CN111799999A - 开关电源的启动电路、方法、开关电源和用电设备 - Google Patents

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Abstract

本公开公开了一种开关电源的启动电路、方法、开关电源和用电设备，涉及开关电源技术领域。开关电源包括至少一个控制电路，该启动电路包括：常闭开关；延时电路，被配置为将控制电路的电流信号延时至开关电源启动后，传输至常闭开关；变压器，包括原边绕组和至少一个副边绕组，其中，原边绕组通过常闭开关与交流电源端连接；以及至少一个整流滤波电路，该至少一个整流滤波电路与该至少一个副边绕组一一对应连接，并与该至少一个控制电路一一对应连接。本公开能够实现开关电源的启动，在开关电源启动后，常闭开关断开，交流电源端的信号不再流经启动电路中的变压器，避免了启动电路持续产生电能损耗。

Description

开关电源的启动电路、方法、开关电源和用电设备
技术领域
本公开涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种开关电源的启动电路、方法、开关电源和用电设备。
背景技术
AC(Alternating Current，交流电)-DC(Direct Current直流电)开关电源结构主要包括四个部分：以整流桥及储能电容为主的输入整流滤波电路部分、以高频变压器及MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)为主的斩波电路部分、以电源芯片为主的控制电路部分和以单向二极管及储能电容为主的输出电路整流滤波部分。
在AC-DC开关电源工作时，交流输入经过输入整流滤波电路传输至斩波电路，控制电路输出的信号控制斩波电路的MOSFET开关以使斩波电路工作，斩波电路的输出再经过输出整流滤波电路得到稳定的输出电压。只有控制电路正常工作后，开关电源才会有输出电压。而控制电路的电源芯片需要一定的电压才能工作。在电源正常工作时，电源芯片一般由开关电源的高频变压器的辅助绕组供电，而在开关电源启动过程中，辅助绕组不能提供稳定的电压，需要另一路电路为电源芯片供电。
发明内容
本公开要解决的一个技术问题是，提供一种开关电源的启动电路、方法、开关电源和用电设备，在开关电源启动后，避免启动电路持续产生电能损耗。
根据本公开一方面，提出一种开关电源的启动电路，其中，开关电源包括至少一个控制电路，启动电路包括：常闭开关；延时电路，被配置为将至少一个控制电路的电流信号延时至开关电源启动后，传输至常闭开关；变压器，包括原边绕组和至少一个副边绕组，其中，原边绕组通过常闭开关与交流电源端连接；以及至少一个整流滤波电路，与至少一个副边绕组一一对应连接，并与至少一个控制电路一一对应连接。
在一些实施例中，每个整流滤波电路包括：整流器，整流器的输入端与对应的副边绕组连接，被配置为将对应的副边绕组输出的交流信号整流为直流信号；以及稳压滤波电路，稳压滤波电路的输入端与整流器的输出端连接，稳压滤波电路的输出端与对应的控制电路连接，被配置为对对应的整流器输出的直流信号进行稳压滤波处理，并将处理后的直流信号输入至对应的控制电路的供电端。
在一些实施例中，延时电路包括电感器，其中，电感器的第一端与常闭开关连接；以及电感器的第二端与至少一个控制电路中的任意一个控制电路的电源端连接。
在一些实施例中，延时电路包括电感器，至少一个控制电路包括多个控制电路，其中，电感器的第一端与常闭开关连接；以及电感器的第二端与多个控制电路中的至少两个控制电路的电源端连接。
在一些实施例中，延时电路包括电阻器和第一电容器，其中，第一电容器通过电阻器与至少一个控制电路中的任意一个控制电路的电源端连接，且与常闭开关并联。
在一些实施例中，延时电路包括电阻器和第一电容器，至少一个控制电路包括多个控制电路，其中，第一电容器通过电阻器与多个控制电路中的至少两个控制电路的电源端连接，且与常闭开关并联。
在一些实施例中，常闭开关包括常闭继电器，其中，常闭继电器的线圈的第一端与延时电路连接，第二端接地；常闭继电器的第一触点与原边绕组的第一端连接，第二触点被配置为与交流电源端的第一端连接；以及原边绕组的第二端被配置为与交流电源端的第二端连接。
在一些实施例中，稳压滤波电路包括第二电容器，其中，第二电容器的第一端与对应的整流器的第一输出端连接，并与对应的控制电路的电源端连接；以及第二电容器的第二端与对应的整流器的第二输出端连接，并接地。
在一些实施例中，变压器的原边绕组与至少一个副边绕组中每个副边绕组的匝数比，根据对应的控制电路所需供电电压确定。
在一些实施例中，电感器的电感值，根据开关电源的启动时间确定。
在一些实施例中，第一电容器的电容值，根据开关电源的启动时间确定。
根据本公开的另一方面，还提出一种开关电源，包括上述的启动电路。
根据本公开的另一方面，还提出一种用电设备，包括上述的开关电源。
根据本公开的另一方面，还提出一种如上述的开关电源的启动电路的启动方法，包括：在开关电源启动过程中，常闭开关处于闭合状态；变压器将交流电源端输出的第一交流信号转换为至少一路第二交流信号，并将至少一路第二交流信号中的每一路第二交流信号传输至对应的整流滤波电路；至少一个整流滤波电路中的每个整流滤波电路将接收到的第二交流信号整流滤波为向对应控制电路供电的直流信号；以及在开关电源启动后，常闭开关处于断开状态。
本公开实施例中，在开关电源的启动过程中，常闭开关闭合，交流电源端的信号通过变压器变压后，输入至整流滤波电路进行整流滤波，整流滤波电路输出的直流信号输入至控制电路，控制电路的电源芯片或驱动芯片得电后，实现开关电源的启动。开关电源启动后，常闭开关断开，交流电源端的信号不再流经启动电路中的变压器，避免了启动电路持续产生电能损耗，该电路结构简单，增强了开关电源的可靠性。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1为本公开的开关电源的启动电路的一些实施例的结构示意图。
图2为本公开的开关电源的启动电路的另一些实施例的结构示意图。
图3为本公开的开关电源的启动电路的另一些实施例的结构示意图。
图4为本公开的开关电源的启动方法的一些实施例的流程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
相关技术中，通过串联电阻以母线电压分压的方式，在开关电源启动阶段为控制电路的电源芯片供电。当启动过程结束，变压器辅助绕组接管电源芯片供电工作时，增加的电阻仍然在消耗功率。并且，如果开关电源启动过程中需要为多个电源芯片同时上电，且每个电源芯片需要的工作电压都不相同，如果采用电阻分压会使功率损耗变大，这样就需要辅助电源来为这些电源芯片供电。
图1为本公开的开关电源的启动电路的一些实施例的结构示意图。该开关电源包括至少一个控制电路110，该启动电路包括常闭开关120、延时电路130、变压器140和至少一个整流滤波电路150。
延时电路130被配置为将至少一个控制电路110的电流信号延时至该开关电源启动后，传输至常闭开关120。
在一些实施例中，在开关电源启动后，常闭开关120才从闭合状态转换为导通状态。常闭开关120例如为常闭继电器。
在一些实施例中，延时电路130例如为电感器，或者为电阻器和第一电容器的组合。若延时电路130为电感器，则电感器的第一端与常闭开关连接，电感器的第二端与至少一个控制电路中的任意一个控制电路的电源端连接。若延时电路130为电阻器和第一电容器的组合，则第一电容器通过电阻器与至少一个控制电路中的任意一个控制电路的电源端连接，且与常闭开关并联。
若存在多个控制电路110，开关电源启动后，多个控制电路110的电源芯片由同一个高频变压器的对应的辅助绕组供电，因此，延时电路130可以仅与该多个控制电路110中的任意一个控制电路连接，减少连接电路线。
在一些实施例中，该电感器的第二端与多个控制电路中的至少两个控制电路的电源端连接，或者，第一电容器通过电阻器与多个控制电路中的至少两个控制电路的电源端连接。
变压器140包括原边绕组和至少一个副边绕组，其中，原边绕组通过常闭开关120与交流电源端连接。
至少一个整流滤波电路150与至少一个副边绕组一一对应连接，并与至少一个控制电路110一一对应连接。
控制电路110、整流滤波电路150、副边绕组的数目相同，即开关电源包括几个控制电路110，则启动电路包括几个整流滤波电路150，变压器140包括几个副边绕组。例如，若该开关电源包括一个控制电路110，则启动电路包括一个整流滤波电路150，变压器140包括一个副边绕组。副边绕组、整流滤波电路150和控制电路110依次电连接。
在一些实施例中，整流滤波电路150包括整流器和稳压滤波电路。整流器的输入端与对应的副边绕组连接，被配置为将对应的副边绕组输出的交流信号整流为直流信号。稳压滤波电路的输入端与整流器的输出端连接，稳压滤波电路的输出端与对应的控制电路连接，被配置为对对应的整流器输出的直流信号进行稳压滤波处理，并将处理后的直流信号输入至对应的控制电路的供电端。
在上述实施例中，在开关电源的启动过程中，常闭开关闭合，交流电源端的信号通过变压器变压后，输入至整流滤波电路进行整流滤波，整流滤波电路输出的直流信号输入至控制电路，控制电路的电源芯片或驱动芯片得电后，实现开关电源的启动。开关电源启动后，常闭开关断开，交流电源端的信号不再流经启动电路中的变压器，避免了启动电路持续产生电能损耗，该电路结构简单，增强了开关电源的可靠性。
图2为本公开的开关电源的启动电路的另一些实施例的结构示意图。该实施例中，开关电源中包括一个控制电路，常闭开关以常闭继电器为例，延时电路以电感器为例，稳压滤波电路以电容器为例进行介绍。
该启动电路包括常闭继电器J、电感器L、变压器T1、整流器U1、第二电容器C1。电感器L的第一端与常闭继电器J的线圈的第一端连接，电感器L的第二端与控制电路的电源端连接，例如，与芯片电源引脚连接。常闭继电器J的线圈的第二端接地。常闭继电器J的第一触点与变压器T1的原边绕组的第一端连接，第二触点被配置为与交流电源端的第一端1连接。原边绕组的第二端被配置为与交流电源端的第二端2连接。
在一些实施例中，电感器L的电感值，根据开关电源的启动时间确定，即在保证开关电源建立稳定输出电压之后，电感器L的电感达到饱和，使得常闭继电器J断开。例如，开关电源启动时间为100ms，则电感器L应保证延时时间大于100ms。
在一些实施例中，若延时电路采用电阻和第一电容器组合的模式，则第一电容器的电容值，根据开关电源的启动时间确定，利用电容器的充电实现延时。
变压器T1的副边绕组的两端分别与整流器U1的两个输入端连接，整流器U1的第一输出端与第二电容器C1的第一端连接，整流器U1的第二输出端与第二电容器C1的第二端连接，第二电容器C1的第一端与控制电路的电源端连接，第二电容器C1的第二端接地。
在一些实施例中，整流器U1例如为整流桥，整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。第一二极管D1的阳极作为整流桥的第一输入端，第一二极管D1的阴极作为整流桥的第一输出端，第二二极管D2的阴极作为整流桥的第二输入端，第二二极管D2的阳极作为整流桥的第二输出端，第三二极管D3的阳极与第二二极管D2的阴极连接，第三二极管D3的阴极与第一二极管D1的阴极连接，第四二极管D4的阴极与第一二极管D1的阳极连接，第四二极管D4的阳极与第二二极管D2的阳极连接。
在该实施例中，在开关电源未上电前及启动过程中，常闭继电器J处于闭合状态，即电源的交流输入通过常闭继电器J流入变压器T1，交流信号通过变压器T1原副边匝数比进行降压，电流流出变压器T1后，再经过整流器U1整流，再经过第二电容器C1滤波后得到适合控制电路的芯片工作的电压。在开关电源启动后，常闭继电器J处于断开状态，通过开关电源的高频变压器的辅助绕组供电，辅助绕组输出的电压也应在控制电路的芯片工作的电压范围之内。
在一些实施例中，如图2开关电源的高频变压器T2的辅助绕组的第一端与第五二极管D5的阳极连接，第五二极管D5的阴极与控制电路的供电端连接，高频变压器T2的辅助绕组的第二端接地。第五二极管D5起到单向截止的作用，即常闭继电器J闭合时，整流器U1输出的信号不会流入高频变压器T2，常闭继电器断开时，启动电路停止工作，第五二极管D5导通，控制电路由高频变压器T2的辅助绕组供电，避免启动电路持续产生电能损耗，该电路结构简单，可靠性高，提高了工作效率。
图3为本公开的开关电源的启动电路的另一些实施例的结构示意图。该实施例中，以两个控制电路为例进行介绍。
该启动电路中包括常闭继电器J、电感器L、变压器T1、整流器U1和U2、第二电容器C11和C12。电感器L的第一端与常闭继电器J的线圈的第一端连接，电感器L的第二端与任意一个控制电路的电源端连接。常闭继电器J的线圈的第二端接地。常闭继电器J的第一触点与变压器T1的原边绕组的第一端连接，第二触点被配置为与交流电源端的第一端连接。原边绕组的第二端被配置为与交流电源端的第二端连接。
变压器T1的第一个副边绕组的两端分别与整流器U1的两个输入端连接，整流器U1的第一输出端与第二电容器C11的第一端连接，整流器U1的第二输出端与第二电容器C11的第二端连接，第二电容器C11的第一端与第一个控制电路的电源端连接，第二电容器C11的第二端接地。
变压器T1的第二个副边绕组的两端分别与整流器U2的两个输入端连接，整流器U2的第一输出端与第二电容器C12的第一端连接，整流器U2的第二输出端与第二电容器C12的第二端连接，第二电容器C12的第一端与第二个控制电路的电源端连接，第二电容器C12的第二端接地。
在一些实施例中，变压器的原边绕组与至少一个副边绕组中每个副边绕组的匝数比，根据对应的控制电路所需供电电压确定。即变压器T1输出的电压经过整流滤波后能够满足各个芯片的需求。
在一些实施例中，开关电源的高频变压器T2包括两个辅助绕组。第一个辅助绕组的第一端与第五二极管D5的阳极连接，第五二极管D5的阴极与第一个控制电路的供电端连接，第一个辅助绕组的第二端接地。第二个辅助绕组的第一端与第六二极管D6的阳极连接，第六二极管D6的阴极与第二个控制电路的供电端连接，第二个辅助绕组的第二端接地。
当开关电源启动过程中，各个控制电路的芯片需要不同的供电电平时，增加变压器T1的副边绕组以及高频变压器T2的辅助绕组个数，同时增加整流器以及滤波电容的个数。在开关电源未上电前及启动过程中，常闭继电器J处于闭合状态，即电源的交流输入通过常闭继电器J流入变压器T1，交流信号通过变压器T1原副边匝数比进行降压，电流流出变压器T1后，再经过整流器U1和U2整流，再经过第二电容器C11和C12滤波后得到适合控制电路的芯片工作的电压。在开关电源启动后，常闭继电器J断开，启动电路停止工作，第五二极管D5和第六二极管D6导通，控制电路由高频变压器T2的辅助绕组供电。该实施例能够在不增加辅助电源的情况下，为多个控制电路的芯片供电，减少了电路成本和体积，并且，能够避免启动电路持续产生电能损耗。
在本公开的另一些实施例中，保护一种开关电源，该开关电源包括上述实施例中的启动电路。开关电源为AC-DC开关电源。
在本公开的另一些实施例中，保护一种用电设备，该用电设备包括上述实施例中的开关电源。
图4为本公开的开关电源的启动方法的一些实施例的流程示意图。该开关电源包括至少一个控制电路。
在步骤410，在开关电源启动过程中，常闭开关处于闭合状态。
在步骤420，变压器将交流电源端输出的第一交流信号转换为至少一路第二交流信号，并将至少一路第二交流信号中的每一路第二交流信号传输至对应的整流滤波电路。
在步骤430，至少一个整流滤波电路中的每个整流滤波电路将接收到的第二交流信号整流滤波为向对应控制电路供电的直流信号。
在步骤440，在开关电源启动后，常闭开关处于断开状态。开关电源启动后，有开关电源原有的高频变压器的辅助绕组向控制电路的芯片供电。
在上述实施例中，在开关电源的启动过程中，常闭开关闭合，交流信号通过变压器变压后，输入至整流滤波电路进行整流滤波，整流滤波电路输出的直流信号输入至控制电路，控制电路的电源芯片或驱动芯片得电后，实现开关电源的启动。开关电源启动后，常闭开关断开，交流电源端的信号不再流经启动电路中的变压器，避免了启动电路持续产生电能损耗。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种开关电源的启动电路，其中，所述开关电源包括至少一个控制电路，所述启动电路包括：
常闭开关；
延时电路，被配置为将所述至少一个控制电路的电流信号延时至所述开关电源启动后，传输至所述常闭开关；
变压器，包括原边绕组和至少一个副边绕组，其中，所述原边绕组通过所述常闭开关与交流电源端连接；以及
至少一个整流滤波电路，与所述至少一个副边绕组一一对应连接，并与所述至少一个控制电路一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的启动电路，其中，所述至少一个整流滤波电路中的每个整流滤波电路包括：
整流器，所述整流器的输入端与对应的副边绕组连接，被配置为将对应的副边绕组输出的交流信号整流为直流信号；以及
稳压滤波电路，所述稳压滤波电路的输入端与所述整流器的输出端连接，所述稳压滤波电路的输出端与对应的控制电路连接，被配置为对对应的整流器输出的直流信号进行稳压滤波处理，并将处理后的直流信号输入至对应的控制电路的供电端。
3.根据权利要求1所述的启动电路，其中，所述延时电路包括电感器，其中，
所述电感器的第一端与所述常闭开关连接；以及
所述电感器的第二端与所述至少一个控制电路中的任意一个控制电路的电源端连接。
4.根据权利要求1所述的启动电路，其中，所述延时电路包括电阻器和第一电容器，其中，
所述第一电容器通过所述电阻器与所述至少一个控制电路中的任意一个控制电路的电源端连接，且与所述常闭开关并联。
5.根据权利要求1所述的启动电路，其中，所述常闭开关包括常闭继电器，其中，
所述常闭继电器的线圈的第一端与所述延时电路连接，第二端接地；
所述常闭继电器的第一触点与所述原边绕组的第一端连接，第二触点被配置为与所述交流电源端的第一端连接；以及
所述原边绕组的第二端被配置为与所述交流电源端的第二端连接。
6.根据权利要求2所述的启动电路，其中，所述稳压滤波电路包括第二电容器，其中，
所述第二电容器的第一端与对应的整流器的第一输出端连接，并与对应的控制电路的电源端连接；以及
所述第二电容器的第二端与对应的整流器的第二输出端连接，并接地。
7.根据权利要求1所述的启动电路，其中，所述延时电路包括电感器，所述至少一个控制电路包括多个控制电路，其中，
所述电感器的第一端与所述常闭开关连接；以及
所述电感器的第二端与所述多个控制电路中的至少两个控制电路的电源端连接。
8.根据权利要求1所述的启动电路，其中，所述延时电路包括电阻器和第一电容器，所述至少一个控制电路包括多个控制电路，其中，
所述第一电容器通过所述电阻器与所述多个控制电路中的至少两个控制电路的电源端连接，且与所述常闭开关并联。
9.根据权利要求1至8任一所述的启动电路，其中，
所述变压器的原边绕组与所述至少一个副边绕组中每个副边绕组的匝数比，根据对应的控制电路所需供电电压确定。
10.根据权利要求3或7所述的启动电路，其中，
所述电感器的电感值，根据所述开关电源的启动时间确定。
11.根据权利要求4或8所述的启动电路，其中，
所述第一电容器的电容值，根据所述开关电源的启动时间确定。
12.一种开关电源，包括权利要求1至11任一所述的启动电路。
13.一种用电设备，包括权利要求12所述的开关电源。
14.一种如权利要求1-11任一所述的开关电源的启动电路的启动方法，包括：
在所述开关电源启动过程中，常闭开关处于闭合状态；
变压器将交流电源端输出的第一交流信号转换为至少一路第二交流信号，并将所述至少一路第二交流信号中的每一路第二交流信号传输至对应的整流滤波电路；
至少一个整流滤波电路中的每个整流滤波电路将接收到的第二交流信号整流滤波为向对应控制电路供电的直流信号；以及
在所述开关电源启动后，所述常闭开关处于断开状态。
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