CN207321112U - 一种电源启动电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源启动电路及开关电源，其中电源启动电路包括：启动单元，以及与所述启动单元电连接的控制单元、驱动单元、变压器；所述启动单元与输入电源电连接；当所述输入电源电压上升到所述启动单元的门槛电压时，所述启动单元输出启动电压给所述控制单元；当所述启动电压上升到所述控制单元的工作电压时，所述控制单元输出控制信号；所述驱动单元接收所述控制单元输出的控制信号后，驱动所述变压器工作，并且驱动所述启动单元停止工作。开关电源可执行所述电源启动电路。本实用新型通过利用MOSFET短时间内充电达到启动电压，实现电源快速启动的目的。

Description

一种电源启动电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种电源启动电路及开关电源。

背景技术

开关电源是电源的其中一类，分为交流、直流输入，它自电网取得能量，交流输入经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，在此变换过程中，开关电源内部电路也需要提供低压直流供电，低压直流供电的建立决定开关电源整机启动时间。

针对部分无自启动方案的芯片，需要外部增加启动电路的，一般采用如图3的方案，E100为输入交流电压经整流滤波后的直流电压，或者直流输入电压，上端为正极母线电压VBUS，下端为负极母线电压且接地，母线电压VBUS通过电阻R100向电容C100充电，驱动芯片U100的电源引脚VCC电压随R100向C100充电而增加，直到充电电压上升到芯片U100启动电压后，芯片U100的驱动引脚DRV输出脉冲来控制开关管Q100的导通和关闭，在启动完毕后由变压器次级绕组T100B通过二极管D100和电容C100滤波，形成自供电，但母线电压VBUS与芯片U100的电源引脚VCC之间电压差较大，电阻R100的损耗取决于其电阻值，电阻R100的阻值太小，会增加稳态损耗，使整机效率下降，热量增加，电阻R100的阻值太大，开机时对电容C100的充电电流小，速度慢，启动时间变长，尤其是对于输入电源范围宽的电源，要兼顾启动快和损耗低，图3的方案几乎不能满足其要求。

基于以上存在的问题，本申请提供了解决技术问题的技术方案。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电源启动电路及开关电源，通过利用MOSFET短时间内充电达到启动电压，实现电源快速启动。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种电源启动电路，包括：启动单元，以及与所述启动单元电连接的控制单元、驱动单元、变压器；所述启动单元与输入电源电连接；当所述输入电源电压上升到所述启动单元的门槛电压时，所述启动单元输出启动电压给所述控制单元；当所述启动电压上升到所述控制单元的工作电压时，所述控制单元输出控制信号；所述驱动单元接收所述控制单元输出的控制信号后，驱动所述变压器工作，并且驱动所述启动单元停止工作。

优选的，所述启动单元包括：MOSFET管Q200；所述MOSFET管Q200的漏极、上偏执电阻R200的第一端共同与母线电压正极VBUS200端电连接；所述MOSFET管Q200的栅极分别与所述上偏执电阻R200的第二端、定时电容C300的第一端电连接；所述MOSFET管Q200的源极、启动电容C100的第一端共同与所述控制单元电连接；所述定时电容C300的第二端、所述启动电容C100的第二端共同与母线电压负极接地端电连接。

优选的，所述控制单元包括：控制芯片U200；所述控制芯片U200的电源端分别与所述启动单元、所述驱动单元电连接；所述控制芯片U200的驱动端与所述驱动单元电连接。

优选的，所述驱动单元包括：三极管Q300、开关管Q100；所述三极管Q300的集电极分别与所述MOSFET管Q200的栅极、所述上偏执电阻R200的第二端、所述定时电容C300的第一端电连接；所述三极管Q300的基极分别与上偏执电阻R300第一端、下偏执电阻R400的第一端电连接；所述上偏执电阻R300第二端分别与滤波电容C200的第一端、隔离二极管D100的阳极端、整流二极管D200的阴极端电连接；所述隔离二极管D100的阴极端分别与所述控制芯片U200的电源端、所述MOSFET管Q200的源极、所述启动电容C100的第一端电连接；所述整流二极管D200的阳极端与所述变压器电连接；所述开关管Q100的栅极与所述控制芯片U200的驱动端电连接；所述开关管Q100的漏极与所述变压器电连接；所述三极管Q300的发射极、所述下偏执电阻R400的第二端、所述滤波电容C200的第二端、所述开关管Q100的源极共同与所述母线电压负极接地端电连接。

优选的，所述变压器包括：初级绕组和次级绕组；所述初级绕组第一端与所述母线电压正极VBUS200端电连接；所述初级绕组第二端与所述开关管Q100的漏极电连接；所述次级绕组第一端与所述母线电压负极接地端电连接；所述次级绕组第二端与所述整流二极管D200的阳极端电连接。

本实用新型还提供了一种开关电源，可执行前述的电源启动电路。

与现有技术相比，本实用新型的一种电源启动电路及开关电源至少包括以下一种有益效果：

1、在本实用新型中，通过选择合适MOSFET规格和它的偏执电阻参数，能达到快速启动的效果。

2、在本实用新型中，当电源完全启动后，MOSFET处于截止状态，此时的启动电路损耗几乎可以忽略不计，提高了整机效率。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种开关电源及基于开关电源的电源启动电路的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种电源启动电路及开关电源一个实施例的结构图；

图2是本实用新型一种电源启动电路及开关电源另一实施例的结构图；

图3是开关电源的一个电路原理示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

本实用新型提供了一种电源启动电路的一个实施例，参考图1和图2所示，包括：启动单元100，以及与所述启动单元100电连接的控制单元200、驱动单元300、变压器400；所述启动单元100与输入电源电连接；当所述输入电源电压上升到所述启动单元100的门槛电压时，所述启动单元100输出启动电压给所述控制单元200；当所述启动电压上升到所述控制单元200的工作电压时，所述控制单元200输出控制信号；所述驱动单元300接收所述控制单元200输出的控制信号后，驱动所述变压器400工作，并且驱动所述启动单元100停止工作。

具体的，在本实施例中，启动单元设定有门槛电压，启动单元连接输入电源，当输入电源电压达到启动单元的门槛电压时，启动单元才可向控制单元输出启动电压信号。启动单元的门槛电压值由具体的启动单元电路决定。当启动电压上升到控制单元的工作电压时，控制单元才可向驱动单元输出控制信号，此时驱动单元驱动变压器工作，并且驱动启动单元停止工作。此后控制单元的工作电压的供电完全由变压器提供。

在以上实施例的基础上提供了又一实施例，参考图2所示，所述启动单元包括：MOSFET管Q200；所述MOSFET管Q200的漏极、上偏执电阻R200的第一端共同与母线电压正极VBUS200端电连接；所述MOSFET管Q200的栅极分别与所述上偏执电阻R200的第二端、定时电容C300的第一端电连接；所述MOSFET管Q200的源极、启动电容C100的第一端共同与所述控制单元电连接；所述定时电容C300的第二端、所述启动电容C100的第二端共同与母线电压负极接地端电连接。所述控制单元包括：控制芯片U200；所述控制芯片U200的电源端分别与所述启动单元、所述驱动单元电连接；所述控制芯片U200的驱动端与所述驱动单元电连接。

具体的，在本实施例中，当母线电压上电后，电阻R200对定时电容C300充电，当C300电压上升到MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管)Q200的门槛电压时，MOSFET管随RC充电电压逐渐导通，工作在线性放大区，流过MOSFET管Q200的电流由漏极至源极给启动电容C100充电，启动电容C100所充电荷对控制芯片U200供电；启动电容C100的充电电流随着定时电容C300充电电压升高而逐渐增大，随时间加快了启动电容C100的电压升高速度；随着时间的增长，启动电容C100的电压上升到控制芯片U200的电源引脚VCC的工作电压，则控制芯片U200的驱动引脚DRV输出控制信号。

在本实施例中，控制芯片型号为UC3842，其工作电压为16V，当输入电源电压最低为交流85V时，假设普通启动电路(参考图3)选用R100＝100kΩ，C100＝22uF，则启动时间为t1＝R*C*ln((V1-V0)/(V1-Vt1)) 本实用新型(参考图2)选用Q200为1N60的型号，其门槛电压为Vth＝4V，R200＝1MΩ，C100＝22uF，C300＝0.22uF，则启动时间为t2＝R*C*ln((V1-V0)/(V1-Vt2))

在本实用新型中，通过选择合适的MOSFET管规格和它的偏执电阻参数，能达到快速启动的效果。

在以上实施例的基础上提供了又一实施例，参考图2所示，所述驱动单元包括：三极管Q300、开关管Q100；所述三极管Q300的集电极分别与所述MOSFET管Q200的栅极、所述上偏执电阻R200的第二端、所述定时电容C300的第一端电连接；所述三极管Q300的基极分别与上偏执电阻R300第一端、下偏执电阻R400的第一端电连接；所述上偏执电阻R300第二端分别与滤波电容C200的第一端、隔离二极管D100的阳极端、整流二极管D200的阴极端电连接；所述隔离二极管D100的阴极端分别与所述控制芯片U200的电源端、所述MOSFET管Q200的源极、所述启动电容C100的第一端电连接；所述整流二极管D200的阳极端与所述变压器电连接；所述开关管Q100的栅极与所述控制芯片U200的驱动端电连接；所述开关管Q100的漏极与所述变压器电连接；所述三极管Q300的发射极、所述下偏执电阻R400的第二端、所述滤波电容C200的第二端、所述开关管Q100的源极共同与所述母线电压负极接地端电连接。所述变压器包括：初级绕组和次级绕组；所述初级绕组第一端与所述母线电压正极VBUS200端电连接；所述初级绕组第二端与所述开关管Q100的漏极电连接；所述次级绕组第一端与所述母线电压负极接地端电连接；所述次级绕组第二端与所述整流二极管D200的阳极端电连接。

具体的，在本实施例中，当处于上述实施例的启动阶段时，由于控制芯片U200处于欠压状态，DRV脚无脉冲输出，所以Q300处于截止状态，不会对R200向定时电容C300充电造成任何影响，启动电容C100所充电荷因隔离二极管D100的反向隔离作用，只对控制芯片U200供电而不会受到其他影响。随着时间的增长，启动电容C100的电压上升到控制芯片U200的电源引脚VCC的工作电压，则控制芯片U200的驱动引脚DRV输出控制信号控制开关管Q100导通，变压器工作，变压器的次级绕组T100B上产生电压，并经整流二极管D200整流和滤波电容C200滤波成直流电压，一路通过隔离二极管D100提供给控制芯片U200的电源引脚VCC，一路通过偏执电阻R300和R400分压提供给三极管Q300基极电流，使三极管Q300导通，将定时电容C300电压拉低，MOSFET管Q200栅极电压随之降低至门槛电压以下，MOSFET管Q200截止，启动电路停止工作；此后控制芯片U200的电源引脚VCC的供电完全由变压器次级绕组T100B提供。

在本实用新型中，当电源完全启动后，MOSFET处于截止状态，此时的启动电路损耗几乎可以忽略不计，提高了整机效率。

本实用新型还提供了一种开关电源，该开关电源科执行上述电源启动电路，当输入电源电压上升到启动单元的门槛电压时，启动单元输出启动电压给控制单元；当启动电压上升到控制单元的工作电压时，控制单元输出控制信号；驱动单元接收控制信号后，驱动变压器工作，从而使开关电源正常稳定工作。

需要说明的，在本申请中所使用的元器件型号，在不影响性能参数的同时，可以进行实用性的调整。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，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原理的前提下，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。

Claims (6)

1.一种电源启动电路，包括：启动单元，以及与所述启动单元电连接的控制单元、驱动单元、变压器；

所述启动单元与输入电源电连接；当所述输入电源电压上升到所述启动单元的门槛电压时，所述启动单元输出启动电压给所述控制单元；当所述启动电压上升到所述控制单元的工作电压时，所述控制单元输出控制信号；所述驱动单元接收所述控制单元输出的控制信号后，驱动所述变压器工作，并且驱动所述启动单元停止工作。

2.根据权利要求1所述的一种电源启动电路，其特征在于，所述启动单元包括：MOSFET管Q200；

所述MOSFET管Q200的漏极、上偏执电阻R200的第一端共同与母线电压正极VBUS200端电连接；所述MOSFET管Q200的栅极分别与所述上偏执电阻R200的第二端、定时电容C300的第一端电连接；所述MOSFET管Q200的源极、启动电容C100的第一端共同与所述控制单元电连接；所述定时电容C300的第二端、所述启动电容C100的第二端共同与母线电压负极接地端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种电源启动电路，其特征在于，所述控制单元包括：控制芯片U200；

所述控制芯片U200的电源端分别与所述启动单元、所述驱动单元电连接；所述控制芯片U200的驱动端与所述驱动单元电连接。

4.根据权利要求3所述的一种电源启动电路，其特征在于，所述驱动单元包括：三极管Q300、开关管Q100；

所述三极管Q300的集电极分别与所述MOSFET管Q200的栅极、所述上偏执电阻R200的第二端、所述定时电容C300的第一端电连接；所述三极管Q300的基极分别与上偏执电阻R300第一端、下偏执电阻R400的第一端电连接；所述上偏执电阻R300第二端分别与滤波电容C200的第一端、隔离二极管D100的阳极端、整流二极管D200的阴极端电连接；所述隔离二极管D100的阴极端分别与所述控制芯片U200的电源端、所述MOSFET管Q200的源极、所述启动电容C100的第一端电连接；所述整流二极管D200的阳极端与所述变压器电连接；所述开关管Q100的栅极与所述控制芯片U200的驱动端电连接；所述开关管Q100的漏极与所述变压器电连接；所述三极管Q300的发射极、所述下偏执电阻R400的第二端、所述滤波电容C200的第二端、所述开关管Q100的源极共同与所述母线电压负极接地端电连接。

5.根据权利要求4所述的一种电源启动电路，其特征在于，所述变压器包括：初级绕组和次级绕组；

所述初级绕组第一端与所述母线电压正极VBUS200端电连接；所述初级绕组第二端与所述开关管Q100的漏极电连接；所述次级绕组第一端与所述母线电压负极接地端电连接；所述次级绕组第二端与所述整流二极管D200的阳极端电连接。

6.一种开关电源，其特征在于，可执行权利要求1-5任一所述的电源启动电路。