CN1639952A - 用于开关电源的自举电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于开关电源(SMPS)的启动电路，涉及一种包括启动电路的开关电源，并涉及一种开关电源集成电路。在本发明的一个实施例中，公开了一种用于开关电源的启动电路，所述开关电源具有来自第一端子的第一电源电压和来自第二端子以及第三端子的第二电源电压；所述启动电路包括：在所述第一端子和所述第三端子之间的第一电流通路；在所述第一端子和所述第二端子之间的第二电流通路；在所述第二端子和所述第三端子之间的第三电流通路；以及沿着所述第二电流通路设置的双向电压调节器。

Description

用于开关电源的自举电路
技术领域
本发明涉及一种用于开关电源(SMPS)的启动电路，涉及一种包括启动电路的开关电源，并涉及一种开关电源集成电路。
背景技术
大部分用于开关电源的控制集成电路在启动时需要一个电流对其集成电路的自供电电路的电容器充电。这种电流来自启动电路，这种启动电路在最简单的情况下由和电源线相连的电阻构成。
当电容上的电压达到一个被称为启动电压的预设的电压值时，控制电路便由自供电电路供电。自供电电路一般由在开关电源的主变压器上缠绕的一个附加绕组构成，一个合适的整流和滤波电路和其相连。
因为近来出现的对于减少供电消耗的越来越高的要求，上述的简单的电阻被在启动阶段期间是有源的在正常操作期间是无源的电路代替。
近来还需要具有一些用于开关电源的包括控制电路和启动电路(有源的)的单片器件。
不过，这些集成电路使用的技术，例如被命名为RESURE(Reduced surface field)的技术，具有关于在晶体管DMOS的源极/本体和衬底之间的最大可承受电压的限制。对于元件的可承受电压所需的在外延层中存在的电荷的控制不能保证高于大约20V的击穿电压。
制造厚的外延层允许增加击穿电压，但是其导致工业工艺的复杂化和成本的增加。
发明内容
由上述的现有技术看来，本发明的目的在于提供一种器件，最好是单片的，其消除可用于器件本身的最大电源电压的紧迫的电压限制，其利用标准的技术来实现，或者不必使用新的技术，因此能够使用低成本的解决方案来实现。
按照本发明，这个目的由一种用于开关电源的启动电路实现了，所述开关电源具有来自第一端子的第一电源电压和来自第二端子以及第三端子的第二电源电压；所述启动电路包括：在所述第一端子和所述第三端子之间的第一电流通路；在所述第一端子和所述第二端子之间的第二电流通路；在所述第二端子和所述第三端子之间的第三电流通路；其特征在于还包括沿着所述第二电流通路设置的双向电压调节器。
按照本发明，这个目的还由一种开关电源实现了，所述开关电源包括：所述开关电源的控制电路；以及按照权利要求1的所述控制电路的启动电路。
按照本发明，这个目的还由一种开关电源的集成电路实现了，所述开关电源包括：所述开关电源的控制电路；以及按照权利要求1的启动电路，所述启动电路能够承受大于40V，最好大于80V，更好大于160V的自电源电压。
由于本发明，可以实现一种双向的启动电路，其交替地构成一个低阻抗通路，该通路允许电流从主电源朝向集成电路通过，或者当集成电路由自动供电电路供电时允许稳定和限制供给集成电路的内部电路的最大电压。
附图说明
由下面的特定实施例的详细说明可以更清楚地看出本发明的特征和优点，所述实施例在附图中以非限制性的例子示出了，其中：
图1表示按照已知技术的第一实施例的包括启动电路的开关电源的原理图；
图2表示按照已知技术的第二实施例的包括启动电路的开关电源的原理图；
图3表示按照本发明的第一实施例的包括启动电路的开关电源的原理图；以及
图4表示按照本发明的第二实施例的包括启动电路的开关电源的原理图。
具体实施方式
参见图1，其表示按照已知技术的第一实施例的包括启动电路13的开关电源的原理图，其中示出了主电源的整流和滤波电路10，自供电电路12和整流和滤波电路10的控制电路11。
主电源的整流和滤波的电路10在输入侧接收电网的供电电压Vac，通过二极管桥14对其整流，通过电容器15进行滤波，将其提供给变压器16的一次绕组W1的暖(warm)端子。变压器16的二次绕组W2a对整流二极管17和滤波电容18提供出现在其端子上的电压。电路10对其输出提供输出电压Vout。
主电源的整流和滤波的电路10的控制电路11在输入端接收输出电压Vout，这个电压用已知的方式由加工电路19加工，并被提供给和变压器16的二次绕组W1的冷端相连的功率晶体管M1的驱动电路20。
自供电电路12包括另一个二次绕组W2b，其将其端子上的电压提供给和电阻R1串连的二极管D1，然后提供给电容器Cvcc，所述电容器的端子可以得到电源电压Vcc。电压Vcc用作控制电路11的电源并用作其它未示出的对于开关电源的操作和控制所需的电路的电源。
在这种情况下，启动电路13由被连接在一次绕组W1的冷端和Vcc之间的一个简单的电阻Rs构成。在一次绕组W1的冷端上存在的电压被称为Vin。
在开关电源启动时，当变压器16的二次侧上还没有电压时，电容器Cvcc由启动电路13充电。在电容器Cvcc的端子上的电压增加时，开关电源的所有电路被启动，这些电路由自供电电路12提供的电压Vcc供电。
使用一个简单的电阻作为启动电路13大大简化了电路，但是因为一直是有源的，其消耗大量的电流。因此找到了一种具有减少的消耗的解决方案，例如图2所示的方案，其中和图1类似的元件用相同的标号表示。
在图2中启动电路13是有源的，并且更加复杂。其包括晶体管M2，具有和电压Vcc相连的漏极以及和电流发生器21相连的源极，所述电流发生器向电容器Cvcc提供电流。在晶体管M2的栅极，施加由和齐纳二极管DZ1串连设置的电阻R2产生的参考电压，它们被连接在电压Vin和地之间。一个受控的开关S和齐纳二极管DZ1并联。由电阻R3，R4构成的分压器被连接在电压Vcc和地之间。在电阻R3和电阻R4之间的连接节点得到的电压被施加于比较器UVLO的输入端，在比较器的另一个输入端施加参考电压Vref。比较器UVLO的输出控制受控开关S。
在这种情况下，在开关电源启动时，电容器Cvcc通过启动电路13被充电，晶体管M2得电(因为由电压Vin供电)。当电压Vcc超过一个预设值，或者当由分压器R3，R4提供的电压超过参考电压Vref时，受控开关S闭合，并停止在Vin和开关电源的电路之间通过电流。此刻，电压Vcc足以供应开关电源的电路，因而，由于启动电路13，电流消耗被消除或者至少被减小了。
此时应当注意，在二次绕组W2b的端子上的电压是方波Vsq，其由电路D1，R1，Cvcc滤波，然后被变成连续的电压Vcc，这是一个被积分的电压源。在开关瞬变期间，和一次绕组相关的寄生电感引起一些脉冲，因而电压VSQ不是一个理想的方波，而是具有一些脉冲，其幅值随输出的负载的增加而增加。
借助于对电压Vsq滤波而获得的电压Vcc可能超过可以应用的最大值，并且系统将被未示出的电路OVP(过电压保护)切断。
自供电电路12实际上是一种峰值检测器，其检测Vsq的电压脉冲。
电阻R1用于夹断所述脉冲Vsq，以便使其影响最小，并且当负载高时，其能够解决问题，但是，当负载低时，其成为一个缺点，因为在这种情况下，电压Vsq呈现一些被弄圆的边沿，并且可能使得Vcc成为一个比可应用的最小电压低的值，因而使系统截止。
因此，要附加一个小的和输入电压的相关性，其可以改变，在利用通用电源的系统中其是一个大于3∶1的系数。
电压值Vcc根据操作条件可以十分不同，然而其必须在最小截止电压和最大可允许电压之间。
因此，需要用实验求出R1的极好的值，其使得能够满足上述两个条件，但是这有时是不可能的，因此需要修改二次绕组W2b。
现在参看图3，其表示按照本发明的第一实施例的包括启动电路的开关电源的原理图。
该图和图1类似，其中和图1类似的元件用相同的标号表示。
在该图中，晶体管M3被插入Vcc的端子和端子30之间，端子30是和电阻Rs相连的端子，并且还是在其上得到电压Vcc2的端子，该电压对开关电源的所有电路供电。具体地说，晶体管M3具有和端子Vcc相连的漏极，以及和端子30相连的源极。借助于被连接在电压Vin和地之间的、和齐纳二极管DZ2串连设置的电阻R6产生一个参考电压。所述参考电压最好通过由电阻Rf和电容Cf构成的低通滤波器，然后提供给晶体管M3的栅极。
在开关电源启动时，电容器Cvcc由电阻Rs充电，因为晶体管M3处于导通状态，并且其对称结构使得其能够工作在第三象限，这是作为源极的漏极行为，反之亦然。
当电压Vcc增加时，晶体管M3工作在第一象限，具有和端子Vcc相连的漏极以及和端子30相连的源极，并且其对集成电路的所有电路供电。晶体管M3的栅极和二极管DZ2的阴极相连，因此集成电路的内部电路的电源电压Vcc2将等于齐纳二极管DZ2的击穿电压减去晶体管M3的栅-源电压，并且其将独立于电压VCC，可以增加到晶体管M3的击穿值的电压。因此，消除了对Vcc的任何限制，结果消除了对晶体管源极的电压的限制。
由电阻Rf和电容Cf构成的滤波器用于当在每个开关周期电压Vin由晶体管M1接地时维持晶体管M3的栅极电压。
晶体管M3可以承受在漏极和源极之间的高电压，同时集成电路的电路承受由齐纳二极管DZ2和晶体管M3限制的中低电压。
现在参看图4，其表示按照本发明的第二实施例的包括启动电路的开关电源的原理图。
该图和图2类似，其中和图2类似的元件用相同的标号表示。
在这种情况下，也在Vcc的端子和端子30之间插入一个晶体管M3，所述端子30是和电流发生器21相连的端子，并且也是在其上可得到电压Vcc2的端子，所述电压向开关电源的所有电路供电。具体地说，晶体管M3具有和端子Vcc相连的漏极，以及和端子30相连的源极。由被连接在电压Vin和地之间的、和齐纳二极管DZ2串连、然后和齐纳二极管DZ1串连的电阻R5产生一个参考电压。所述参考电压，其可以在二极管DZ2的端子上得到，最好通过由电阻Rf和电容Cf构成的低通滤波器，然后被提供给晶体管M3的栅极。
在二极管DZ2，DZ1之间的连接节点和晶体管M2的栅极相连。由比较器UVLO控制的受控开关S和二极管DZ1并联地设置。
当电压Vcc增加时，受控开关S闭合，因而其短路二极管DZ1，切断通过晶体管M2的电流，并且使电压调节器开始工作，所述电压调节器由晶体管M3、二极管DZ2、最好还由滤波器构成，所述滤波器由Rf和Cf构成。
最好是，控制电路11、启动电路13以及最后用于开关电源的操作和控制所需的其它电路被包含在一个集成电路中。因此，能够使用标准的技术(例如能够承受大约20V的源极/本体和衬底之间的电压的技术)获得一种能够承受非常高的电压Vcc(在漏极和地之间)的集成电路，所述电压大于40V，较优选地大于80V，甚至更好地大于160V(例如等于大约700V的击穿电压)。

Claims (10)

1.一种用于开关电源的启动电路(13)，具有来自第一端子的第一电源电压(Vin)和来自第二端子以及第三端子(30)的第二电源电压(Vcc)；所述启动电路包括：在所述第一端子和所述第三端子(30)之间的第一电流通路；在所述第一端子和所述第二端子之间的第二电流通路；在所述第二端子和所述第三端子(30)之间的第三电流通路；其特征在于还包括沿着所述第二电流通路设置的双向电压调节器(M3，Dz2，R5，R6)。
2.如权利要求1所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，所述的双向电压调节器(M3，Dz2，R5，R6)包括由所述第一电源电压(Vin)供电的电压限制电路(R5，R6，Dz2)。
3.如权利要求1所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，所述的双向电压调节器(M3，Dz2，R5，R6)包括晶体管(M3)，所述晶体管具有和所述第二端子相连的漏极以及和所述第一和第三端子(30)相连的源极。
4.如权利要求3所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，所述的双向电压调节器(M3，Dz2，R5，R6)包括和所述晶体管(M3)的栅极相连的预设电压发生器(R5，R6，Dz2)。
5.如权利要求3所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，所述的双向电压调节器(M3，Dz2，R5，R6)包括和所述晶体管(M3)的栅极相连的电容器(Cf)。
6.如权利要求1所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，所述第一电流通路包括一个电阻(Rs)。
7.如权利要求1所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，所述第一电流通路包括一个受控的开关(S)。
8.如权利要求1所述的用于开关电源的启动电路，其特征在于，当所述第二电源电压(Vcc)低于一个预设的参考值时，所述受控开关(S)闭合，当第二电源电压(VCC)高于所述预设的参考值时，所述受控开关断开。
9.一种开关电源，包括：所述开关电源的控制电路；以及按照权利要求1的所述控制电路的启动电路(13)。
10.一种开关电源的集成电路，包括：所述开关电源的控制电路；以及按照权利要求1的启动电路(13)，所述启动电路能够承受大于40V，最好大于80V，甚至更好地大于160V的自电源电压(Vcc)。
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