CN108964436B - 一种开关电源启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关电源启动电路，包括直流输入电压端口、电压比较判断模块、控制开关以及电压输出模块，直流输入电压端口输入连接电压比较判断模块，电压比较判断模块控制连接控制开关的控制端，当直流输入电压小于启动门槛电压时，控制开关导通，充电电容的充电一端接地，启动电路的电压输出端不输出电压，PWM控制器不工作，并且，始终处于停止状态，并不会因为电压的波动或者电流的变化而使PWM控制器运行，避免了因电流的变化使PWM控制器长时间处于循环启停状态，进而避免PWM控制器芯片损坏，提升了控制器的使用寿命，并且使DC/DC开关电源正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关电源启动电路。
背景技术
在风力发电变桨系统中，输入电源是三相400V交流输入电源或后备直流高压电源(一般是蓄电池或超级电容)，而设计DC/DC开关电源时首先需要低压电源给PWM控制器供电，这样开关电源才能正常工作。通常使用的办法是通过限流电阻直接从输入的高电压中获取能量并把高压电源转换成低压电源。现有的我们通常应用的开关电源启动电路实施例电路原理图如图1所示，VBUS为输入的直流母线电压，也称为直流输入电压，该电压可以是三相400V交流输入电源通过整流滤波电路得到的直流高压电源或外部输入的后备直流高压电源；VCC为低压电源，即为PWM控制器的供电电源，那么，VCC输出供电连接PWM控制器。直流母线上电后，中心点电压VCEN(VCEN电压值可为VBUS电压值的二分之一)通过限流电阻R12对电解电容C13充电，当直流母线电压VBUS上升到启动门槛电压Von时，电阻R12对电容C13的充电电流大于PWM控制器的工作电流，PWM控制器由于VCC的作用而运行工作，PWM控制器输出驱动脉冲给DC/DC转换模块，DC/DC开关电源各路输出电压建立，此时其中一路输出电压通过整流二极管D11给PWM控制器提供能量，如图1所示。其中R11为均压电阻，阻值和限流电阻R12阻值相同；电容C11和C12为直流母线滤波电容；ZD11为稳压二极管，起到限制PWM控制器最高电压的作用。在电源启动过程中图1所述的电路有下述缺陷。
直流母线上电时，中心点电压VCEN通过限流电阻R12对电解电容C13充电，中心点电压VCEN是从零开始上升，那么，电容C13的电压也是从零开始上升，当电容C13的电压上升到PWM控制器的开启电压后，PWM控制器开始工作。由于PWM控制器的工作电流大于中心点电压VCEN对C13的充电电流，所以当PWM控制器一开始工作，就需要较大的工作电流，电容C13就需要向PWM控制器放电以补充PWM控制器的工作电流，电容C13上的电压就开始下降，当电压下降到PWM控制器欠压关断电压时，PWM控制器停止工作，一旦PWM控制器停止工作，电容C13上的电压又开始上升，在母线电压达到启动门槛电压Von之前，PWM控制器一直处于启动-停止-启动-停止状态，直到母线电压达到或高于开启电压Von，中心点电压VCEN对电容C13的充电电流才大于PWM控制器的工作电流，PWM控制器才能正常启动，DC/DC开关电源才能正常工作。如果母线电压一直低于启动门槛电压Von，PWM控制器就会长时间处于循环启停状态，这将很容易导致PWM控制器芯片损坏，DC/DC开关电源不能正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电源启动电路，用以解决现有的启动电路在输入直流电压低于启动门槛电压时，PWM控制器长时间处于循环启停状态的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种开关电源启动电路，包括直流输入电压端口和电压输出模块，所述电压输出模块包括充电电容，所述直流输入电压端口输出连接充电电容，所述充电电容的充电一端为所述启动电路的电压输出端，所述充电电容的另一端接地，所述启动电路还包括电压比较判断模块和控制开关，所述充电电容与所述控制开关并联，所述直流输入电压端口输入连接电压比较判断模块，电压比较判断模块控制连接所述控制开关的控制端，用于当直流输入电压小于启动门槛电压时，控制所述控制开关导通，当直流输入电压大于或者等于启动门槛电压时，控制所述控制开关断开。
所述电压比较判断模块包括一条分压采样支路，所述直流输入电压端口输出连接所述分压采样支路，所述分压采样支路的分压端用于控制连接所述控制开关的控制端。
所述分压采样支路并联连接有一个可调基准源，所述分压采样支路的分压端输出连接所述可调基准源的参考端，所述可调基准源与直流输入电压端口之间的连接点输出连接所述控制开关的控制端。
所述可调基准源与直流输入电压端口之间的连接点与所述控制开关的控制端之间的连接线路上串设有第一稳压管，所述第一稳压管与所述控制开关的控制端之间设置有一个偏置电阻。
所述直流输入电压端口通过第一限流电阻输出连接所述充电电容。
所述直流输入电压端口通过第二限流电阻连接所述可调基准源。
所述电压输出模块还包括第二稳压管，所述第二稳压管与所述充电电容并联。
所述控制开关为三极管。
本发明提供的开关电源启动电路中，设置有电压比较判断模块和控制开关，电压比较判断模块用于对直流输入电压进行判断，将其与启动门槛电压进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，当直流输入电压小于启动门槛电压时，控制开关导通，启动电路的电压输出端不输出电压，PWM控制器不工作，并且，始终处于停止状态，并不会因为电压的波动或者电流的变化而使PWM控制器运行，避免了因电流的变化使PWM控制器长时间处于循环启停状态，进而避免PWM控制器芯片损坏，提升了控制器的使用寿命，并且使DC/DC开关电源正常工作。
而且，当直流输入电压大于或者等于启动门槛电压时，控制开关断开，直流输入电压为充电电容充电，在开始为充电电容充电时，直流输入电压并非是从零开始增大，而使直接有一定的电压值，是启动门槛电压，会给PWM控制器提供足够大的启动电流，使PWM控制器立即能够正常启动运行，进一步避免因电流的变化使PWM控制器长时间处于循环启停状态。
附图说明
图1是现有的开关电源启动电路图；
图2是本发明提供的开关电源启动电路的整体结构示意图；
图3是本发明提供的开关电源启动电路的一种具体实施方式的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图2所示，开关电源启动电路主要包括以下四部分，分别是直流输入电压端口、电压比较判断模块、控制开关以及电压输出模块，其中，直流输入电压端口用于连接直流电源，可以是直流电压或交流经整流滤波后的电压，这一部分在背景技术中给出说明，这里就不再赘述。直流输入电压端口输入连接电压比较判断模块，电压比较判断模块用于将直流输入电压端口的直流输入电压VBUS与启动门槛电压Von做比较，根据比较结果输出相应的控制信号，电压比较判断模块控制连接控制开关的控制端，根据输出的控制信号来相应控制控制开关的导通或者关断：当直流输入电压VBUS小于启动门槛电压Von时，控制开关导通，当直流输入电压VBUS大于或者等于启动门槛电压Von时，控制开关断开。
如图2所示，电压输出模块包括充电电容，充电电容与控制开关并联，直流输入电压端口还输出连接该充电电容，用于为充电电容充电，进一步地，直流输入电压端口与充电电容之间通常设置有限流电阻。充电电容的充电一端为该启动电路的电压输出端，用于为PWM控制器提供工作电压VCC，充电电容的另一端接地。也就是说，通常情况下直流输入电压端口与电压输出端之间不直接连接，而是通过限流电阻连接。
电压比较判断模块可以是控制芯片，通过内部加载的软件程序实现电压的比较以及控制信号的输出，当然，电压比较判断模块还可以采用硬件电路的形式来实现相同的功能，本实施例给出一种具体的电路结构，如图3所示。另外，控制开关为电控型开关管，比如三极管、MOSFET或者IGBT等等，本实施例以三极管为例，进一步为NPN型三极管。因此，以下结合图3给出启动电路的一种具体电路结构。
如图3所示，可以在电路中设置一个中心点电压端，该中心点电压端的电压为中心点电压VCEN，中心点电压VCEN相当于直流输入电压VBUS的分压点，直流输入电压端口通过均压电阻R11、R14和R17连接中心点电压端，均压电阻R11、R14和R17并联连接。因此，中心点电压VCEN对相关电容的充电相当于直流输入电压VBUS对电容的充电。
电压比较判断模块包括分压采样支路11、可调基准源IC11、稳压管ZD11、偏置电阻R16和电容C11。分压采样支路11的一端连接中心点电压端，另一端接地，分压采样支路11由分压电阻R12和分压电阻R13串联构成，分压电阻R12和分压电阻R13之间的串联连接端，即分压端为该分压采样支路的输出端，输出分得的电压。当然，图3中，分压采样支路11是二个电阻串联连接，作为其他的实施例，分压采样支路也可以是由更多个电阻串联连接，并不限于二个电阻。
分压采样支路11与可调基准源IC11并联设置，其中，分压采样支路11的输出端连接至可调基准源IC11的参考端，中心点电压端通过限流电阻R15连接可调基准源IC11的阴极端，可调基准源IC11的阳极端接地。可调基准源IC11的阴极端还连接至稳压管ZD11的阴极端，稳压管ZD11的阳极端连接三极管Q11的控制端，即基极。稳压管ZD11的阳极端通过偏置电阻R16接地，稳压管ZD11的阳极端还通过电容C11接地。
三极管Q11的集电极连接稳压管ZD12的阴极端，中心点电压端通过限流电阻R18连接三极管Q11的集电极，三极管Q11的发射极接地。稳压管ZD12的阳极端接地，充电电容C12与稳压管ZD12并联，充电电容C12为电解电容，滤波电容C13与稳压管ZD12并联，稳压管ZD12的阴极端为启动电路的电压输出端，用于为PWM控制器提供低压工作电压VCC。
作为具体的实施方式，均压电阻R11的阻值和分压电阻R12的阻值可以相同，均压电阻R14的阻值和限流电阻R15的阻值可以相同，均压电阻R17的阻值和限流电阻R18的阻值可以相同。
该启动电路的工作过程如下所述：
给启动电路上电后，当直流输入电压VBUS小于设定的启动门槛电压Von时，分压采样支路的输出电压小于可调基准源IC11的参考电压，可调基准源IC11截止，中心点电压VCEN通过限流电阻R15向三极管Q11提供能量，稳压管ZD11导通，从而经稳压管ZD11在偏置电阻R16上产生一个电压，三极管Q11基极有电流流过，三极管Q11饱和导通。由于三极管Q11导通把稳压管ZD12阴极端电位拉低到零伏，则稳压管ZD12截止，PWM控制器供电电源VCC电压为零伏，PWM控制器不工作，并且，PWM控制器始终处于停止状态，并不会因为电压的波动或者电流的变化而使PWM控制器运行，避免了因电流的变化使PWM控制器长时间处于循环启停状态，进而避免PWM控制器芯片损坏，提升了控制器的使用寿命，并且使DC/DC开关电源正常工作。
当直流输入电压VBUS达到或高于设定的启动门槛电压Von时，分压采样支路的输出电压大于可调基准源IC11的参考电压，可调基准源IC11导通，可调基准源IC11的阴极端电位拉低到零伏，稳压管ZD11截止，从而使三极管Q11的基极电位降低而截止。由于三极管Q11截止，中心点电压VCEN通过限流电阻R18对充电电容12充电，稳压管ZD12导通，VCC电压值为稳压管ZD12反向击穿电压值，供电电源VCC向PWM控制器提供低压直流工作电源，并且，在三极管截止时，中心点电压VCEN具有较大的电压，突然为充电电容12供电时，能够产生较大的启动电流，在足够大的启动电流下，PWM控制器能够正常工作。然后，PWM控制器输出脉冲宽度调制信号控制DC/DC功率转换模块中的开关管正常工作，DC/DC开关电源各路输出电压建立，此时其中一路输出电压通过整流二极管给PWM控制器提供能量，从而实现DC/DC开关电源稳定输出，这一部分属于现有技术，这里只简单进行说明。
所以，分压采样支路对直流输入电压VBUS进行取样检测，在低于设定启动电压门槛值Von时，三极管的基极有电压，VCC的电压为零伏，PWM控制器停止工作；在达到或者大于设定启动电压门槛值Von时，三极管的基极被拉低到零伏，三极管截止，通过限流电阻给PWM控制器提供足够的启动电流，PWM控制器正常工作。并且，图3所示的开关电源启动电路只使用三极管、稳压管和电阻电容等器件，结构简单，成本低廉，完全硬件实现，解决了高压电源启动过程中有可能引起的PWM控制芯片损坏问题，保证了DC/DC开关电源稳定可靠工作。
以上给出了开关电源启动电路的具体电路结构，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于开关电源启动电路基本控制原理，在满足该原理的基础上，对图3所示的电路进行等效替换，或者将其中某些无关器件删除也在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种开关电源启动电路，包括直流输入电压端口和电压输出模块，所述电压输出模块包括充电电容，所述直流输入电压端口输出连接充电电容，所述充电电容的充电一端为所述启动电路的电压输出端，所述充电电容的另一端接地，其特征在于，所述启动电路还包括电压比较判断模块和控制开关，所述充电电容与所述控制开关并联，所述直流输入电压端口输入连接电压比较判断模块，电压比较判断模块控制连接所述控制开关的控制端，用于当直流输入电压小于启动门槛电压时，控制所述控制开关导通，当直流输入电压大于或者等于启动门槛电压时，控制所述控制开关断开，直流输入电压为充电电容充电，在开始为充电电容充电时，直流输入电压为启动门槛电压，使PWM控制器立即能够正常启动运行。
2.根据权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述电压比较判断模块包括一条分压采样支路，所述直流输入电压端口输出连接所述分压采样支路，所述分压采样支路的分压端用于控制连接所述控制开关的控制端。
3.根据权利要求2所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述分压采样支路并联连接有一个可调基准源，所述分压采样支路的分压端输出连接所述可调基准源的参考端，所述可调基准源与直流输入电压端口之间的连接点输出连接所述控制开关的控制端。
4.根据权利要求3所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述可调基准源与直流输入电压端口之间的连接点与所述控制开关的控制端之间的连接线路上串设有第一稳压管，所述第一稳压管与所述控制开关的控制端之间设置有一个偏置电阻。
5.根据权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述直流输入电压端口通过第一限流电阻输出连接所述充电电容。
6.根据权利要求3所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述直流输入电压端口通过第二限流电阻连接所述可调基准源。
7.根据权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述电压输出模块还包括第二稳压管，所述第二稳压管与所述充电电容并联。
8.根据权利要求1所述的开关电源启动电路，其特征在于，所述控制开关为三极管。
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