CN205453486U - 一种新型开关电源缓启动电路 - Google Patents

Abstract

新型的开关电源缓启动电路，包括电容C1、电阻R1、电阻R4、电容C5、钳位二极管U2、电容C3、电阻R3、电阻R2、和三极管Q2；三极管Q2的基极串联电阻R2、电阻R3后连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联电阻R3后连接工作电压VCC，三极管Q2的发射极串联钳位二极管U2后接地，三极管Q2的发射极连接钳位二极管U2的正极，钳位二极管U2的负极接地；钳位二极管U2分别与电容C5、电阻R4和电容C1并联，电阻R1和电容C1串联，三极管Q2的集电极串联电容C3后连接钳位二极管U2的负极。形成一种新的控制开关电源反馈基准结构，使其按照线性或接近线性的曲线建立输出过程。

Description

一种新型开关电源缓启动电路

技术领域

本实用新型涉及一种延时电路，特别是涉及一种电压电流稳定的延时电路。

背景技术

开关电源在输出建立(启动)的过程中，内部器件往往承受相比稳态工作更大的电应力，设计不当的启动过程甚至会造成器件过应力损坏、磁性元器件饱和等问题。

一般闭环开关电源的输出建立过程由环路特性及环路基准(参考源)的建立过程来决定。传统的环路基准如图1中的虚线框部分所示，其中钳位二极管U2处为电压基准。假设钳位二极管U2的基准电压为Vref，当控制信号CONTROL放开时，反馈环路的基准A点电压可以用下式表达：

V_r＝V_ref*(1-e^-t/R1*C1)(1)

由式(1)可知，传统的环路基准是按照指数型建立，开关电源的输出电压(或电流)跟随基准，同样以指数型建立。由指数函数的特性可知，输出电压(或电流)建立过程中，其上升曲线斜率各点不同，初始段斜率很高，末段又非常平缓。这种特点导致传统的环路基准以指数型建立，初始段斜率高，开关电源内部器件在此过程承受大的应力。且存在易触发误过流保护等问题。

为解决降低初始段的应力等问题，需要加大换启动电容或电阻(图1中的C1或R1)，但这样会造成整个启动过程的延长，在一些场合无法满足对开关电源的输出建立的时序要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型开关电源缓启动电路，解决现有电路的环路基准只能采用指数型建立电路，不能实现线性或接近线性的特性建立开关电源输出过程的技术问题。

本实用新型的开关电源缓启动电路，包括电容C1、电阻R1、电阻R4、电容C5、钳位二极管U2、电容C3、电阻R3、电阻R2、和三极管Q2；

三极管Q2的基极串联电阻R2、电阻R3后连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联电阻R3后连接工作电压VCC，三极管Q2的发射极串联钳位二极管U2后接地，三极管Q2的发射极连接钳位二极管U2的正极，钳位二极管U2的负极接地；

钳位二极管U2分别与电容C5、电阻R4和电容C1并联，电阻R1和电容C1串联后与钳位二极管U2并联，三极管Q2的基极串联电容C3后连接钳位二极管U2的负极。

还包括电阻R5、电阻R8、和三极管Q1；

钳位二极管U2与电阻R5并联，电阻R5串联一个匹配电阻后连接参考电压Vo+；

三极管Q1的集电极串联电阻R8后连接钳位二极管U2的正极，三极管Q1的发射极连接钳位二极管U2的负极。

本实用新型的新型开关电源缓启动电路避免了传统的环路基准按照指数型建立的结构，形成了理想的线性基准建立过程。进而形成一种新的控制开关电源反馈基准结构，使其按照线性或接近线性的曲线建立输出过程。

本实用新型的新型开关电源缓启动电路基准和输出按照线性或接近线性的曲线建立，使得开关电源在启动过程中，内部器件不会承受过高的应力，既而提高产品可靠性，有利于器件选型及设计，降低成本。在接近线性建立的前提下，其上升斜率易于调节，可满足各种场合的时序要求。

附图说明

图1为现有技术中传统的环路基准示意图；

图2为本实用新型开关电源缓启动电路的电路结构示意图；

图3为本实用新型开关电源缓启动电路的仿真电路中一种最简电路结构示意图；

图4为本实用新型开关电源缓启动电路的第一种仿真电路状态的波形示意图；

图5为本实用新型开关电源缓启动电路的第二种仿真电路状态的波形示意图；

图6为本实用新型开关电源缓启动电路的第三种仿真电路状态的波形示意图；

图7为本实用新型开关电源缓启动电路的第四种仿真电路状态的波形示意图；

图8为本实用新型开关电源缓启动电路的第五种仿真电路状态的波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图2所示，本实施例包括电容C1、电阻R1、电阻R4、电容C5、电阻R5、钳位二极管U2、电容C3、电阻R8、电阻R3、电阻R2、三极管Q1和三极管Q2；

三极管Q2的基极串联电阻R2、电阻R3后连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联电阻R3后连接工作电压VCC，三极管Q2的发射极串联钳位二极管U2后接地，三极管Q2的发射极连接钳位二极管U2的正极，钳位二极管U2的负极接地；

钳位二极管U2分别与电阻R5、电容C5、电阻R4和电容C1并联，电阻R1和电容C1串联后与钳位二极管U2并联，电阻R5串联一个匹配电阻后连接参考电压Vo+；

三极管Q1的集电极串联电阻R8后连接钳位二极管U2的正极，三极管Q1的发射极连接钳位二极管U2的负极，三极管Q1的基极连接控制信号CONTROL；

本实施例的工作过程如下：

当控制信号放开，VCC通过R2为C3充电，C点电压增加，三极管Q2作为电压跟随器，B点电压跟随C点电压增长，当B点电压达到U2的稳压值Vref时，通过设置合适的R1，C1值，A点电压接近跟随B点增长为Vref，各点电压不再变化，缓起结束。通过调节R2，C3，可以调节参考基准的缓起的快慢。

该电路具有近线性缓起功能的条件如下：

VCC远大于U2的稳压值。由于VCC远大于U2的稳压值，整个缓起过程只利用了R2，C3充电的近线性部分，所以B点、C点电压近线性增长。

R1，C1的充电时间常数远小于R2，C3的充电时间常数，且其本身绝对值要求尽量小。即:R1*C1<<R2*C3。这样会使A点电压近跟随B点电压，使得缓起过程近线性。

三极管Q1、电阻R5、电阻R8保证了参考点A、B不受收入信号的寄生效应小心好的干扰而出现漂移。

通过simetrix仿真结果，可以更加直观分析该实施例电路的功能。

如图3所示，将本实施例的开关电源缓启动电路可以形成最简电路结构用于系统仿真，包括电容C1、电阻R1、电阻R4、电容C5、钳位二极管U2、电容C3、电阻R3、电阻R2、和三极管Q2；

三极管Q2的基极串联电阻R2、电阻R3后连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联电阻R3后连接工作电压VCC，三极管Q2的发射极串联钳位二极管U2后接地，三极管Q2的发射极连接钳位二极管U2的正极，钳位二极管U2的负极接地；

钳位二极管U2分别与电容C5、电阻R4和电容C1并联，电阻R1和电容C1串联后与钳位二极管U2并联，三极管Q2的基极串联电容C3后连接钳位二极管U2的负极。

仿真电路的电源采用时常为2s，幅值可调的脉冲，电源V1采用的TL431稳压值为2.5V。通过调节电源的幅值，可以调节缓起的线性度。通过更改R2，C3可以调节缓起波形。

取电源幅值V1＝10V，R2＝100k，C3＝4.7u。仿真结果如图4所示，其中红线为C3的电压波形，绿线为环路运放基准点电压波形。可以看出，缓起阶段近线性。

取电源幅值V1＝10V，R2＝220k，C3＝4.7u。仿真结果如图5所示，其中红线为C3的电压波形，绿线为环路运放基准点电压波形。与R2取100k相比，即图5与图4相比，缓起时间约是其2倍，缓起阶段近线性。

取电源幅值V1＝10V，R2＝100k，C3＝8.2u。仿真结果如图6所示，其中红线为C3的电压波形，绿线为环路运放基准点电压波形。与C3取4.7u相比，即图6与图4相比缓起时间约是其1.7倍，缓起阶段近线性。

取电源幅值V1＝10V，R2＝220k，C3＝8.2u。仿真结果如图7所示，其中红线为C3的电压波形，绿线为环路运放基准点电压波形。与R2取100k，C3取4.7u相比，即图7与图4相比缓起时间约是其4倍，缓起阶段仍可以保持很高的线性度。

取电源幅值V1＝15V，R2＝220k，C3＝8.2u，仿真结果如图8所示，其中红线为C3的电压波形，绿线为环路运放基准点电压波形。与V1＝10V相比，即图8与图7相比，缓起时间由700ms减小为400ms，但缓起阶段线性度更高。

由仿真结果可以证明，按照本文限定的条件设计缓起电路，就可以获得线性度非常高，缓起时间可以调节的缓起电路。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种新型开关电源缓启动电路，其特征在于：包括电容C1、电阻R1、电阻R4、电容C5、钳位二极管U2、电容C3、电阻R3、电阻R2、和三极管Q2；

三极管Q2的基极串联电阻R2、电阻R3后连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联电阻R3后连接工作电压VCC，三极管Q2的发射极串联钳位二极管U2后接地，三极管Q2的发射极连接钳位二极管U2的正极，钳位二极管U2的负极接地；

钳位二极管U2分别与电容C5、电阻R4和电容C1并联，电阻R1和电容C1串联后与钳位二极管U2并联，三极管Q2的基极串联电容C3后连接钳位二极管U2的负极。

2.如权利要求1所述的新型开关电源缓启动电路，其特征在于：还包括电阻R5、电阻R8、和三极管Q1；

钳位二极管U2与电阻R5并联，电阻R5串联一个匹配电阻后连接参考电压Vo+；

三极管Q1的集电极串联电阻R8后连接钳位二极管U2的正极，三极管Q1的发射极连接钳位二极管U2的负极。