七电阻。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，包括：高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部，主功率部的变压器原边侧包括n级串联的初级线圈模块，各级初级线圈模块包括对应的初级线圈、输入电容单元和均压电阻单元，初级线圈和输入电容单元并联，输入电容单元和均压电阻单元并联，输入电容单元包括若干串联的输入电容，均压电阻单元包括与各输入电容一一对应并联的均压电阻，各均压电阻串联，其中，第一级初级线圈模块的输入电容单元的负极接地，n为大于1的整数；位于第一级初级线圈模块的输入电容单元和均压电阻单元之间，用于提供基准电压的稳压管，稳压管的正极和该输入电容单元的负极连接；与主功率部的第m级初级线圈模块的初级线圈背离第m-1级初级线圈模块的一端连接的第一三极管，第一三极管的基极和稳压管的负极连接，第一三极管的集电极和第m级初级线圈模块连接，m为大于0的整数；与第一三极管的基极连接，控制第一三极管通断的开关控制部；与第一三极管的发射极连接，用于为高耐压重叠式DC-DC变换器的IC主控芯片供电的储能电容。本发明的电源启动系统直接从高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部处取电，通过开关控制部控制第一三极管工作，由稳压管保证第一三极管向储能电容进行供电，构成近似恒流的电路，当储能电容充电达到设定阈值时即可为高耐压重叠式DC-DC变换器的IC主控芯片供电，启动IC主控芯片运行，并通过IC主控芯片控制高耐压重叠式DC-DC变换器的启动运行，当IC主控芯片工作正常后，控制开关控制部关断供电，使得该系统不影响变换器的运行，保证了对高耐压重叠式DC-DC变换器的启动，又能减少功耗，降低成本。
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为本发明一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；
图2为本发明另一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；
图3为本发明再一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；
图4为本发明又一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；
图5为本发明另一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，能够保证对高耐压重叠式DC-DC变换器的启动，又能减少功耗，降低成本。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，包括：高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部1，主功率部的变压器原边侧包括n级串联的初级线圈模块，各级初级线圈模块包括对应的初级线圈、输入电容单元和均压电阻单元，初级线圈和输入电容单元并联，输入电容单元和均压电阻单元并联，输入电容单元包括若干串联的输入电容，均压电阻单元包括与各输入电容一一对应并联的均压电阻，各均压电阻串联，其中，第一级初级线圈模块的输入电容单元的负极接地，n为大于1的整数；位于第一级初级线圈模块的输入电容单元和均压电阻单元之间，用于提供基准电压的稳压管2，稳压管2的正极和该输入电容单元的负极连接；与高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部1的第m级初级线圈模块的初级线圈背离第m-1级初级线圈模块的一端连接的第一三极管3，第一三极管3的基极和稳压管2的负极连接，第一三极管3的集电极和第m级初级线圈模块连接，m为大于0的整数；与第一三极管3的基极连接，控制第一三极管3通断的开关控制部4；与第一三极管3的发射极连接，用于为高耐压重叠式DC-DC变换器的IC主控芯片供电的储能电容5。
在本实施方式中，电源启动系统直接从高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部处取电，通过开关控制部控制第一三极管工作，由稳压管保证第一三极管向储能电容进行供电，构成近似恒流的电路，当储能电容充电达到设定阈值时即可为高耐压重叠式DC-DC变换器的IC主控芯片供电，启动IC主控芯片运行，并通过IC主控芯片控制高耐压重叠式DC-DC变换器的启动运行，当IC主控芯片工作正常后，控制开关控制部关断近似恒流的供电，使得该系统不影响变换器的运行，保证了对高耐压重叠式DC-DC变换器的启动，又能减少功耗，降低成本。
请参考图2、图3、图4和图5，图2为本发明另一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；图3为本发明再一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；图4为本发明又一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图；图5为本发明另一种具体实施方式所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统结构示意图。
在本发明的一种实施方式中，该电源启动系统还包括：设置在第一三极管3和第m级初级线圈模块之间的保护电路6，为了防止主功率部的电压电流过大而击穿第一三极管，因此设置了保护电路。设置在第一三极管3的发射极和储能电容5之间，用于限定储能电容5的充电电流的大小的控流电阻7，为了保证储能电容充电的稳定性，设置控流电阻，以控制流入储能电容的电流的大小，近似于恒流充电。设置在开关控制部4和储能电容5之间的二极管8。其中，二极管8可以有以下几种具体位置：如图2所示，二极管8设置在控流电阻7和储能电容5之间，二极管8的负极和储能电容5的正极连接，二极管8的正极和控流电阻7连接；如图3所示，二极管8还可以设置在控流电阻7和第一三极管3之间，二极管8的负极和控流电阻7连接，二极管8的正极和第一三极管3的发射极连接；如图4所示，二极管8的负极和第一三极管3的基极连接，二极管8的正极和开关控制部4连接，二极管8的正极还和稳压管2的负极连接；如图5所示，二极管8的负极和第一三极管3的基极连接，二极管8的正极和开关控制部4连接，二极管8的负极还和稳压管2的负极连接。二极管的设置可以防止储能电容反压损坏第一三极管。
在本实施方式中，以该系统包括高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部的两级变换器为例进行说明，如图2所示，第一三极管3的集电极和第二级初级线圈模块的初级线圈的背离第一级初级线圈模块的一端连接，其中，第一级初级线圈模块包括相互串联的第一输入电容111、第二输入电容112，第二级初级线圈模块包括与第二输入电容112串联的第三输入电容121和第四输入电容122，第一级初级线圈模块包括相互串联的第一均压电阻113和第二均压电阻114，第一均压电阻113和第一输入电容111并联，第二均压电阻114和第二输入电容112并联，第二级初级线圈模块包括与第二均压电阻114串联的第三均压电阻123和第四均压电阻124，第三均压电阻123和第三输入电容121并联，第四均压电阻124和第四输入电容122并联。
进一步地，保护电路6包括：第二三极管61、第三三极管62和第四三极管63，第二三极管61的发射极和第一三极管3的集电极连接，第二三极管61的基极和第一输入电容111的正极连接，第二三极管61的集电极和第三三极管62的发射极连接，第三三极管62的基极和第二输入电容112的正极连接，第三三极管62的集电极和第四三极管63的发射极连接，第四三极管63的基极和第三输入电容121的正极连接，第四三极管63的集电极和第四输入电容122的正极连接。
更进一步地，保护电路6还包括：设置在第一三极管3和第二三极管61之间的第一电阻64，设置在第二三极管61和第三三极管62之间的第二电阻65，设置在第三三极管62和第四三极管63之间的第三电阻66，设置在第四三极管63和第四输入电容122之间的第四电阻67。
更进一步地，保护电路6还包括：设置在第二三极管61的基极和主功率部1之间的第五电阻68，即第五电阻68的一端和第二三极管61的基极连接，第五电阻68的另一端和第一输入电容111与第二输入电容112的公共端连接；设置在第三三极管62的基极和主功率部1之间的第六电阻69，即第六电阻69的一端和第三三极管62的基极连接，第六电阻69的另一端和第二输入电容112与第三输入电容121的公共端连接；设置在第四三极管63的基极和主功率部之间1的第七电阻610，即第七电阻610的一端和第四三极管63的基极连接，第七电阻610的另一端和第三输入电容121与第四输入电容122的公共端连接。
在本实施方式中，第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的设置可以减少保护电路中各三极管的功耗，以延长各三极管的使用寿命。
需要说明的是，在本实施方式中只是以该系统包括高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部的两级初级线圈模块为例进行说明，该系统也可以接入主功率的一级初级线圈模块，或者多级初级线圈模块，具体视情况而定，只需相应增减和各级初级线圈模块连接的电子器件，并保证储能电容的正常充电即可。
其中，在本实施方式中，优选开关控制部4为开关管，开关管的控制端和IC主控芯片连接，以接收IC主控芯片的对应控制信号。
进一步地，开关管4优选为管控三极管4，管控三极管4的基极和IC主控芯片连接，管控三极管4的集电极和稳压管2的负极连接，管控三极管4的发射极和稳压管2的正极连接。如图2所示，稳压管设置在主功率部的均压电阻的最下端，稳压管的负极和第一均压电阻背离第二均压电阻的一端连接，当该系统的近似恒流源(即近似恒流的电路)工作时，稳压管提供储能电容充电的基准电压。
当IC主控芯片工作正常后，可以控制管控三极管导通，使得稳压管两端的电压相同，以控制第一三极管关断，从而关闭该系统构成的近似恒流源。当管控三极管导通时，使得主功率部上的各输入电容上的电压相等，避免稳压管对主功率部产生影响。
需要说明的是，在本实施方式中，只是优选开关控制部为管控三极管，即优选开关控制部为一个三极管，也可以为MOS管。
还需要说明的是，在本技术方案中，还可以将该系统中的所有三极管替换为MOS管，但是必须在每一级的MOS管的栅极和源极之间并入钳位二极管，且因栅极和源极之间的电压比三极管的基极和发射极之间的电压大很多，为避免对近似恒流作用的影响，稳压管需要选用更高钳位的稳压管。
综上所述，本发明所提供的用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，直接从主功率部的输入电容上取电，无需另外加入均压电路，借用主功率部分压，在较宽输入电压范围内可以实现近似的恒流输出，可以通过调节控流电阻的大小将近似恒流的电路的功耗均分到保护电路各三极管以及各三极管之间的电阻上，该系统的电路可以实现近似恒流输出，近似恒流源关断后均压电阻的设置使得输入电容均压；能够保证对高耐压重叠式DC-DC变换器的启动，又能减少功耗，降低成本。
以上对本发明所提供的一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于高耐压重叠式DC-DC变换器的电源启动系统，其特征在于，包括：
高耐压重叠式DC-DC变换器的主功率部，所述主功率部的变压器原边侧包括n级串联的初级线圈模块，各级初级线圈模块包括对应的初级线圈、输入电容单元和均压电阻单元，所述初级线圈和所述输入电容单元并联，所述输入电容单元和所述均压电阻单元并联，所述输入电容单元包括若干串联的输入电容，所述均压电阻单元包括与各所述输入电容一一对应并联的均压电阻，各所述均压电阻串联，其中，第一级初级线圈模块的输入电容单元的负极接地，n为大于1的整数；
位于所述第一级初级线圈模块的输入电容单元和均压电阻单元之间，用于提供基准电压的稳压管，所述稳压管的正极和该输入电容单元的负极连接；
与所述主功率部的第m级初级线圈模块的初级线圈背离第m-1级初级线圈模块的一端连接的第一三极管，所述第一三极管的基极和所述稳压管的负极连接，所述第一三极管的集电极和所述第m级初级线圈模块连接，m为大于0的整数；
与所述第一三极管的基极连接，控制所述第一三极管通断的开关控制部；
与所述第一三极管的发射极连接，用于为所述高耐压重叠式DC-DC变换器的IC主控芯片供电的储能电容。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：设置在所述第一三极管和所述第m级初级线圈模块之间的保护电路。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：设置在所述第一三极管的发射极和所述储能电容之间，用于限定所述储能电容的充电电流的大小的控流电阻。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：设置在所述开关控制部和所述储能电容之间的二极管。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述开关控制部为开关管，所述开关管的控制端和所述IC主控芯片连接。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述开关管为管控三极管，所述管控三极管的基极和所述IC主控芯片连接，所述管控三极管的集电极和所述稳压管的负极连接，所述管控三极管的发射极和所述稳压管的正极连接。
7.根据权利要求2至6任一项所述的系统，其特征在于，所述第一三极管的集电极和第二级初级线圈模块的初级线圈的背离第一级初级线圈模块的一端连接，其中，所述第一级初级线圈模块包括相互串联的第一输入电容、第二输入电容，所述第二级初级线圈模块包括与所述第二输入电容串联的第三输入电容和第四输入电容，所述第一级初级线圈模块包括相互串联的第一均压电阻和第二均压电阻，所述第一均压电阻和所述第一输入电容并联，所述第二均压电阻和所述第二输入电容并联，所述第二级初级线圈模块包括与所述第二均压电阻串联的第三均压电阻和第四均压电阻，所述第三均压电阻和所述第三输入电容并联，所述第四均压电阻和所述第四输入电容并联。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述保护电路包括：第二三极管、第三三极管和第四三极管，所述第二三极管的发射极和所述第一三极管的集电极连接，所述第二三极管的基极和所述第一输入电容的正极连接，所述第二三极管的集电极和所述第三三极管的发射极连接，所述第三三极管的基极和所述第二输入电容的正极连接，所述第三三极管的集电极和所述第四三极管的发射极连接，所述第四三极管的基极和所述第三输入电容的正极连接，所述第四三极管的集电极和所述第四输入电容的正极连接。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述保护电路还包括：设置在所述第一三极管和所述第二三极管之间的第一电阻，设置在所述第二三极管和所述第三三极管之间的第二电阻，设置在所述第三三极管和所述第四三极管之间的第三电阻，设置在所述第四三极管和所述第四输入电容之间的第四电阻。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述保护电路还包括：设置在所述第二三极管的基极和所述主功率部之间的第五电阻，设置在所述第三三极管的基极和所述主功率部之间的第六电阻，设置在所述第四三极管的基极和所述主功率部之间的第七电阻。
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