CN108183602B - 一种启动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种启动电路，电源输入端通过第一电阻，给第一电容进行充电，当第一电容的电压超过启动电路的开启电压，第一功率管导通，通过第一变压器将能量传输到二次侧及辅助绕组，第二电容开始充电，由于电路内部电流的消耗，第一电容的电压逐步降低，当第一电容的电压降低到电源检测模块的启动电压时，在不改变第一变压器的一次侧的峰值电流的情况下,改变占空比调整模块的放电下限，使得第一变压器的二次侧的消磁占空比变大，第一变压器的输出电流增加,增加了额外的充电电流,使得最大重载可以正常启动。

Description

一种启动电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种启动电路。
背景技术
现行的充电器电路提供恒流输出功能，当充电器电路出现满载启动时，若最大启动电流大于最大输出功率时的电流，则充电器会进入热保护，使得最大重载无法正常启动，现行的充电器存在着满载电流启动能力与最大稳定输出电流能力不一致的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种充电器的启动电路，使得满载启动电流与最大输出功率时的电流一致，最大重载可以正常启动。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种启动电路，包括电源输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、辅助绕组、第一变压器、第一功率管、电源检测模块、消磁检测模块和占空比调整模块；
所述第一电阻的一端与电源输入端相连，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第一二极管的负极以及电源检测模块的一端相连；
所述电源检测模块的另一端与占空比调整模块的第一输入端相连，所述占空比调整模块的第二输入端与消磁检测模块的输出端相连；
所述第一二极管的正极分别与辅助绕组的一端和第二电阻的一端相连，所述辅助绕组的另一端接地，所述第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端和消磁检测模块的输入端相连，所述第三电阻的另一端接地；
所述占空比调整模块的输出端与第一功率管的第一端相连，所述第一功率管的第二端通过第四电阻与接地端相连，第一功率管的第三端与第一变压器的一次侧相连，第一变压器的二次侧的一端与第二二极管的正极相连，第二二极管的负极通过第二电容与第一变压器的二次侧的另一端相连。
本发明的有益效果在于：电源输入端通过第一电阻，给第一电容进行充电，当第一电容的电压超过启动电路的开启电压，第一功率管导通，通过第一变压器将能量传输到二次侧及辅助绕组，第二电容电压开始逐步上升，第一电容的电压由于电路内部电流的消耗，第一电容的电压开始逐步降低，当第一电容的电压降低到电源检测模块的启动电压时，在不改变第一变压器的一次侧的峰值电流的情况下,改变占空比调整模块的放电下限，使得二次侧的消磁占空比变大，第一变压器的输出电流增加,增加了额外的充电电流,使得满载的启动电流与最大输出功率时的电流保持一致，最大重载可以正常启动。
附图说明
图1为根据本发明的一种启动电路的实施例一的原理示意图；
图2为根据本发明的一种启动电路的实施例二的原理示意图；
图3为根据本发明的一种启动电路的占空比调整模块的电路示意图；
图4为第三电容在占空比为1的充放电过程图；
图5为第三电容在电源检测模块干预情况下的充放电过程图；
图6为第三电容在输出检测模块干预情况下的充放电过程图；
标号说明：
Vin、电源输入端；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；
R4、第四电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；D1、第一二极管；
D2、第二二极管；NA、辅助绕组；NP、第一变压器的一次侧；
NS、第一变压器的二次侧；Q1、第一功率管。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:通过第一次上电检测第一电容的电压及输出电压双参量调制恒流的方式，在第一电容的电压降到电源检测模块的启动电压时,改变占空比调整模块的放电下限，使得消磁占空比变大，输出电流增加,增加了额外的充电电流,实现了快速启动充电器,但没有增加额外的电流。
请参照图1、图3、图4和图5，一种启动电路，包括电源输入端Vin、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、辅助绕组NA、第一变压器、第一功率管Q1、电源检测模块、消磁检测模块和占空比调整模块；
所述第一电阻R1的一端与电源输入端Vin相连，所述第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端、第一二极管D1的负极以及电源检测模块的一端相连；
所述电源检测模块的另一端与占空比调整模块的第一输入端相连，所述占空比调整模块的第二输入端与消磁检测模块的输出端相连，所述电源检测模块用于检测第一电容C1的电压，开启本发明的启动电路及第一功率管Q1；
所述第一二极管D1的正极分别与辅助绕组NA的一端和第二电阻R2的一端相连，所述辅助绕组NA的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端和消磁检测模块的输入端相连，所述第三电阻R3的另一端接地，辅助绕组NA的信号通过第二电阻R2和第三电阻R3传输到消磁检测模块，在第一变压器的二次侧NS放电时,由于辅助绕组NA与第一变压器的二次侧NS的匝数比是固定的,所以通过辅助绕组NA可以检测第一变压器的二次侧NS的放电电压，通过第二电阻R2和第三电阻R3的分压信号得到的输出电压也就是第二电容C2的电压；
所述占空比调整模块的输出端与第一功率管Q1的第一端相连，所述第一功率管Q2的第二端通过第四电阻R4与接地端相连，第一功率管Q1的第三端与第一变压器的一次侧NP相连，第一变压器的二次侧NS的一端与第二二极管D2的正极相连，第二二极管D2的负极通过第二电容C2与第一变压器的二次侧NS的另一端相连。
电源输入端Vin通过第一电阻R1，给第一电容C1进行充电，当第一电容C1的电压超过启动电路的开启电压，第一功率管Q1导通，通过第一变压器将能量传输到第一变压器的二次侧NS及辅助绕组NA，消磁检测模块通过检测第二电阻R2和第三电阻R3的分压信号获得第一变压器的二次侧NS的消磁占空比信息，所述消磁占空比就是第一变压器的二次侧NS的电流的放电占空比，第二电容C2的电压开始逐步上升，第一电容C1的电压由于电路内部电流的消耗，第一电容C1的电压开始逐步降低，当第一电容C1的电压降低到电源检测模块的启动电压时，电源检测模块改变占空比调整模块的放电下限，使得第一变压器的二次侧NS的消磁占空比变大，第一变压器的输出电流增加,增加了额外的充电电流。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：电源输入端通过第一电阻，给第一电容进行充电，当第一电容的电压超过启动电路的开启电压，第一功率管导通，通过第一变压器将能量传输到二次侧及辅助绕组，第二电容电压开始逐步上升，第一电容的电压由于电路内部电流的消耗，第一电容的电压开始逐步降低，当第一电容的电压降低到电源检测模块的启动电压时，在不改变第一变压器的一次侧的峰值电流的情况下,改变占空比调整模块的放电下限，使得二次侧的消磁占空比变大，第一变压器的输出电流增加,增加了额外的充电电流,实现了快速启动充电器,但没有增加额外的输出电流，使得满载的启动电流与最大输出功率时的电流保持一致，最大重载可以正常启动。
进一步的，还包括输出检测模块，所述输出检测模块的输入端与第二电阻靠近第三电阻的一端相连，所述输出检测模块的输出端与占空比调整模块的第三输入端相连。
由上述描述可知，通过输出检测模块，可以加速启动超重载启动电路。
进一步的，所述第二电容与待启动的充电器并联连接。
由上述描述可知，所述启动电路可以用于启动充电器。
进一步的，如图3，所述占空比调整模块包括充电模块、放电模块、第三电容、第一比较器、基准电压源和占空比输出模块，所述充电模块通过第三电容与接地端相连，所述充电模块与放电模块相连，所述充电模块靠近放电模块的一端与第一比较器的负极输入端相连，所述基准电压源与第一比较器的正极输入端相连，所述占空比输出模块与第一比较器的输出端相连。
由上述描述可知，所述占空比调整模块的输出端用于控制第一功率管的导通开启时间，消磁检测模块通过检测第二电阻，第三电阻的分压信号获得第一变压器的二次侧的消磁占空比信息，用于控制占空比调整模块的放电控制，在第一变压器的二次侧的消磁时间内，占空比调整模块的放电模块启动，以固定电流给占空比调整模块的第三电容放电，在消磁期间，第三电容的电压会从电压最高值放电到电压最低值，电压最高值为高于参照的电压值，电压最低值为低于参照的电压值，当第一变压器的二次侧的电流消磁结束时，放电结束，占空比调整模块的充电模块启动，给占空比调整模块的第三电容充电，第三电容的电压从电压最低值开始充电，以固定电流充电，第三电容的电压上升到参照的电压值时，第一功率管开启，直到第四电阻的电压值超过过流电压值时，第一功率管关断，进入下一个消磁周期，如此实现了消磁时间与非消磁时间完全一致，实现了消磁占空比D＝1：1。
进一步的，所述辅助绕组与第一变压器的二次侧的匝数比为K，K为常数。
由上述描述可知，辅助绕组的电压值为K*第一变压器的二次侧的电压值。
进一步的，所述第一功率管为三极管或者MOS管。
进一步的，所述启动电路的开启电压值为V1，启动电路的欠压值为V2，电源检测模块的启动电压值为V3，其中V1>V3>V2。
由上述描述可知，当第一电容的电压由开启电压值降低到电源检测模块的启动电压值时，电源检测模块的启动电压值高于启动电路的欠压值，改变占空比调整模块的放电下限，使得二次侧的消磁占空比变大，第一变压器的输出电流增加。
请参照图1，图3、图4和图5，本发明的实施例一为：
一种启动电路，包括电源输入端Vin、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、辅助绕组NA、第一变压器、第一功率管Q1、电源检测模块、消磁检测模块和占空比调整模块；
所述第一电阻R1的一端与电源输入端Vin相连，所述第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端、第一二极管D1的负极以及电源检测模块的一端相连；
所述电源检测模块的另一端与占空比调整模块的第一输入端相连，所述占空比调整模块的第二输入端与消磁检测模块的输出端相连，所述电源检测模块用于检测第一电容C1的电压，开启本发明的启动电路及第一功率管Q1；
所述第一二极管D1的正极分别与辅助绕组NA的一端和第二电阻R2的一端相连，所述辅助绕组NA的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端和消磁检测模块的输入端相连，所述第三电阻R3的另一端接地，辅助绕组NA的信号通过第二电阻R2和第三电阻R3传输到消磁检测模块，在第一变压器的二次侧NS放电时,由于辅助绕组NA与第一变压器的二次侧NS的匝数比是固定的,所以通过辅助绕组NA可以检测第一变压器的二次侧NS的放电电压，通过第二电阻R2和第三电阻R3的分压信号得到的输出电压也就是第二电容C2的电压；
所述占空比调整模块的输出端与第一功率管Q1的第一端相连，所述第一功率管Q2的第二端通过第四电阻R4与接地端相连，第一功率管Q1的第三端与第一变压器的一次侧NP相连，第一变压器的二次侧NS的一端与第二二极管D2的正极相连，第二二极管D2的负极通过第二电容C2与第一变压器的二次侧NS的另一端相连。
所述第二电容与待启动的充电器并联连接。
所述占空比调整模块包括充电模块、放电模块、第三电容、第一比较器、基准电压源和占空比输出模块，所述充电模块通过第三电容与接地端相连，所述充电模块与放电模块相连，所述充电模块靠近放电模块的一端与第一比较器的负极输入端相连，所述基准电压源与第一比较器的正极输入端相连，所述占空比输出模块与第一比较器的输出端相连。
消磁检测模块通过检测第二电阻，第三电阻的分压信号获得第一变压器的二次侧的消磁占空比信息，用于控制占空比调整模块的放电控制，在第一变压器的二次侧的消磁时间内，占空比调整模块的放电模块启动，以固定电流给占空比调整模块的第三电容放电，在消磁期间，第三电容的电压会从电压最高值放电到电压最低值，电压最高值为高于参照的电压值，电压最低值为低于参照的电压值，当第一变压器的二次侧的电流消磁结束时，放电结束，占空比调整模块的充电模块启动，给占空比调整模块的第三电容充电，如图4，第三电容的电压从电压最低值开始充电，以固定电流充电，第三电容的电压上升到参照的电压值时，第一功率管开启，直到第四电阻的电压值超过过流电压值时，第一功率管关断，进入下一个消磁周期，如此实现了消磁时间与非消磁时间完全一致，实现了消磁占空比D＝1：1。
第一变压器的二次侧的输出恒流表达式为：
IOUT＝D*IS*0.5(1)；
IS＝n*IP(2)；
IP＝V/R(3)；
IOUT＝0.5*D*V/R(4)；其中IS为第一变压器的二次侧NS的电流，反激应用中，副边消磁电流是线性降低的,本发明工作在断续工作模式，副边消磁电流线性降低到零，所以副边电感消磁电流等于输出电流IOUT，所以IOUT＝D*IS*0.5。
IP为第一变压器的一次侧NP的电流，D为消磁占空比，V为第一变压器的一次侧的峰值电流的阈值电压，R为第四电阻的阻值。
所述辅助绕组与第一变压器的二次侧的匝数比为K，K为常数。
所述第一功率管为三极管或者MOS管。
所述启动电路的开启电压值为V1，启动电路的欠压值为V2，电源检测模块的启动电压值为V3，其中V1>V3>V2。
本实施例中，启动电路的开启电压值为V1，启动电路的欠压值为V2，电源检测模块的启动电压值为V3，辅助绕组通过第一二极管提供的电压为V4，所述辅助绕组与第一变压器的二次侧的匝数比为K，第一变压器的二次侧的输出电压为Vout，具体关系如下：
V1＝V2+8，V1与V2相差8V；
V1＝V3+6，V1与V3相差6V，V3比V2高2V；当电源电压降到V3时,电源检测模块启动，增加输出电流，加速启动，而此时离欠压保护点差2V，利用V3降到V2的时间，对输出加速启动；
V4＝Vout*K。
当第一电容两端的电压值下降为V3时，电源检测模块启动，改变占空比调整模块的放电下限，第三电容的放电波形如图5所示，VH为第三电容的高电平,VL1为正常的第三电容的放电后的低电平,VL为校正的第三电容的放电后的低电平,第三电容的放电时间增加，消磁占空比大于1，本发明设置占空比为D1，D1为大于1的值，由(4)式可以得出第一变压器的二次侧的输出电流增加，当第一电容的电压在V3与V2之间时，第一变压器的二次侧的消磁占空比大于1，第一变压器的二次侧的输出电流能力大于占空比为1时的输出电流；充电器的最大输出功率的电流都是按照占空比设计，所以以输出最大功率时的电流进行启动时，由于电源消耗，导致第一电容的电压下降，降到V3时，第一变压器的二次侧的输出电流能力增强，第二电容可以获得更多能量，进行启动，保证了超重负载的正常启动。
请参照图2-图6，本发明的实施例二为：
为了继续增加超重载启动，在实施例一的基础上，本发明还设置了另一个用于加速启动的输出检测模块，所述输出检测模块的输入端与第二电阻靠近第三电阻的一端相连，所述输出检测模块的输出端与占空比调整模块的第三输入端相连，所述启动电路的最大输出功率时的电压设为Voutmax，输出检测模块在检测到输出电压为0.5*Voutmax时，输出检测模块开始控制占空比调整模块，波形如图6所示，VH为第三电容的高电平,VL为正常的第三电容的放电后的低电平,控制占空比调整模块的放电速度，放电电流增加到k*I，实施例二中，k＝1.2,由关系式(4)可以得出输出电流增加了1.2倍。图5为电源检测模块起作用时的波形，电源检测模块起作用时，放电的低电平被钳位到VL，而电源检测模块不起作用时，会放电到VL1。
实现了在输出电压低于0.5*Voutmax，控制占空比调整模块的放电速度，放电电流增加到k*I，实施例二中，k＝1.2,由关系式(4)可以得出输出电流增加了1.2倍，多余的0.2倍的电流，为快速启动时的加速电流，大大缩短了输出由0到0.5*Voutmax的启动时间，实现了超重载启动。
综上所述，本发明提供的一种启动电路，电源输入端通过第一电阻，给第一电容进行充电，当第一电容的电压超过启动电路的开启电压，第一功率管导通，通过第一变压器将能量传输到第一变压器的二次侧及辅助绕组，第二电容电压开始逐步上升，第一电容的电压由于电路内部电流的消耗，第一电容的电压开始逐步降低，当第一电容的电压降低到电源检测模块的启动电压时，在不改变第一变压器的一次侧的峰值电流的情况下,改变占空比调整模块的放电下限，使得二次侧的消磁占空比变大，第一变压器的输出电流增加,增加了额外的充电电流,使得满载的启动电流与最大输出功率时的电流保持一致，最大重载可以正常启动。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种启动电路，其特征在于，包括电源输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、辅助绕组、第一变压器、第一功率管、电源检测模块、消磁检测模块和占空比调整模块；
所述第一电阻的一端与电源输入端相连，所述第一电阻的另一端分别与第一电容的一端、第一二极管的负极以及电源检测模块的一端相连；
所述电源检测模块的另一端与占空比调整模块的第一输入端相连，所述占空比调整模块的第二输入端与消磁检测模块的输出端相连；
所述第一二极管的正极分别与辅助绕组的一端和第二电阻的一端相连，所述辅助绕组的另一端接地，所述第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端和消磁检测模块的输入端相连，所述第三电阻的另一端接地；
所述占空比调整模块的输出端与第一功率管的第一端相连，所述第一功率管的第二端通过第四电阻与接地端相连，第一功率管的第三端与第一变压器的一次侧相连，第一变压器的二次侧的一端与第二二极管的正极相连，第二二极管的负极通过第二电容与第一变压器的二次侧的另一端相连；
还包括输出检测模块，所述输出检测模块的输入端与第二电阻靠近第三电阻的一端相连，所述输出检测模块的输出端与占空比调整模块的第三输入端相连；
所述占空比调整模块包括充电模块、放电模块、第三电容、第一比较器、基准电压源和占空比输出模块，所述充电模块通过第三电容与接地端相连，所述充电模块与放电模块相连，所述充电模块靠近放电模块的一端与第一比较器的负极输入端相连，所述基准电压源与第一比较器的正极输入端相连，所述占空比输出模块与第一比较器的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种启动电路，其特征在于，所述第二电容与待启动的充电器并联连接。
3.根据权利要求1所述的一种启动电路，其特征在于，所述辅助绕组与第一变压器的二次侧的匝数比为K，K为常数。
4.根据权利要求1所述的一种启动电路，其特征在于，所述第一功率管为三极管或者MOS管。
5.根据权利要求1所述的一种启动电路，其特征在于，所述启动电路的开启电压值为V1，启动电路的欠压值为V2，电源检测模块的启动电压值为V3，其中V1>V3>V2。
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