CN111682747A - 开关电源的启动电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源的启动电路及开关电源，涉及电子电路设计技术领域，其中，开关电源的启动电路包括：工作电路，用于接收启动信号和发送控制信号；阈值控制电路，所述阈值控制电路连接所述工作电路，用于发送所述启动信号至所述工作电路，还用于控制工作电路的启动阈值；切换电路，所述切换电路分别与所述阈值控制电路和所述工作电路连接，用于接收来自所述工作电路的控制信号，还用于切换所述阈值控制电路的接入状态。本发明能够通过阈值控制电路提高开关电源的启动电路启动阈值，当正常启动后通过切换电路将上述阈值控制电路短路，从而实现在开关电源启动时提高开关电源工作电路的启动电压。

Description

开关电源的启动电路及开关电源

技术领域

本发明涉及电子电路设计技术领域，尤其是涉及一种开关电源的启动电路及开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术稳定输出电压的一种电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源中一个关键的组成部分就是开关电源的启动电路，开关电源的启动电路的好坏对于开关电源来说至关重要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种开关电源的启动电路，能够通过阈值控制电路提高开关电源的启动电路启动阈值，当正常启动后通过切换电路将上述阈值控制电路短路，使开关电源的启动电路输出端所接电路能够得到瞬间高电压，从而实现在开关电源的启动电路启动时提高开关电源的启动电压。

根据本发明的第一方面实施例的开关电源的启动电路，包括：工作电路，用于接收启动信号和发送控制信号；阈值控制电路，所述阈值控制电路连接所述工作电路，用于发送所述启动信号至所述工作电路，还用于控制工作电路的启动阈值；切换电路，所述切换电路分别与所述阈值控制电路和所述工作电路连接，用于接收来自所述工作电路的控制信号，还用于切换所述阈值控制电路的接入状态。

根据本发明实施例的开关电源的启动电路，至少具有如下有益效果：能够通过阈值控制电路提高开关电源的启动电路启动阈值，当正常启动后通过切换电路将上述阈值控制电路短路，从而实现在开关电源的启动电路启动时提高开关电源的启动电压。

根据本发明的一些实施例，还包括供电电路，所述供电电路分别连接所述阈值控制电路和所述切换电路，用于提供电能。

根据本发明的一些实施例，所述阈值控制电路包括稳压单元，所述稳压单元分别与所述供电电路和所述切换电路连接，用于控制启动阈值。

根据本发明的一些实施例，所述供电电路包括输入单元、第一开关单元和储能单元，所述输入单元、所述第一开关单元和所述储能单元依次连接，所述储能单元分别与所述稳压单元和所述切换电路连接，所述输入单元用于提供电源连接，所述第一开关单元用于控制所述储能单元的充电状态，所述储能单元用于储存电能。

根据本发明的一些实施例，所述第一开关单元包括第一稳压二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻，所述第一电阻第一端和所述第二电阻第一端均与所述输入单元连接，所述第一电阻第二端分别与所述第一稳压二极管第二端和所述第一开关管栅极连接，所述稳压二极管第一端接地，所述第二电阻第二端连接所述第一开关管漏极，所述第一开关管源极连接所述储能单元。

根据本发明的一些实施例，所述切换电路包括第二开关单元，所述切换电路包括第二开关单元，所述第二开关单元分别与所述储能单元、所述稳压单元和所述工作电路连接，用于控制所述阈值控制电路的接入状态。

根据本发明的一些实施例，所述第二开关单元包括第一三极管、第二开关管和第三电阻，所述第一三极管发射极接地，所述第一三极管集电极分别与所述第二开关管栅极和所述第三电阻第一端连接，所述第三电阻第二端、所述第二开关管源极均与储能单元连接，所述第二开关管漏极分别与所述稳压单元和所述工作电路连接。

根据本发明的一些实施例，所述供电电路包括输入单元和储能单元，所述输入单元连接所述储能单元，所述储能单元分别与所述稳压单元和所述切换电路连接，所述输入单元用于输入电压，所述储能单元用于储存电能。

根据本发明的一些实施例，所述切换电路包括第二三极管和第三三极管，所述第二三极管发射极接地，所述第二三极管基极与所述工作电路连接，所述第二三极管集电极连接所述第三三极管基极，所述第三三极管发射极连接所述储能单元，所述第三三极管集电极分别与所述稳压单元和所述工作电路连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一结构示意图；

图3是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一结构示意图；

图4是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一结构示意图；

图5是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的电路原理图；

图6是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一电路原理图。

附图标记：

供电电路100、阈值控制电路200、切换电路300、工作电路400、稳压单元 201、输入单元101、第一开关单元102、储能单元103、第二开关单元301。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的结构示意图；

在一些实施例中，开关电源的启动电路包括工作电路400、阈值控制电路200、切换电路300，其中工作电路400用于接收启动信号和发送控制信号；阈值控制电路200连接上述工作电路400，用于发送上述启动信号至上述工作电路 400，还用于控制工作电路400的启动阈值；切换电路300连接上述工作电路400，用于接收来自上述工作电路400的控制信号，切换电路300还与供电电路100 和阈值控制电路200连接，还用于切换上述阈值控制电路200的接入状态。上述切换电路300连接上述工作电路400，用于接收来自上述工作电路400的控制信号，还用于切换所述阈值控制电路200的接入状态。

本实施例能够通过阈值控制电路提高开关电源的启动电路启动阈值，当正常启动后通过切换电路将上述阈值控制电路短路，使开关电源的启动电路输出端所接电路能够得到瞬间高电压，从而实现在开关电源的启动电路启动时提高开关电源的启动电压；同时本实施例对开关电源的启动电路合理分区，能够使每个部分都起到应有的作用，并且电路构成简单，有利于后期维护，节省人力成本投入。

在一些实施例中，开关电源的启动电路中还包括了还包括供电电路100，上述供电电路分别连接所述阈值控制电路和所述切换电路，用于提供电能。上述供电电路100可以为电路设计时设计到开关电源的启动电路内部的电路，也可以是外界的供电电路。

参照图2是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一结构示意图。在一些实施例中，上述阈值控制电路200包括稳压单元201，上述稳压单元201分别与上述供电电路100和上述切换电路300连接，用于控制启动阈值，本实施例中通过上述稳压单元201提供反向电压，在上述工作电路400启动后能够在自身启动电压的基础上累积上述反向电压，从而通过阈值控制电路200达到提高启动电压的作用。

参照图3是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一结构示意图；

在一些实施例中，上述供电电路100包括输入单元101、第一开关单元102 和储能单元103，上述输入单元101、第一开关单元102和储能单元103依次连接，其中储能单元103分别与上述稳压单元201和上述切换电路300连接，其中输入单元101用于提供电源连接，上述第一开关单元102用于控制储能单元103 的充电状态，其中储能单元103用于储存电能。

本实施例能够为整个开关电源的启动电路提供电能支持，也是整个开关电源的启动电路能够正常启动工作的基础，本实施例中电路单元设计简单、易于实现，实用性强。

参照图4是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一结构示意图；

在一些实施例中，上述切换电路300包括第二开关单元301，上述第二开关单元301连接上述储能单元103和上述工作电路400，用于控制上述阈值控制电路200的接入或接出，可以理解的，在上述工作电路400正常工作后，工作电路 400会发送控制信号给本实施例中的切换电路300，使切换电路300工作后短路掉上述阈值控制电路200，从而使工作电路400的瞬间启动电压能够达到自身启动阈值电压和阈值控制电路提供电压的总和，从而提高了开关电源的启动电路能够提供的启动电压的能力。

参照图5是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的电路原理图；

在一些实施例中，上述第一开关单元102包括第一稳压二极管ZD1、第一开关管G1、第一电阻R1、第二电阻R2，其中，第一电阻R1第一端和第二电阻R2 第一端均与上述输入单元101连接，上述第一电阻R1第二端分别与第一稳压二极管ZD1第二端和第一开关管G1栅极连接，稳压二极管ZD1第一端接地，上述第二电阻R2第二端连接第一开关管G1漏极，第一开关管G1源极连接上述储能单元103。

具体的，通过第一稳压二极管ZD1控制第一开关管G1对上述储能单元103 进行充电。

为了便于理解本实施例中的工作原理，假设上述工作电路400的启动阈值电压为V1，工作电路400的欠压关断电压为V2，阈值控制电路200能够提高阈值的电压值为V3，当开关电源的启动电路进行启动时，工作电路400瞬间电压为 V1+V3，此时储能单元103两端电压也为V1+V3，在工作电路400启动之后，发送控制指令给上述切换电路300，切换电路300接收到指令后把上述阈值控制电路200短路掉，工作电路400由开关电源的启动电路提供的供电电压V1+V3下降到欠压关断电压V2情况时所用的时间比没有阈值控制电路200时的所用时间远远增多，原因在于此时假设储能单元103两端的电压从V1+V3下降到V2的时间为t1，储能单元103两端的电压从V1下降到V2的时间为t2，根据电容储能与电压平方成正比，则t1>t2，通过上述阈值控制电路提高启动电压，也使得开关电源的启动电路可用点能量大大增加，其中电容储能可利用公式表示： Q＝0.5*U²*C，其中，Q表示第一电容C1的储能，U表示第一电容C1的两端电压，C表示第一电容C1的电容值，一些实施例中，上述切换电路300包括第二开关单元301上述第二开关单元301连接上述储能单元103和上述工作电路 400，用于控制上述阈值控制电路200的接入状态。参照图5，上述第二开关单元301包括第一三极管Q1、第二开关管G2和第三电阻R3，上述第一三极管Q1 发射极接地，第一三极管Q1集电极分别与上述第二开关管G2栅极和第三电阻 R3第一端连接，第三电阻R3第二端、第二开关管G2源极均与储能单元103连接，上述第二开关管G2漏极分别与上述稳压单元201和上述工作电路400连接。，上述切换电路300能够接收上述工作电路400的控制指令，控制第一三极管Q1 导通，从而使第二开关管G2导通，把上述阈值控制电路200短路掉，从而使开关电源的启动电路能够提供的启动电压达到最大，并且能够使开关电源的启动电路可利用的能量大大增大。

具体的，上述稳压单元201包括第二稳压二极管ZD2，上述第二稳压二极管 ZD2第一端连接上述第二开关管G2漏极，第二稳压二极管ZD2第二端连接上述第二开关管G2源极，能够在上述工作电路400被上述切换电路300短路后，为工作电路400提供额外的启动阈值电压。

具体的，上述储能单元103包括第一电容C1，在初始条件下，第一电容C1 两端电压为0，输入电压Vin通过第一电阻R1、第一稳压二极管ZD1在第一开关管G1的栅极产生高电平，因本实施例中使用的第一开关管G1为N沟道开关管，根据N沟道开关管固有属性，在第一开关管G1栅极存在高电平时，第一开关管 G1导通，输入电压通过第二电阻R2为上述第一电容C1充电，假设第一电容C1 上的电压Vc1、第二稳压二极管ZD2上的反向电压为V3，当第一电容C1上的电压Vc1大于第二稳压二极管ZD2上的反向电压V3时，工作电路400中的电压为Vc1-V3，当该电压Vc1-V3的值达到工作电路400的启动阈值电压V1时，上述工作电路400启动，此时工作电路400给出控制信号使第一三极管Q1导通，同时打开第二开关管G2，此时阈值控制电路200被短路，使得工作电路400的电压瞬间值达到V1+V3，因电容储能与电压之间的固定关系即电容储能与电压的平方成正比，即Q＝0.5*U²*C，其中，Q表示第一电容C1的储能，U表示第一电容 C1的两端电压，C表示第一电容C1的电容值，使得第一电容C1的放电时间大大增长，也就是说，在启动电容值一定的情况下，本实施例中的电路能够大大延长工作电路400的单次启动工作时间，从另一个角度可以认为是在提供相同储能的情况下，可以降低第一电容C1的电容值，缩短电源上电启动时间或相同启动时间情况下增大启动电阻，可以节省必须使用大电容才能够实现高储能的缺点，能够实现提高启动电压的同时能够降低电路成本。

参照图是根据本发明一实施例提供的开关电源的启动电路的另一电路原理图；

在一些实施例中，上述供电电路400包括输入单元101和储能单元103，上述输入单元101连接上述储能单元103，储能单元103分别与上述稳压单元201 和切换电路300连接，其中，输入单元101用于输入电压，储能单元103用于储存电能。

具体的，输入单元101包括第四电阻R4，第四电阻R4的第一端连接电源输入端口Vin，第四电阻R4的第二端连接储能单元103，其中储能单元103包括第二电容C2，第二电容C2第一端连接上述第四电阻R4第二端，第二电容C2第二端接地，输入端Vin通过第四电阻R4为第二电容C2充电，假设上述工作电路400正常启动时的启动电压为V1，则工作电路正常启动时第二电容C2两端电压为V1。

在一些实施例中，上述切换电路300包括第二三极管Q2和第三三极管Q3，上述第二三极管Q2发射极接地，第二三极管Q2基极与上述工作电路400连接，第二三极管Q2集电极连接上述第三三极管Q3基极，上述第三三极管Q3发射极连接上述储能单元103，第三三极管Q3集电极分别与上述稳压单元201和上述工作电路400连接。，其中阈值控制电路200包括第三稳压二极管ZD3，上述第三三极管Q3集电极连接第三稳压二极管ZD3的第一端，第三三极管Q3发射极连接第三稳压二极管ZD3的第二端。

具体的，假设第三稳压二极管ZD3发现电压为V3，当开关电源的启动电路控制工作电路400启动后，会发送高电平控制信号给第二三极管Q2，同时和第二三极管Q2连通的第三三极管Q3导通，从而使上述稳压单元201被短路，此时工作电路400的瞬间电压达到V1+V3，因电容储能与电压之间的固定关系即电容储能与电压的平方成正比，即Q＝0.5*U²*C，其中，Q表示第一电容C1的储能，U表示第一电容C1两端的电压，C表示第一电容C1的电容值，在启动电容值一定的情况下，本实施例中的电路能够大大延长工作电路400的单次启动工作时间，在提供相同储能的情况下，可以降低第一电容C1的电容值，缩短电源上电启动时间或相同启动时间情况下增大启动电阻。

一些实施例中，提供了一种开关电源，其包括上述实施例中所描述的开关电源的启动电路，上述开关电源的启动电路用于启动上述开关电源，能够通过提高开关电源的启动电压，为开关电源提供足够的启动能量，从而提高提高开关电源的启动稳定性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.开关电源的启动电路，其特征在于，包括：

工作电路，用于接收启动信号和发送控制信号；

阈值控制电路，所述阈值控制电路连接所述工作电路，用于发送所述启动信号至所述工作电路，还用于控制工作电路的启动阈值；

切换电路，所述切换电路分别与所述阈值控制电路和所述工作电路连接，用于接收来自所述工作电路的控制信号，还用于切换所述阈值控制电路的接入状态。

2.根据权利要求1所述的开关电源的启动电路，其特征在于，还包括：

供电电路，所述供电电路分别连接所述阈值控制电路和所述切换电路，用于提供电能。

3.根据权利要求2所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述阈值控制电路包括稳压单元，所述稳压单元分别与所述供电电路和所述工作电路连接，用于控制工作电路的启动阈值。

4.根据权利要求3所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述供电电路包括输入单元、第一开关单元和储能单元，所述输入单元、所述第一开关单元和所述储能单元依次连接，所述储能单元分别与所述稳压单元和所述切换电路连接，所述输入单元用于提供电源连接，所述第一开关单元用于控制所述储能单元的充电状态，所述储能单元用于储存电能。

5.根据权利要求4所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一稳压二极管、第一开关管、第一电阻、第二电阻，所述第一电阻第一端和所述第二电阻第一端均与所述输入单元连接，所述第一电阻第二端分别与所述第一稳压二极管第二端和所述第一开关管栅极连接，所述稳压二极管第一端接地，所述第二电阻第二端连接所述第一开关管漏极，所述第一开关管源极连接所述储能单元。

6.根据权利要求4所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述切换电路包括第二开关单元，所述第二开关单元分别与所述储能单元、所述稳压单元和所述工作电路连接，用于控制所述阈值控制电路的接入状态。

7.根据权利要求6所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第一三极管、第二开关管和第三电阻，所述第一三极管发射极接地，所述第一三极管集电极分别与所述第二开关管栅极和所述第三电阻第一端连接，所述第三电阻第二端、所述第二开关管源极均与储能单元连接，所述第二开关管漏极分别与所述稳压单元和所述工作电路连接。

8.根据权利要求3所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述供电电路包括输入单元和储能单元，所述输入单元连接所述储能单元，所述储能单元分别与所述稳压单元和所述切换电路连接，所述输入单元用于输入电压，所述储能单元用于储存电能。

9.根据权利要求4所述的开关电源的启动电路，其特征在于，所述切换电路包括第二三极管和第三三极管，所述第二三极管发射极接地，所述第二三极管基极与所述工作电路连接，所述第二三极管集电极连接所述第三三极管基极，所述第三三极管发射极连接所述储能单元，所述第三三极管集电极分别与所述稳压单元和所述工作电路连接。

10.开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的开关电源的启动电路，所述开关电源的启动电路用于启动所述开关电源。

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