CN205356137U - 一种软启动电路及开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软启动电路及开关电源装置，所述开关电源装置包括：控制转能电路、软启动电路和反馈电路；所述控制转能电路对输入电压进行能量转换输出第一电压，软启动电路获取第一电压产生的充电电流并充电储能；反馈电路根据充电电流限制控制转能电路的能量输出，以进行软启动；掉电时软启动电路与反馈电路、负载形成放电回路对软启动电路内的电能进行放电；可以通过调整软启动电路中储能单元的值来调整软启动时间，且掉电时储能单元存储的电能会很快被负载放完，不会存在快速开、关机时软启动失效的问题；其软启动电路的结构非常简单，可靠性高且成本很低。

Description

一种软启动电路及开关电源装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别涉及一种软启动电路及开关电源装置。

背景技术

现今常见的开关电源的PWM控制芯片中大多都具备软启动功能。上电启动时，PWM控制芯片会通过其内部反馈机制来实现输出电压的软启动，避免功率器件在启动过程中出现较大的电流应力或输出电压出现过冲之现象。

虽然大部分PWM控制芯片自身具备软启动功能，但由于其设置在PWM控制芯片内部，测试使用时无法改变电容大小从而不能调节软启动时间。因此，应用于不同功率的产品时会发现其软启动时间不能满足产品要求。其次，PWM控制芯片的VCC电压在AC掉电后还会保持一段时间，如果此时连续开、关电源系统，则由于PWM控制芯片的周边电容的能量还未放完，因此会造成软启动时间变短甚至软启动失效的问题。

因此，有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种软启动电路及开关电源装置，以解决现有开关电源装置中软启动时间不可调、以及在快速开关机过程中软启动失效的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种软启动电路，其包括：充电单元、放电单元、储能单元；

所述充电单元获取输入的第一电压产生的充电电流对储能单元充电；所述放电单元在掉电时对储能单元放电。

所述的软启动电路中，所述储能单元包括第一电容；所述充电单元包括第一二极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端连接放电单元；第一电阻的另一端通过第二电阻连接第一二极管的正极；第一二极管的负极连接放电单元和第一电容的一端，第一电容的另一端接地；

第一电阻的一端为充电单元的第1脚，第一电阻的另一端为充电单元的第2脚，第一二极管的正极为充电单元的第3脚，第一二极管的负极为充电单元的第4脚。

所述的软启动电路中，所述放电单元包括第二二极管和第三电阻；

所述第二二极管的正极连接第一二极管的负极和第一电容的一端，第二二极管的负极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一电阻的一端；

第二二极管的正极为放电单元的一端，第三电阻的另一端为放电单元的另一端。

一种开关电源装置，外接负载，包括控制转能电路和反馈电路，其还包括所述的软启动电路；

所述控制转能电路对输入电压进行能量转换输出第一电压，软启动电路获取第一电压产生的充电电流并充电储能；反馈电路根据充电电流限制控制转能电路的能量输出，以进行软启动；掉电时软启动电路与反馈电路、负载形成放电回路对软启动电路内存储的电能进行放电。

所述的开关电源装置中，所述控制转能电路包括PWM控制芯片、开关管、第二电容和变压器；

所述PWM控制芯片的VINSENSE脚连接开关电源装置的输入端和变压器的第1脚，PWM控制芯片的DRIVER脚连接开关管的栅极，开关管的源极接地，开关管的漏极连接变压器的第3脚；PWM控制芯片的CTRL脚连接反馈电路、还通过第二电容接地，变压器的第9脚连接放电单元的另一端。

所述的开关电源装置中，所述反馈电路包括光耦、基准源、第四电阻、第五电阻和电感；

所述光耦的光敏三极管的集电极连接PWM控制芯片的CTRL脚，光耦的光敏三极管的发射极接地，光耦的发光二极管的阳极连接充电单元的第2脚，发光二极管的阴极连接充电单元的第3脚和基准源的阴极，基准源的阳极连接储能单元的另一端和地，基准源的参考极通过第五电阻连接开关电源装置的输出端和电感的一端，基准源的参考极还通过第四电阻接地，电感的另一端连接充电单元的第1脚。

相较于现有技术，本实用新型提供的软启动电路及开关电源装置，由控制转能电路对输入电压进行能量转换输出第一电压，软启动电路获取第一电压产生的充电电流并充电储能，反馈电路根据充电电流限制控制转能电路的能量输出，以进行软启动；掉电时软启动电路与反馈电路、负载形成放电回路对软启动电路内存储的电能进行放电；可以通过调整软启动电路中储能单元的值来调整软启动时间，且掉电时储能单元的能量能很快被负载放完，不会存在快速开、关机时软启动失效的问题；其软启动电路的结构非常简单，可靠性高且成本很低。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的开关电源装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的开关电源装置的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的开关电源装置的上电的电流示意图；

图4为本实用新型实施例提供的开关电源装置的掉电的电流示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种软启动电路及开关电源装置，应用于需要电源驱动的电视机、显示器、广告投放设备、智能照明设备、电教设备等。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请同时参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的开关电源装置包括控制转能电路10、软启动电路20和反馈电路30。开关电源装置外接负载RL。上电时，所述控制转能电路10对输入电压VIN（如220V）进行能量转换输出第一电压V1，软启动电路20获取第一电压V1产生的充电电流并充电储能，反馈电路30根据充电电流限制控制转能电路10的能量输出，使输出电压VOUT缓慢上升实现软启动功能。掉电时，软启动电路20与反馈电路30、负载RL形成放电回路，对软启动电路内存储的电能进行快速放电。

本实施例中，所述软启动电路20包括充电单元201、放电单元202和储能单元203。所述充电单元201获取输入的第一电压V1产生的充电电流对储能单元203充电。所述放电单元202在掉电时对储能单元203放电。

如图2所示，所述储能单元203包括第一电容C1。所述充电单元201包括第一二极管D1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电阻R1的一端（即充电单元201的第1脚）连接放电单元202和反馈电路30，第一电阻R1的另一端（即充电单元201的第2脚）通过第二电阻R2连接第一二极管D1的正极（即充电单元201的第3脚），第一二极管D1的负极（即充电单元201的第4脚）连接放电单元202和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地。

所述放电单元202包括第二二极管D2和第三电阻R3，所述第二二极管D2的正极连接第一二极管D1的负极和第一电容C1的一端，第二二极管D2的负极连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一电阻R1的一端和控制转能电路10。

本实施例中，所述控制转能电路10和反馈电路30的电路结构为现有技术。所述控制转能电路10既能升压也能降压，本实施例中采用其降压功能。所述反馈电路30采用Type3型补偿控制网络。对这两个电路，此处仅描述与本实施例软启动电路20有关的器件，其他元器件详见电路。则所述控制转能电路10包括PWM控制芯片U1（型号为TEA1733）、开关管Q1、第二电容C2和变压器T1。反馈电路30包括光耦U2、基准源U3、第四电阻R4、第五电阻R5和电感L1。

所述PWM控制芯片U1的VINSENSE脚连接开关电源装置的输入端（输入电压VIN的输入端）和变压器T1的第1脚，PWM控制芯片U1的DRIVER脚连接开关管Q1的栅极，开关管Q1的源极接地，开关管Q1的漏极连接变压器T1的第3脚；PWM控制芯片U1的CTRL脚通过第二电容C2接地、还连接光耦U2的光敏三极管U2-B的集电极，变压器T1的第9脚连接第三电阻R3的另一端。光耦U2的光敏三极管U2-B的发射极接地。光耦U2的发光二极管U2-A的阳极连接充电单元201的第2脚（即第一电阻R1的另一端），发光二极管U2-A的阴极连接充电单元201的第3脚（即第一二极管D1的正极）和基准源U3的阴极，基准源U3的阳极连接第一电容C1的另一端和地，基准源U3的参考极通过第五电阻R5连接开关电源装置的输出端（输出电压VOUT的输出端）和电感L1的一端，基准源U3的参考极还通过第四电阻R4接地，电感L1的另一端连接充电单元201的第1脚（即第一电阻R1的一端）。

在具体实施时，为了避免高压烧坏PWM控制芯片U1，较佳地，PWM控制芯片U1的VINSENSE脚需通过电阻分压网络连接开关电源装置的输入端。电阻分压网络由图2中VINSENSE脚与输入端之间连接的电阻、和VINSENSE脚与地之间连接的电阻组成（即图2中PWM控制芯片U1左上角的两个电阻）。为了减小寄生振荡及优化开关管Q1的导通与关断，较佳地，PWM控制芯片U1的DRIVER脚通过一驱动电阻连接开关管Q1的栅极（如图2所示）。为了方便PWM控制芯片U1检测开关管Q1流过的电流，较佳地，开关管Q1的源极通过电流检测电阻接地。

对于输出电压VOUT的反馈调整原理如下：当输出电压VOUT高于目标电压时，第四电阻R4得到的分压会变大，进而使得基准源U3的阴极会注入更多电流，即流过发光二极管U2-A的电流也会同步增加。根据光耦的工作原理，当发光二极管U2-A的电流增大Δi时，流过光电三极管U2-B的电流会增大CTR倍的Δi，因此会加速第二电容C2的放电，使PWM控制芯片U1的CTRL脚上的电压迅速降低。PWM控制芯片U1将其CTRL脚上的电压与内部预设值进行比较，减小其DRIVER脚输出端PWM信号的占空比，从而使变压器T1的能量转换变少，也即减少了向二次侧推出的能量，使输出电压VOUT下降至目标电压。

当输出电压VOUT低于目标电压时，第四电阻R4得到的分压会减小，进而使得基准源U3的阴极会减小对电流的摄取，即流过发光二极管U2-A的电流也会同步减小。同理，进而减慢第二电容C2的放电速度，PWM控制芯片U1的CTRL脚电压会上升，最终加大PWM信号的占空比来增加向二次侧推出能量，使输出电压VOUT上升至目标电压。

本实施例提供的软启动电路20就是利用在启动时微调上述反馈机制来实现输出电压的软启动过程，通过获取流过发光二极管U2-A的部分电流（此处称为充电电流，还有部分电流流向基准源U3）来充电储能，从而实现软启动。如图3所示，整个电源系统在上电启动时，流过发光二极管U2-A的第一电流i1等于流过基准源U3的第三电流i3与流过第一电容C1的第二电流i2之和（此处第二电阻R2的阻值较大，为简化分析，这里忽略第二电阻R2上的电流）。由于第二电流i2的存在，第一电流i1增大，进而使得第四电流i4同步增大。第四电流i4的增大加速了第二电容C2的放电，使得PWM控制芯片U1的CTRL脚的电压快速降低。PWM控制芯片U1检测到其CTRL脚的电压降低后会减小PWM信号的占空比来限制向二次侧推出能量。

当第一电容C1充满后，软启动过程结束。此原理就是在启动过程中通过对第一电容C1的充电而额外加入第二电流i2，使反馈系统认为输出电压VOUT已高于目标电压，于是减小PWM信号的占空比，最终减少向二次侧推送能量，使输出电压不会阶跃式上升至目标电压（如12V），从而实现软启动。第一电容C1的容值越大，输出电压VOUT的变化越缓慢，软启动时间越长；反之，第一电容C1的容值越小，软启动时间越短。由于所述第一电容C1焊接在电路板上，在生产测试时，厂商可根据产品的功率需求选择不同大小的第一电容C1进行焊接，即可对应增加或者减小软启动的时间，从而满足不同产品的要求，实现了软启动时间可调的功能。

当电源系统掉电后，第一电容C1可以通过第二二极管D2、电感L1、负载RL组成的放电通路进行快速放电，如图4所示。由于第一电容C1能快速放电，因此在快速开关机时，不会造成软启动失效之状况。

综上所述，本实用新型提供的一种软启动电路及开关电源装置，可以通过调整第一电容的容值大小来调整软启动时间；并且在关机过程中，第一电容的能量能很快被负载放完，不会存在快速开、关机时软启动失效的问题；其软启动电路的结构非常简单，可靠性高且成本很低。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种软启动电路，其特征在于，包括：充电单元、放电单元、储能单元；

所述充电单元获取输入的第一电压产生的充电电流对储能单元充电；所述放电单元在掉电时对储能单元放电。

2.根据权利要求1所述的软启动电路，其特征在于，所述储能单元包括第一电容；所述充电单元包括第一二极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端连接放电单元；第一电阻的另一端通过第二电阻连接第一二极管的正极；第一二极管的负极连接放电单元和第一电容的一端，第一电容的另一端接地；

第一电阻的一端为充电单元的第1脚，第一电阻的另一端为充电单元的第2脚，第一二极管的正极为充电单元的第3脚，第一二极管的负极为充电单元的第4脚。

3.根据权利要求2所述的软启动电路，其特征在于，所述放电单元包括第二二极管和第三电阻；

所述第二二极管的正极连接第一二极管的负极和第一电容的一端，第二二极管的负极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一电阻的一端；

第二二极管的正极为放电单元的一端，第三电阻的另一端为放电单元的另一端。

4.一种开关电源装置，外接负载，包括控制转能电路和反馈电路，其特征在于，还包括如权利要求1-3任一所述的软启动电路；

所述控制转能电路对输入电压进行能量转换输出第一电压，软启动电路获取第一电压产生的充电电流并充电储能；反馈电路根据充电电流限制控制转能电路的能量输出，以进行软启动；掉电时软启动电路与反馈电路、负载形成放电回路对软启动电路内存储的电能进行放电。

5.根据权利要求4所述的开关电源装置，其特征在于，所述控制转能电路包括PWM控制芯片、开关管、第二电容和变压器；

所述PWM控制芯片的VINSENSE脚连接开关电源装置的输入端和变压器的第1脚，PWM控制芯片的DRIVER脚连接开关管的栅极，开关管的源极接地，开关管的漏极连接变压器的第3脚；PWM控制芯片的CTRL脚连接反馈电路、还通过第二电容接地，变压器的第9脚连接放电单元的另一端。

6.根据权利要求5所述的开关电源装置，其特征在于，所述反馈电路包括光耦、基准源、第四电阻、第五电阻和电感；

所述光耦的光敏三极管的集电极连接PWM控制芯片的CTRL脚，光耦的光敏三极管的发射极接地，光耦的发光二极管的阳极连接充电单元的第2脚，发光二极管的阴极连接充电单元的第3脚和基准源的阴极，基准源的阳极连接储能单元的另一端和地，基准源的参考极通过第五电阻连接开关电源装置的输出端和电感的一端，基准源的参考极还通过第四电阻接地，电感的另一端连接充电单元的第1脚。