CN206117499U - 启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种启动电路，启动电路在传统线性稳压启动电路基础上，在电子开关管的控制端与输入电源之间串入一只电容器，在输入电源通电瞬间，通过电容的充电电流控制线性稳压启动电路导通，利用电容延时效应，在电容器充满电后，线性稳压启动电路完全关断，使启动电路待机功耗降低为0，电容器电压从0V充至输入电压所需的时间即为定时关断时间；电容C1将通过电阻R3、二极管D3及稳压二极管D1和电阻R1，共3条放电支路，同时向输入电压后端的负载放电。

Description

启动电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源，特别涉及开关电源中为功率级电路的控制电路或控制IC供电用的启动电路。

背景技术

启动电路广泛应用于电子技术领域。在开关电源应用中，无论是DC-DC变换器还是AC-DC变换器，产品需要从宽范围的输入电压获得稳定的直流启动电源(如Vcc)，向控制IC(也可称为芯片)或控制电路供电，然后控制电路驱动电子开关，通过电子开关控制感性元器件周期性地向输出端传递电能。

对于AC-DC开关电源变换器，其输入电压为宽范围的工频交流电压(通常是85VAC-264VAC)，经过整流桥和滤波电容整流滤波，只能得到较宽范围的直流输入电压(120VDC-373VDC)，为了获得稳定的直流低压启动电源，如果采用传统的线性稳压电路作为启动电路，如图1所示，启动原理为：产品通电瞬间，晶体管Q1导通，晶体管Q1的发射极电流迅速向电容C2充电，当电容C2电压(也即启动电路的输出正端提供给控制IC的供电端Vcc的电压)爬升至稳压二极管D1的稳压值减去晶体管Q1的基极与发射极导通压降时，Vcc电压将稳定不再增加，在Vcc电压达到芯片的启动阈值时，芯片开始工作，芯片控制功率级电路工作，输出电压逐渐开始建立，稳态供电支路通过耦合输出电压的方式开始逐渐取代启动电路向Vcc供电，当稳态供电支路输出电压高于启动电路输出电压时，启动电路二极管D2反向偏置截止，晶体管Q1也因此关断，但是产品进入稳态后启动电阻R1与稳压二极管D1还是会产生损耗，为了确保低压输入时启动电流足够，电阻R1通常不能取得太小，导致高压输入时启动电路的待机功耗还是很大。

对于宽范围输入电压的DC-DC开关电源变换器，同样也会存在启动电路待机功耗大、高输入电压启动功耗大(为兼容低输入电压启动能力)的缺点。

除了以上问题点外，当传统的线性稳压启动电路(如图1)应用于开关电源时，在开关电源工作于输出短路保护状态下，输出电压为0V，此时无法通过耦合输出电压的形式向Vcc供电，即图1所示的稳压供电支路二极管因反向偏置而截止，启动电路将持续处于工作状态，为Vcc供电，启动电路功耗很大，发热严重，如本实用新型申请人在调试100W的2级方案的开关电源时，当启动电路采用图1所示的传统线性稳压启动电路，在开关电源处于输出短路保护状态时，无法通过耦合输出电压的支路向Vcc供电(即图1的稳态供电支路断开)，由于输出短路时开关电源第二级推挽电路的功率开关管的驱动仍未被关断(由控制IC决定)，导致启动电路持续提供驱动电流，输入电压为最高工作电压时，实测启动功耗达3W，常温下测试晶体管Q1的温度高达120度。

综上所述，目前行业内启动电路的应用局限在：启动电路工作后或在开关电源输出短路时要么无法彻底关断启动电路，要么需要增加非常复杂的控制逻辑电路，性能与成本无法兼得。

实用新型内容

鉴于上述电路所存在的技术缺陷，本实用新型提出一种结构简单，元器件少，成本低，启动后启动电路可以完全关断，待机功耗很小的启动电路。

为了实现上述发明目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括晶体管Q1及晶体管Q1的偏置电路和输出电路，晶体管Q1的偏置电路输入端为启动电路的输入端，用于与输入电压连接；晶体管Q1的输出电路的输出端为启动电路的输出端，用于与控制电路的供电端Vcc连接，晶体管Q1的偏置电路包括定时关断电路，定时关断电路，包括电阻R1、电阻R3和电容C1，在启动阶段，输入电压通过电阻R1和电阻R3对电容C1充电，直到电容C1充满后，电容C1使电阻R1和电阻R3开路，进而使晶体管Q1的基极电流减小为0，晶体管Q1关断，启动电路被关断。

优选的，所述晶体管Q1的输出电路，包括二极管D2和电容C2，在启动阶段，输入电压还经过电阻R1、晶体管Q1、二极管D2给电容C2充电；当晶体管Q1的发射极电流减小到低于启动电路的输出负载电流值时，电容C2开始向控制电路的供电端Vcc放电。

优选的，所述晶体管Q1的偏置电路，还包括电阻R2，电阻R2设置在晶体管Q1的集电极。

优选的，所述晶体管Q1的偏置电路，还包括稳压二极管D1，稳压二极管D1的阴极与晶体管Q1的基极连接，稳压二极管D1的阳极接地，用以形成电容C1对输入电压后端负载的放电回路。

优选的，所述定时关断电路，通过电容C1的电容量、电阻R1的电阻值来设计定时关断时间T1，定时关断时间T1略大于开关电源输出延迟时间T2。

优选的，所述晶体管Q1是NPN型三极管或N型MOS管，在启动阶段，晶体管Q1工作于线性区。

优选的，所述晶体管Q1工作于线性区，使电容C2的充电电流远大于电容C1；在启动阶段，输入电压经过电阻R1、晶体管Q1的基极与发射极、二极管D2，同时对电容C1、电容C2充电，电容C1的充电电流为晶体管Q1的基极电流，电容C1的充电时间形成定时关断时间T1；电容C2的充电电流为晶体管Q1的发射极电流，电容C2的存储电量用以向控制电路的供电端Vcc供电。

优选的，所述晶体管Q1的偏置电路还包括二极管D3，二极管D3并联在电阻R3的两端，二极管D3的阴极与电容C1连接，二极管D3的阳极接地，用以形成电容C1对输入电压后端负载的放电回路。

本实用新型还提供一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括晶体管Q1及晶体管Q1的偏置电路和输出电路，晶体管Q1的偏置电路包括定时关断电路，其中，晶体管Q1的偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1和电容C1，其中定时关断电路，包括电阻R1、电阻R3和电容C1；晶体管Q1的输出电路，包括二极管D2和电容C2，启动电路的具体连接关系是，电容C1的一端及电阻R2的一端作为启动电路的输入正端，用于与输入电压正端+Vin连接，电容C1的另一端连接电阻R1的一端及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地；电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极分别连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极接地；晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，二极管D2的阴极还作为启动电路的输出端，用于与控制电路的供电端Vcc连接；电容C2的另一端接地，电容C2的另一端还作为启动电路的输出负端，用于与控制电路的地端GND连接。

优选的，所述晶体管Q1的偏置电路还包括二极管D3，二极管D3并联在电阻R3的两端，二极管D3的阴极与电容C1连接，二极管D3的阳极接地，用以形成电容C1对输入电压后端负载的放电回路。

本实用新型再提供一种启动电路，包括：电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，稳压二极管D1，二极管D2，晶体管Q1，所述晶体管Q1为NPN型三极管，所述启动电路的连接关系为：所述电容C1的一端及电阻R2的一端与+Vin连接，所述电容C1的另一端连接电阻R1的一端及电阻R3的一端，所述电阻R2的另一端连接所述晶体管Q1的集电极，所述晶体管Q1的基极连接所述电阻R1的另一端及所述稳压二极管D1的阴极，所述稳压二极管D1的阳极连接所述电阻R3的另一端后连接至-Vin，所述晶体管Q1的发射极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接所述电容C2的一端，并同时连接Vcc，所述电容C2的另一端连接GND，并同时连接至-Vin。

作为本实用新型启动电路的另一种应用，上述方案中所述晶体管Q1可以选用N型金属氧化物场效应管(N型MOSFET)，简称N型MOS管，所述晶体管Q1采用N型MOS管的电路方案包括：电容C1，电容C2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，稳压二极管D1，二极管D2，晶体管Q1，电路连接关系为：所述电容C1的一端及电阻R2的一端与+Vin连接，所述电容C1的另一端连接电阻R1的一端及电阻R3的一端，所述电阻R2的另一端连接所述晶体管Q1的漏极，所述晶体管Q1的栅极连接所述电阻R1的另一端及所述稳压二极管D1的阴极，所述稳压二极管D1的阳极连接所述电阻R3的另一端后连接至-Vin，所述晶体管Q1的源极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接所述电容C2的一端，并同时连接Vcc，所述电容C2的另一端连接GND，并同时连接至-Vin。

所述晶体管Q1由NPN三极管更改为N型MOS管后，启动电路的输出电压等于稳压二极管D1的稳压值减去MOS管Q1栅极与源极导通电压及二极管D2的正向导通压降，电路工作原理与晶体管Q1选取三极管时相同。

作为本实用新型的改进，在所述电路的电阻R3两端并联一只二极管D3，在输入电压关断后，电容C1除了通过电阻R1及电阻R3、稳压二极管D1的阳极到阴极向输入电压后端负载放电外，还可以通过二极管D3加速电容C1的泄放。

上述本实用新型的启动电路，在输入电压开启后，输入电压经过电阻R1、晶体管Q1的基极与发射极、二极管D2，同时对电容C1、电容C2充电，电容C1充电电流就等于晶体管Q1的基极电流，所以刚上电时晶体管Q1导通，晶体管Q1导通后其发射极电流向电容C2充电，并同时向启动电路负载供电，当电容C1充满后，晶体管Q1的基极电流为0，晶体管Q1关断，启动电路被关断，电容C1从0V充至输入电压所需的时间即为定时关断时间，启动电路关断后，启动电路待机功耗为0W。在输入电压断电后，电容C1将经过电阻R3及稳压二极管D1和电阻R1放电，以通过输入电压后端的负载放电。

上述本实用新型启动电路，其定时关断电路在传统线性稳压启动电路基础上，通过简单地增加一只电容，实现正常启动后自动关断，使待机功耗进一步降低(约为0W)，同时启动电路在开关电源应用时，可以进一步减少启动电路损耗，以致减少开关电源短路功耗。

本实用新型又再提供一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括晶体管Q1及晶体管Q1的偏置电路和输出电路，晶体管Q1的偏置电路包括定时关断电路，晶体管Q1的偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R31、二极管D31、稳压二极管D1、晶体管Q2和电容C11，其中定时关断电路，包括电阻R1、电阻R4、电阻R31、二极管D31、晶体管Q2和电容C11；晶体管Q1的输出电路，包括二极管D2和电容C2，启动电路的具体连接关系是，二极管D31的阴极、晶体管Q2的发射极及电阻R2的一端作为启动电路的输入正端，用于与输入电压+Vin连接；晶体管Q2的集电极连接电阻R1的一端，晶体管Q2的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电容C11的一端及二极管D31的阳极，电容C11的另一端接地；电阻R31与二极管D31并联，电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极接地，晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，并同时连接控制电路的供电端Vcc，电容C2的另一端接地，电容C2的另一端还作为启动电路的输出负端，用于与控制电路的地端GND连接。

作为本实用新型的另一改进方案，所述定时关断电路采用基于一种定时的开关电路，所述定时的开关电路由电阻R1、电阻R3、电阻R4、电容C1、晶体管Q2组成，其特征是所述晶体管Q2为PNP型三极管，采用上述定时的开关电路后，最终启动电路连接关系是：所述晶体管Q2的发射极及电阻R2的一端与+Vin连接，晶体管Q2的集电极连接电阻R1的一端，晶体管Q2的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电容C1的一端后再连接二极管D3的阳极，电容C1的另一端连接-Vin，二极管D3的阴极连接+Vin，电阻R3与二极管D3并联，所述电阻R2的另一端连接所述晶体管Q1的集电极，所述晶体管Q1的基极连接所述电阻R1的另一端及所述稳压二极管D1的阴极，所述稳压二极管D1的阳极连接至-Vin，所述晶体管Q1的发射极连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接所述电容C2的一端，并同时连接Vcc，所述电容C2的另一端连接GND，并同时连接至-Vin。

所述启动电路的工作原理是：当+Vin与-Vin两端通电后，输入电压经电阻R3及晶体管Q2的发射极与基极、电阻R3向电容C1充电，晶体管Q2导通，晶体管Q2的集电极电流流过电阻R1，作为晶体管Q1的基极驱动电流，晶体管Q1导通，晶体管Q1的发射极电流经D2向电容C2充电，并同时向Vcc后端的负载供电，电容C1的电压随着充电时间的增长而逐渐增加，当电容C1的电压大于输入电压减去晶体管Q2的发射极与基极导通压降(约0.5V)，晶体管Q2将关断，电阻R1将不再有电流流过，晶体管Q1也同步关断，电容C2逐渐向Vcc后端负载放电直至电压降低为0V，此时启动电路完全关断，启动电路的定时关断时间为电容C1的电压从0V充到输入电压减去晶体管Q2的发射极与基极导通压降所需要的时间。

所述启动电路中的二极管的D3不参与启动过程，只是作为电容C1的复位作用，当+Vin与-Vin输入电压关断后，电容C1通过二极管D3向输入电压后端的负载放电，所述输入电压后端的负载指的是开关电源的输入功率级电路。

所述启动电路中的晶体管Q2还可以选用P型金属氧化物场效应管(P型MOSFET)，简称P型MOS管，所述晶体管Q2由PNP三极管更改为P型MOS管后，定时关断时间为电容C1的电压从0V充到晶体管Q2的源极与栅极的导通压降。

综合上述，可见本实用新型启动电路的结构简单，所需元器件个数少(共8个)，设计简单，而且可以轻松实现本实用新型的目的：启动电路在完成负载启动后完全关断，减小启动电路待机功耗，而且在开关电源应用时，开关电源在输出短路状态，启动电路完全被关断，Vcc电压将保持在0V，可以有效降低短路功耗。

附图说明

图1示出了现有的启动电路的电路图；

图2示出了本实用新型第一实施例的启动电路的电路图；

图3示出了本实用新型第一实施例启动电路的改进电路图；

图4示出了本实用新型第一实施例的启动电路的波形图；

图5示出了本实用新型第一实施例的启动电路在开关电源应用中测得的Vcc启动波形图；

图6示出了本实用新型第二实施例的启动电路的电路图；

图7示出了本实用新型第二实施例启动电路的改进电路图；

图8示出了本实用新型第二实施例的启动电路的启动波形图；

图9示出了本实用新型第二实施例的启动电路在开关电源应用中测得的Vcc启动波形图；

图10示出了本申请第三实施例的启动电路原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型相对于现有技术所作出的改进，在对本实用新型的两种具体实施方式进行详细说明之前，先对背景技术部分所提到的现有技术结合附图加以说明，进而引出本案的发明构思。

图1示出了现有常见的启动电路的电路图，一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括电阻R1、电阻R2、稳压二极管D1、晶体管Q1、二极管D2和电容C2，其中电阻R1、电阻R2和稳压二极管D1构成晶体管Q1的偏置电路，二极管D2和电容C2构成晶体管Q1的输出电路。

启动电路的具体连接关系是，电阻R1的一端和电阻R2的一端作为启动电路的输入正端，用于与输入电压正端+Vin连接，电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极分别连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极接地；晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，二极管D2的阴极还作为启动电路的输出端，用于与控制电路的供电端Vcc连接；电容C2的另一端接地，电容C2的另一端还作为启动电路的输出负端，用于与控制电路的地端GND连接。

遵循上述初始技术方案连接关系，对于宽范围输入电压的DC/DC变换器中的启动电路，在功率级电路的输出电压逐渐建立，即可由功率级电路作为稳态供电支路取代启动电路向其控制电路(或控制IC)的供电端Vcc供电。但由于现有启动电路只能依赖稳态供电支路的电压高于启动电压来进行关断。

且在晶体管Q1关断后，仍存在连通输入电压+Vin和-Vin两端的导通回路，即电阻R1与稳压二极管D1支路，因此启动电路在晶体管Q1关断后仍会产生损耗。且为了确保低压输入时启动电流足够，电阻R1通常不能取得太小，导致高压输入时启动电路的待机功耗还是很大。

除此外，在DC/DC变换器工作于输出短路保护状态下，输出电压为0V。此时控制电路无法从功率级电路的稳态供电支路得到供电，则启动电路的导通回路将持续处于工作状态，为控制电路的供电端Vcc供电，导致启动电路功耗很大，且发热严重。

而本实用新型的启动电路，就是针对现有启动电路的关断控制复杂、关而不断、且非正常工作时功耗奇高所作出的改进。本实用新型的基本改进思路是，在传统启动电路的晶体管控制端与输入电压之间巧妙的串入一只电容器，以在启动完成后，将晶体管的偏置电路全部开路。

如此既解决了启动电路无法自关断的问题，而且启动电路自关断还可以解决开关电源输出短路时无法关断启动电路的问题，并使启动电路的待机功耗进一步降低至0W。同时启动电路在开关电源应用时，可以进一步减少启动电路的正常工作损耗和非正常工作损耗，进而减少开关电源的整体功耗。

而该电容器的复位是在输入电压断电后，立即通过开关电源主拓扑电路进行的放电，电容器的放电彻底、舒缓且迅速，消除电容器放电所产生的电击隐患，且输入电压断电后的重启操作无间隔时间限制，由于无需考虑重启的延时问题，还可大大简化重启电路的控制设计因素。

据此实用新型构思，以下结合附图对本实用新型的原理和实施方式进行详细说明。

第一实施例

图2示出了本实用新型第一实施例的启动电路的电路原理图，一种启动电路，包括：电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、二极管D2和晶体管Q1，晶体管Q1为NPN型三极管，其中电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1和电容C1构成晶体管Q1的偏置电路，二极管D2和电容C2构成晶体管Q1的输出电路。

启动电路的连接关系为：电容C1的一端及电阻R2的一端作为启动电路的输入正端，用于与输入电压+Vin连接，电容C1的另一端连接电阻R1的一端及电阻R3的一端，电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极连接电阻R3的另一端后连接至输入电压-Vin(也称为输入地)，晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，并同时作为启动电路的输出正端，用于连接控制电路的供电端Vcc，电容C2的另一端作为启动电路的输出负端，用于连接控制电路的地端GND，并同时连接至输入地-Vin。

第一实施例工作原理说明：本实用新型启动电路的定时关断电路，包括电阻R1、电阻R3和电容C1，在+Vin与-Vin两端施加输入电压后，输入电压通过电阻R3对电容C1充电(由于电阻R3取值大，该支路充电电流可忽略)，同时输入电压经过电阻R1、晶体管Q1的基极与发射极、二极管D2，同时对电容C1、电容C2充电，其中电容C1的充电电流为晶体管Q1的基极工作电流Ib，电容C1的充电时间形成定时关断时间T1；电容C2的充电电流为晶体管Q1的发射极电流Ie，电容C2的存储电量用以向控制电路的供电端Vcc供电。

在启动过程中晶体管Q1工作于线性区，可知Ie＝(1+β)Ib>>Ib，所以电容C2的充电电流远大于电容C1，导致电容C2的电压爬升速度大于电容C1(假设电容C1与电容C2电容量相等时)，直到电容C2的电压达到稳压二极管D1的稳压值V_Z减去晶体管Q1的基极与发射极导通压降(约0.7V)及二极管D2的正向导通压降(约0.5V)，电容C2电压不再爬升，即电容C2在启动后稳定输出电压值：V_C2＝V_Z-1.2V，此时电容C1还在继续充电，晶体管Q1的发射极电流Ie开始为启动电路的输出端负载供电，随着电容C1的电压逐渐增大，电阻R1两端电压逐渐减小，晶体管Q1的基极电流逐渐减小，晶体管Q1发射极电流Ie也开始减小，当Ie减小到低于启动电路输出负载电流值时，电容C2开始向输出端负载补充所缺少的那部分电流。

如此便通过涓流对电容C1充电，形成具有足够时长的定时关断时间T1，并通过较大电流对电容C2充电，使电容C2在定时关断时间内能尽可能多的存储电荷量，以向负载(即控制电路的供电端Vcc)补充晶体管Q1的发射极电流Ie中因电容C1的增大而减小的相对正常输出电压所缺少的那部分电流。如此利用电容C1与电容C2的巧妙组合，即可在稳态支路供电建立之前，自动、简便地将启动电路的输出电压依后端负载的供电需求保持一段时间。

之后功率级电路的输出电压建立，即可由功率级电路作为稳态供电支路取代启动电路向其控制电路(或控制IC)的供电端Vcc供电。而电容C2电压开始下降，直到电容C1充满，晶体管Q1基极电流减小为0，晶体管Q1的发射极电流也减小为0，电容C2两端的电压也将放电至0V。

在输入电压断电后，电容C1将经过电阻R3及稳压二极管D1和电阻R1，通过输入电压后端的负载放电，即电容C1可通过输入回路进行放电。输入电压后端的负载是指并联在输入电压+Vin与-Vin两端的开关电源功率级电路。

电容C1为实现本实用新型启动电路的定时关断目的的关键元器件，在通电瞬间电容C1相当于短路，启动电路导通，在电容C1充满后，启动电路断开，定时关断时间即为电容C1从0V充满到达输入电压所需的时间T1，根据电容的充电时间计算公式：可知，T1的大小与电容C1的电容量及C1的充电电流大小有关，从第一实施例工作原理的描述可知，电容C1的充电电流等于流过电阻R3的电流与流过电阻R1电流之和，而随着电容C1的电压逐渐增大，实际上流过电阻R1的电流与流过R3的电流都是一直减小的，流过电阻R1的电流一方面与晶体管Q1的电流放大倍数有关，另外还与Vcc的负载电流大小有关，电阻R3保证电容C1的电压可以充满至输入电压，使启动电路完全关断。

作为本实用新型第一实施例的改进，如图3所示，在电阻R3两端并联一只二极管D3，二极管D3的阴极连接电阻R3与电容C1的连接点，二极管D3的阳极连接输入地-Vin。增加二极管D3后，加速了电容C1的复位：在输入电压关断后，电容C1除了通过电阻R3及电阻R1、稳压二极管D1的阳极到阴极向输入电压后端负载放电外，还可以通过二极管D3加速电容C1对输入回路的泄放。

作为第一实施例的测试确认，图4示出了本实用新型第一实施例的启动电路的实测启动波形，启动电路输入电压为24V，启动电路后端负载电流为24mA，波形中101代表启动电路的输入端所接入的输入电压+Vin与-Vin两端的电压波形，102代表启动电路的输出端输出给控制电路的供电端Vcc到地端GND的电压波形。图5示出了本实用新型第一实施例的启动电路在开关电源(输入电压为24V，输出功率为100W)应用时的启动波形，测试波形中201代表启动电路的输入端所接入的输入电压+Vin与-Vin两端的电压波形，202代表启动电路的输出端输出给控制电路的供电端Vcc到地端GND的电压波形。从图4测试波形可以看出，启动电路在输入电压建立后开始输出稳定的电压10.6V，并在持续10.2mS后输出电压开始逐渐下降至0V；接入开关电源后，从图5可以看出，启动电路向控制电路的供电端Vcc供电约6.8mS后，开关电源输出电压开始建立，并通过耦合稳态供电支路的输出电压的方式取代启动电路对控制电路的供电端Vcc供电。稳态供电支路是在稳态时工作以提供输出电压的功率级电路。由于稳态供电支路的工作电压比启动电路供电电压高，所以启动电路的二极管D2被反向偏置，晶体管Q1的发射极通路被阻断，晶体管Q1的输出电路将持续关断，而电容C1将继续通过电阻R3及电阻R1、稳压二极管D1支路充电，直至充满，进而使晶体管Q1的基极电流减小为0，晶体管Q1关断，启动电路被关断，启动电路整个待机功耗将下降为0W。

本实用新型的有益效果是：当定时关断启动电路应用于开关电源时，输入电压接入后，启动电路开始输出稳定电压，通过选取稳压二极管D1的稳压值并结合开关电源的控制电路(或控制IC)所需的启动工作电压来设计启动电路的稳定输出电压值，保证启动电路输出电压符合输出后端负载的应用需要；另外可以通过计算电容C1的电容量、电阻R1的电阻值来设计定时关断时间T1(时间常数τ＝R1*C1)，在启动电路输出稳压电压达到设定的时间T1后，启动电路开始关断，该设定时间T1需要根据开关电源输出延迟时间T2来设计。开关电源输出延迟时间T2是指从开关电源输入电压开始建立到输出电压达到额定值所经历的时间，或可称为开关电源的启动时间。一般设置定时关断时间T1略大于开关电源的启动时间T2，在启动电路供电至定时关断时间T1的时长后，启动电路被开路，开关电源的控制IC或控制电路开始由稳态供电支路供电，以便减小启动电路损耗，提高开关电源转换效率。

当开关电源处于短路状态时，如果采用传统的线性稳压启动电路，由于稳态供电支路的输出电压为0V，无法通过稳态供电支路向控制电路的供电端Vcc供电，所以控制电路的供电端Vcc的供电只能依赖启动电路。此时如果开关电源内部没有额外的短路保护电路，启动电路将会持续流过控制电路所需要的驱动电流，启动电流将会持续工作，高输入电压下启动电路将很容易过功率烧毁。即使开关电源设计了短路保护电路，由于一般短路保护状态都是设计成打嗝模式，启动电路也会间歇性的工作，启动电路也会产生较大的损耗。

如果采用本实用新型第一实施例的启动电路应用在开关电源时，在开关电源输出短路状态下，稳态供电支路及启动电路都不能向Vcc供电，此时控制电路或控制IC的供电端Vcc将掉电至0V，控制电路或控制IC将处于关断状态。在该应用下，由于启动电路供电至定时关断时间T1的时长后，启动电路便被开路，开关电源的控制IC或控制电路开始由稳态供电支路供电，而此时稳态供电支路的输出电压为0V，因此，开关电源在输出短路下的整体功耗也将降低为0，相对于打嗝工作情形的短路保护电路而言，本实用新型的启动电路简便地消除了短路时因启动电路关而不断的失控所导致的诸多隐患风险因素，比如发热、关键元器件提前失效等，且开关电源的整体功耗大幅下降。

本实用新型种启动电路，在传统线性稳压启动电路基础上，在电子开关管的控制端与输入电源之间串入一只电容C1，在输入电源通电瞬间，通过电容C1的充电电流控制线性稳压启动电路导通，利用电容延时效应，在电容C1充满电后，线性稳压启动电路完全关断，使启动电路待机功耗降低为0，电容C1电压从0V充至输入电压所需的时间即为定时关断时间；在输入电压断电后，电容C1将通过电阻R3、二极管D3及稳压二极管D1和电阻R1，共3条放电支路，同时向输入电压后端的负载放电。

现以18V-75V输入电压范围的开关电源应用为例，采用图示1的启动电路，为保证高低温及全输入电压范围下都能启动，电阻R1取值为22KΩ，稳压二极管D1选取12V稳压二极管，晶体管Q1选取普通NPN三极管，实际计算输入电压75V时启动电路待机功耗(即电阻R1与稳压二极管D1的功耗)达214mW(列式计算可得(75-12)/22K*75V＝214mW)。开关电源输出短路状态下，假设启动电路后端控制IC的供电端Vcc需要提供电流为20mA，则输入电压为75V时输出短路下启动电路功耗达1280mW(列式计算可得(75V-10.8V)*20mA＝1280mW)。

同样的18V-75V输入电压范围开关电源应用，如果采用图示2的启动电路，实际取电容C1为2.2uF，电阻R1取10KΩ，实测开关电源输出电压建立后输入电压75V时启动电路的待机功耗为0W。考虑测试仪器的测试精度，及实际上晶体管Q1所存在的漏电流，待机功耗的精确值可由公式计算得出，列式计算可得75V*60uA＝4.5mW，即待机功耗的精确值为4.5mW，其中60uA电流为实测晶体管Q1的集电极到发射极的漏电流。在开关电源处于短路状态时，实测启动电路功耗也是0W。考虑测试仪器的测试精度，短路时启动电路功耗的精确值也可由公式计算得出，列式计算可得75V*60uA＝4.5mW，即短路时启动电路功耗的精确值为4.5mW，其中60uA电流为实测晶体管Q1的集电极到发射极的漏电流。

实际对比本实用新型第一实施例的启动电路与图1所示启动电路的改善效果如下表1所示：

表1

工作特性	本实用新型第一实施例	传统启动电路
			启动电路待机功耗	4.5mW	214mW
输出短路时启动电路功耗	4.5mW	1280mW

从上表1可知，本实用新型第一实施例的启动电路可以在正常启动的情况下，有效降低启动电路待机功耗，并且在输出电压稳定后，启动电路可以彻底关断，并可以有效降低所应用的开关电源的短路功耗。

第二实施例

图6示出了本实用新型第二实施例的启动电路的电路原理图，一种启动电路，包括：电容C1、电容C2、启动电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、二极管D2和晶体管Q1，晶体管Q1为N型MOS管，启动电路的连接关系为：电容C1的一端及电阻R2的一端与输入电压+Vin连接，电容C1的另一端连接电阻R1的一端及电阻R3的一端，电阻R2的另一端连接晶体管Q1的漏极，晶体管Q1的栅极连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极连接电阻R3的另一端后连接至输入地-Vin，晶体管Q1的源极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，二极管D2的阴极还作为启动电路的输出端，用于连接控制电路的供电端Vcc，电容C2的另一端作为启动电路的输出负端，用于连接控制电路的地端GND，并同时连接至输入地-Vin。

定时电容C1为实现本实用新型的定时关断目的的关键元器件，在通电瞬间电容C1相当于短路，启动电路导通；在电容C1充满后，电容C1使电阻R1和电阻R3形同开路，启动电路彻底被断开；充电电阻R3保证电容C1的电压可以充满至输入电压，使启动电路的定时关断时间到达后晶体管Q1的栅源电压低于其门槛电压，启动电路完全关断。

在第一实施例的基础上，将晶体管Q1由NPN三极管更换为N型MOS管后，启动电路的最大稳定输出电压有所改变，等于稳压二极管D1的稳压值V_Z减去MOS管Q1的栅极与源极门槛电压(不同MOS管门槛电压差异较大，一般在1～4V)及二极管D2的正向导通压降(约0.5V)，定时关断时间常数有所变化，除了电阻R2、电容C1、MOS管Q1的栅极与源极结电容也会对该定时关断时间有所影响，具体时间以实际调试结果为准。

作为本实用新型第二实施例的改进电路，如图7所示，在电阻R3两端并联一只二极管D3，二极管D3的阴极连接电阻R3与电容C1的连接点，二极管的阳极连接输入地-Vin。增加二极管D3后，加速了电容C1的复位：在输入电压关断后，电容C1除了通过电阻R3及电阻R1、稳压二极管D1的阳极到阴极向输入电压后端负载放电外，还可以通过二极管D3加速电容C1的泄放。

现以18V-75V输入电压范围开关电源应用为例，对采用图示6的启动电路的样品进行测试，实测开关电源输出电压建立后输入电压75V时启动电路的待机功耗为0W。在开关电源处于短路状态时，实测启动电路功耗也是0W。测试结果显示实施例二的效果，与实施例一的基本相同。

图8示出了本实用新型第二实施例启动电路的实测启动波形，输入电压为24V，Vcc负载电流为24mA，波形中301代表启动电路的输入端所接入的输入电压+Vin与-Vin两端的电压波形，302代表启动电路的输出端输出给控制电路的供电端Vcc到GND的电压波形。图9示出了本实用新型第二实施例的启动电路在开关电源(输入电压为24V，输出功率为100W)应用时的启动波形，波形中401代表启动电路的输入端所接入的输入电压+Vin与-Vin两端的电压波形，402代表启动电路的输出端输出给控制电路的供电端Vcc到GND的电压波形。从图8可以看出，启动电路在输入电压建立后开始输出稳定电压13.625V，并在持续工作39.8mS(定时关断时间)后，启动电路的输出电压开始跌落，并最终降至0V。从图9可以看出，启动电路向Vcc供电约40mS后，Vcc电压开始降低，当Vcc电压跌至稳态供电支路的供电电压，则启动电路中二极管D2将开始反向偏置，启动电路的晶体管Q1输出电路被关断，待电容C1充满后，使晶体管Q1的基极电流减小为0，晶体管Q1关断，启动电路完全关断，待机功耗降为0W。

从图5及图9可以看出，采用本实用新型所提出的启动电路，稳态供电支路设计电压可以高于启动电路的输出电压(如图5所示第一实施例的输出波形图)，也可以低于启动电路输出电压(如图9所示第二实施例的输出波形图)，启动电路输出电压值的设计取决于稳压二极管D1的稳压值及晶体管Q1的基极与发射极(或栅极与源极)导通压降。而传统的线性稳压启动电路的稳态供电支路电压必须高于启动电路输出电压，才能关断晶体管Q1。如此，说明本实用新型启动电路输出电压的设计不再受稳态供电支路电压的限制，设计更简单。

第三实施例

图10示出了本实用新型第三实施例的启动电路的电路原理图，一种启动电路，包括：电容C11、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R31、电阻R4、稳压二极管D1，二极管D2、二极管D31、晶体管Q1和晶体管Q2，晶体管Q1为NPN三极管，晶体管Q2为PNP三极管，其中电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R31、二极管D31、稳压二极管D1、晶体管Q2和电容C11构成晶体管Q1的偏置电路，二极管D2和电容C2构成晶体管Q1的输出电路。

启动电路的具体连接关系为：晶体管Q2的发射极及电阻R2的一端与输入电压+Vin连接，晶体管Q2的集电极连接电阻R1的一端，晶体管Q2的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电容C11的一端后再连接二极管D31的阳极，电容C11的另一端连接输入地-Vin，二极管D31的阴极连接输入电压+Vin，电阻R31与二极管D31并联，电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极连接至输入地-Vin，晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，并同时连接控制电路的供电端Vcc，电容C2的另一端作为启动电路的输出负端，用于连接控制电路的地端GND，并同时连接至输入地-Vin。

本实用新型的第三实施例，在+Vin与-Vin两端施加输入电压后，输入电压通过电阻R4及晶体管Q2的发射极与基极、电阻R31对电容C11充电，此时晶体管Q2由于发射极与基极正向偏置导通，晶体管Q2的集电极电流经过电阻R1，为晶体管Q1的基极提供驱动电流，晶体管Q1导通，晶体管Q1的发射极电流经D2向电容C2充电，并同时向Vcc后端的负载供电，电容C1的电压随着充电时间的增长而逐渐增加，当电容C11的电压大于输入电压减去晶体管Q2的发射极与基极导通压降(约0.5V)，晶体管Q2将关断，电阻R1将不再有电流流过，晶体管Q1也同步关断，电容C2逐渐向Vcc后端负载放电直至电压降低为0V，此时启动电路完全关断，启动电路的定时关断时间为电容C11的电压从0V充到输入电压减去晶体管Q2的发射极与基极导通压降所需要的时间。

在启动过程中晶体管Q1工作于线性放大区，晶体管Q1的发射极电流迅速为电容C2充电，直到电容C2的电压达到稳压二极管D1的稳压值V_Z减去晶体管Q1的基极与发射极导通压降(约0.7V)及二极管D2的正向导通压降(约0.5V)，电容C2电压不再爬升，即电容C2在启动后稳定输出电压值：V_C2＝V_Z-1.2V，此时电容C11还在继续充电，随着电容C11的充电电压逐渐增大，电阻R31两端压降逐渐降低，所以晶体管Q2的基极工作电流逐渐减小，晶体管Q2的集电极工作电流也将会同步降低，导致晶体管Q1的工作电流也逐渐减小，当电容C11两端电压低至输入电压减去晶体管Q2的发射极与基极导通压降时，晶体管Q2开始关断，晶体管Q2的集电极将不再输出电流，晶体管Q1也同步关断，然后电容C11会由输入电压经过电阻R31继续充电，直至电容C11电压充满，也即达到输入电源电压，整个启动电路将完全关断。

在通电瞬间电容C11相当于短路，启动电路导通，在电容C11充满后，启动电路断开，定时关断时间T1即为电容C11从0V充满到达输入电压所需的时间，根据电容的充电时间计算公式：可知，T1的大小与电容C11的电容量及C1的充电电流大小有关，从第三实施例工作原理的描述可知，电容C11的充电电流等于流过电阻R31的电流与流过电阻R4电流之和，如果忽略电阻R4的电流，可以根据电容的充电计算公式计算T1，即其中U为时间t对应的工作电压，Vo为输入电压，R为电阻R31电阻值，C为电容C11电容量，当t＝0时，U＝0V，即通电瞬间，电容相当于短路，通过计算U＝Vo-Veb所对应的时间T1即为定时关断时间，Veb为晶体管Q2的发射极与基极导通压降，通常为0.5V。

二极管的D31不参与启动过程，只是作为电容C11的复位作用，当+Vin与-Vin输入电压关断后，电容C11通过二极管D31向输入电压后端的负载放电，输入电压后端的负载指的是开关电源的输入功率级电路。

晶体管Q2还可以选用P型金属氧化物场效应管(P型MOSFET)，简称P型MOS管，所述晶体管Q2由PNP三极管更改为P型MOS管后，定时关断时间为电容C11的电压从0V充到晶体管Q2的源极与栅极的导通压降。

通过以上分析，可知本实用新型第三实施例可以实现如同第一实施例一样的效果，即输入电源启动瞬间，启动电路工作，达到定时关断时间T1后，启动电路完全关断，待机功耗为0W，而且当图10所示稳态供电支路因短路而断开时，启动电路也不再工作，此功能可以有效实现开关电源的输出短路保护。

并以18V-75V输入电压范围开关电源应用为例，对采用图示10的启动电路的样品进行测试，实测开关电源输出电压建立后输入电压75V时启动电路的待机功耗为0W。在开关电源处于短路状态时，实测启动电路功耗也是0W。测试结果显示实施例三的效果，与实施例一的基本相同。

上文所称开关电源的控制电路，是指开关电源的功率级电路中的主控电路，电路形式可以是模拟电路，也可以是控制IC。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括晶体管Q1及晶体管Q1的偏置电路和输出电路，晶体管Q1的偏置电路输入端为启动电路的输入端，用于与输入电压连接；晶体管Q1的输出电路的输出端为启动电路的输出端，用于与控制电路的供电端Vcc连接，其特征在于：晶体管Q1的偏置电路包括定时关断电路，

定时关断电路，包括电阻R1、电阻R3和电容C1，

在启动阶段，输入电压通过电阻R1和电阻R3对电容C1充电，直到电容C1充满后，电容C1使电阻R1和电阻R3开路，进而使晶体管Q1的基极电流减小为0，晶体管Q1关断，启动电路被关断。

2.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1的输出电路，包括二极管D2和电容C2，在启动阶段，输入电压还经过电阻R1、晶体管Q1、二极管D2给电容C2充电；当晶体管Q1的发射极电流减小到低于启动电路的输出负载电流值时，电容C2开始向控制电路的供电端Vcc放电。

3.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1的偏置电路，还包括电阻R2，电阻R2设置在晶体管Q1的集电极与输入正之间。

4.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1的偏置电路，还包括稳压二极管D1，稳压二极管D1的阴极与晶体管Q1的基极连接，稳压二极管D1的阳极接地。

5.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于：所述定时关断电路，通过电容C1的电容量、电阻R1的电阻值来设计定时关断时间T1，定时关断时间T1略大于开关电源输出延迟时间T2。

6.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1是NPN型三极管或N型MOS管，在启动阶段，晶体管Q1工作于线性区。

7.根据权利要求2所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1工作于线性区，使电容C2的充电电流远大于电容C1；在启动阶段，输入电压经过电阻R1、晶体管Q1的基极与发射极、二极管D2，同时对电容C1、电容C2充电，电容C1的充电电流为晶体管Q1的基极电流，电容C1的充电时间形成定时关断时间T1；电容C2的充电电流为晶体管Q1的发射极电流，电容C2的存储电量用以向控制电路的供电端Vcc供电。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1的偏置电路还包括二极管D3，二极管D3并联在电阻R3的两端，二极管D3的阴极连接电容C1及电阻R1的连接点，二极管D3的阳极接地。

9.一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括晶体管Q1及晶体管Q1的偏置电路和输出电路，其特征在于：晶体管Q1的偏置电路包括定时关断电路，

晶体管Q1的偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1和电容C1，其中定时关断电路，包括电阻R1、电阻R3和电容C1；

晶体管Q1的输出电路，包括二极管D2和电容C2，

启动电路的具体连接关系是，电容C1的一端及电阻R2的一端作为启动电路的输入正端，用于与输入电压正端+Vin连接，电容C1的另一端连接电阻R1的一端及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地；电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极分别连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极接地；晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，二极管D2的阴极还作为启动电路的输出端，用于与控制电路的供电端Vcc连接；电容C2的另一端接地，电容C2的另一端还作为启动电路的输出负端，用于与控制电路的地端GND连接。

10.根据权利要求9所述的启动电路，其特征在于：所述晶体管Q1的偏置电路还包括二极管D3，二极管D3并联在电阻R3的两端，二极管D3的阴极连接电容C1及电阻R1的连接点，二极管D3的阳极接地，用以形成电容C1对输入电压后端负载的放电回路。

11.一种启动电路，用于向控制电路的供电端Vcc提供启动电流，包括晶体管Q1及晶体管Q1的偏置电路和输出电路，其特征在于：晶体管Q1的偏置电路包括定时关断电路，

晶体管Q1的偏置电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R31、二极管D31、稳压二极管D1、晶体管Q2和电容C11，其中定时关断电路，包括电阻R1、电阻R4、电阻R31、二极管D31、晶体管Q2和电容C11；

晶体管Q1的输出电路，包括二极管D2和电容C2，

启动电路的具体连接关系是，二极管D31的阴极、晶体管Q2的发射极及电阻R2的一端作为启动电路的输入正端，用于与输入电压+Vin连接；晶体管Q2的集电极连接电阻R1的一端，晶体管Q2的基极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电容C11的一端及二极管D31的阳极，电容C11的另一端接地；电阻R31与二极管D31并联，电阻R2的另一端连接晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的基极连接电阻R1的另一端及稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极接地，晶体管Q1的发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接电容C2的一端，并同时连接控制电路的供电端Vcc，电容C2的另一端接地，电容C2的另一端还作为启动电路的输出负端，用于与控制电路的地端GND连接。