CN211830565U - 一种具备自举供电功能的电源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具备自举供电功能的电源驱动电路，通过形成输入电压VIN至充电电容C1之间的低功耗充电路径，以及充电电容C1至电感L之间的放电路径来实现自举供电。驱动管组成的推挽输出单元和具备自举供电功能的充电电容分别配合高电平导通单元10和低电平导通单元11，来形成低功耗的充放电路径，基于高电平导通单元10和低电平导通单元11在所述充电电容C1的各种自举供电条件下具备稳压、过流保护的功能，使得所述电源驱动电路完成可靠稳定的自举供电。同时在自举供电过程中，由于第一驱动管DM1和第二驱动管DM2在大多时间内处于饱和导通状态，耗散的功率极小，进一步降低了待机功耗，从而使产品满足低能效的要求。

Description

一种具备自举供电功能的电源驱动电路

技术领域

本实用新型属于电源管理电路的技术领域，尤其涉及一种具备自举供电功能的电源驱动电路。

背景技术

开关电源是电子设备及电子电器的供电电源变换设备，应用日益广泛。随着能源效率和环保的日益重要和对安全的日益重视，人们对开关电源的待机功耗提出了更高的要求。

开关电源待机时的功耗主要来源于启动电阻损耗和空载时的电路损耗。传统的开关电源电路中,启动电阻由于始终接在整流后的高压输入电压之间，即使在待机时也会带来功率的持续消耗，且为了保证能为开关电源提供较大的充电电流实现快速启动，所选取的启动电阻的阻值一般较小，但是阻值越小产生的待机功耗越大。此外，该传统电路结构一般通过脉宽调制器经脉冲变压器/光电隔离实现，该方式对应驱动电路体积大(脉冲变压器)、速度慢(光电隔离),将进一步加大功耗，致使该传统电路的功耗较高，无法满足高能效产品的需求。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型公开一种具备自举供电功能的电源驱动电路，在高压输入时在电路的输出端完成供电，通过形成输入高压至充电电容之间的低功耗充电路径来实现自举供电，在高压翻转为低压输入时，通过形成充电电容至电感之间的放电路径来维持自举供电，降低了开关电源电路驱动供电所耗费的功耗。

具体的技术方案为：所述具备自举供电功能的电源驱动电路包括充电电容、启动电阻、电感、推挽输出单元、高电平导通单元和低电平导通单元；推挽输出单元包括第一驱动管和第二驱动管，第一驱动管的漏极与电源驱动电路的电压输入端连接，第一驱动管的源极与第二驱动管的漏极的连接节点连接电源驱动电路的输出电压端；启动电阻的两端分别与第一驱动管的漏极和第一驱动管的栅极连接，高电平导通单元的输入端与第一驱动管的栅极连接，高电平导通单元的输出端与充电电容的一端连接，充电电容的另一端与电源驱动电路的输出电压端连接；低电平导通单元的输入端与高电平导通单元的输出端连接，低电平导通单元的输出端与第二驱动管的栅极连接，第二驱动管的源极连接电感的一端，电感的另一端接地。该技术方案将驱动管组成的推挽输出单元和具备自举供电功能的充电电容分别配合高电平导通单元和低电平导通单元，来形成低功耗的充放电路径，在保证过流保护的前提下完成可靠稳定的自举供电。

进一步地，所述高电平导通单元包括第一反向二极管和第一电阻，第一反向二极管和第一电阻并联连接，第一反向二极管的正极和所述第一驱动管的栅极连接，第一反向二极管的负极和所述充电电容的正极板连接，所述充电电容的负极板和所述具备自举供电功能的电源驱动电路的输出电压端连接。该技术方案配合前述技术方案形成输入高压至充电电容之间的低功耗的充电路径，防止流经反向二极管和驱动管的电流过大而损坏电路器件，为所述充电电容创造一个恒流恒压的条件。

进一步地，所述低电平导通单元包括第二反向二极管、第二电阻和第一反相器，第一反相器的输入端与所述充电电容的正极板连接，第二反向二极管和第二电阻并联连接，第二反向二极管的正极和第一反相器的输出端连接，第二反向二极管的负极和所述第二驱动管的栅极连接。该技术方案配合前述技术方案形成充电电容至电感之间的低功耗的放电路径，防止流经反向二极管和驱动管的电流过大而损坏电路器件，保证所述电感为负载供电的安全稳定性，扩大所述具备自举供电功能的电源驱动电路的电压输入端的电源信号适用范围。

进一步地，所述电感属于常规开关电源的变压器的原边，用于存储能量，当原边导通时，向负载电路输出能量。

进一步地，所述第一驱动管和所述第二驱动管都是N型MOS管、MOSFET管或JFET管。扩大所述具备自举供电功能的电源驱动电路的开关驱动器件的适用范围。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种具备自举供电功能的电源驱动电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细描述。本实用新型实施例提供的技术方案适用于Buck、Boost、Buck-Boost等多种电路拓扑结构，此处并不限定；本实用新型实施例提供的技术方案中涉及的开关管可以是MOS、MOSFET、JFET等晶体管，可以为增强型或耗尽型，本实用新型实施例中均以MOS管为例进行阐述；技术方案中涉及的连接可为元器件的直接连接，也可为电性连接。

本实用新型公开一种具备自举供电功能的电源驱动电路，如图1所示，所述具备自举供电功能的电源驱动电路包括充电电容C1、启动电阻R3、电感L1、推挽输出单元12、高电平导通单元10和低电平导通单元 11；推挽输出单元12包括第一驱动管DM1和第二驱动管DM2，第一驱动管DM1的漏极与电源驱动电路的电压输入端VIN连接，第一驱动管DM1的源极与第二驱动管DM2的漏极的连接节点连接电源驱动电路的输出电压端VOUT；启动电阻R3的两端分别与第一驱动管DM1的漏极和第一驱动管DM1的栅极连接，高电平导通单元10 的输入端与第一驱动管DM1的栅极连接，高电平导通单元10的输出端与充电电容C1的正极板连接，充电电容C1的负极板与电源驱动电路的输出电压端VOUT连接，在高压输入时在电路的输出端进行供电的过程中，电压输入端VIN输入高压信号，这里的高压信号是整流后的高压输入电压，电压输入端VIN输入的高压信号通过启动电阻R3给第一驱动管DM1的栅源寄生电容充电，从而抬高第一驱动管DM1的栅源电压至大于第一驱动管DM1的阈值电压使第一驱动管DM1导通，高电平导通单元10也导通形成通路，第一驱动管DM1的栅源寄生电容产生自举，第一驱动管DM1维持导通状态，形成电压输入端VIN、第一驱动管DM1、高电平导通单元 10至充电电容C1的充电路径，从而实现自举供电，其中，在为充电电容C1充电至预设电压值的过程中，由于第一驱动管DM1的内阻较大，且处于自举状态下，栅压较大，处于饱和导通状态，压降极小，所以，流经启动电阻R3和第一驱动管DM1的电流较小，使得整体电路产生的功耗极小，本实施例通过采用启动电阻两端分别与电压驱动元件的漏极和栅极相连的方式，极大地降低了启动、正常工作及待机过程中由启动电阻产生的功耗；当充电电容C1充电至预设电压值后，如果电压输入端VIN处的电压不足以支撑第一驱动管 DM1导通，那么充电电容C1两端的电压经过高电平导通单元10的稳定分压后加到第一驱动管DM1的栅极和源极之间，充电电容C1通过高电平导通单元10向第一驱动管DM1的栅源寄生电容放电，此时可等效为一个电压源，抬高第一驱动管DM1的栅源电压至大于第一驱动管DM1的阈值电压维持第一驱动管DM1导通，进行自举供电。低电平导通单元11的输入端与高电平导通单元10的输出端连接，同时与充电电容C1的正极板连接，低电平导通单元11的输出端与第二驱动管DM2的栅极连接，第二驱动管DM2的漏极也连接充电电容C1的负极板，第二驱动管DM2的源极连接电感L的一端，电感L的另一端接地。电压输入端VIN为高压输入且充电电容 C1充电至预设电压值之前，低电平导通单元11的输入端电压较低，经过低电平导通单元11的逻辑变换，低电平导通单元11的输出端电压较高，足以导通第二驱动管DM2，此时，第一驱动管DM1和第二驱动管DM2同时导通，所述具备自举供电功能的电源驱动电路既可以通过输出电压端VOUT向外部负载供电，也可以通过电感L向外部负载供电。自举供电一段时间后，充电电容C1已经充电至预设电压值，低电平导通单元11的输出端电压变低，第二驱动管DM2被关断；当充电电容C1通过前述的放电将两端的高压降低为低压时，特别包括电压输入端VIN处供电不足的情况下，由于充电电容C1两端电压不能突变，充电电容C1存在的能量应能满足所述推挽输出单元12关断时提供的能量以及为下一启动瞬间提供能量，所以，低电平导通单元11 被导通，经过低电平导通单元11的稳定分压后输出高电平，加到第二驱动管DM2的栅极上，此时，第二驱动管DM2的漏极上也接收到充电电容C1的负极板加载的电压，不管第一驱动管DM1是否维持导通，第二驱动管DM2都会导通，并通过电感L导通接地，形成充电电容C1、低电平导通单元11、第二驱动管DM2至电感L之间的低功耗的放电路径，通过电感L向外部负载输出能量来维持自举供电。本实施例将驱动管组成的推挽输出单元和具备自举供电功能的充电电容分别配合高电平导通单元和低电平导通单元，来形成低功耗的充放电路径，基于高电平导通单元和低电平导通单元在所述充电电容C1的各种自举供电条件下具备稳压、过流保护的功能，使得所述具备自举供电功能的电源驱动电路完成可靠稳定的自举供电。同时在自举供电过程中，由于第一驱动管DM1和第二驱动管DM2在大多时间内处于饱和导通状态，耗散的功率极小，进一步降低了待机功耗，从而使产品满足低能效的要求。

如图1所示，所述高电平导通单元包括第一反向二极管D1和第一电阻R1，第一反向二极管D1和第一电阻R1并联连接，第一反向二极管D1的正极和所述第一驱动管DM1的栅极连接，第一反向二极管D1的负极和所述充电电容C1的正极板连接，所述充电电容C1的负极板和所述具备自举供电功能的电源驱动电路的输出电压端VOUT连接。本实施例将一适当阻值的电阻R1与反向二极管并联，则这个高电平导通网络的电流在预设幅度值的范围内接近恒流特性，无论第一反向二极管D1的正负极电平大小如何，所述高电平导通单元保持稳定的电压范围，当第一反向二极管D1的正极电压大于第一反向二极管D1的负极电压时，电压输入端VIN 处的电压通过第一驱动管DM1配合启动电阻R1实现了自举供电；当第一反向二极管D1的正极电压小于第一反向二极管D1的负极电压时，充电电容C1成为自举电容通过第一驱动管DM1配合启动电阻R1维持自举供电。本实施例配合前述技术方案形成输入高压至充电电容之间的低功耗的充电路径，防止流经反向二极管和驱动管的电流过大而损坏电路器件，为所述充电电容创造一个恒流恒压的条件。

如图1所示，所述低电平导通单元包括第二反向二极管D2、第二电阻R2和第一反相器INV1，第一反相器INV1的输入端与所述充电电容C1的正极板连接，第二反向二极管D2和第二电阻R2并联连接，第二反向二极管D2的正极和第一反相器INV1的输出端连接，第二反向二极管D2的负极和所述第二驱动管DM2的栅极连接。本实施例将一适当阻值的电阻R2与反向二极管并联，则这个低电平导通网络的电流在预设幅度值的范围内接近恒流特性，无论第二反向二极管D2的正负极电平大小如何，所述低电平导通单元保持恒定的电压范围，但是，由于第一反相器INV1的逻辑功能作用，所以，当所述充电电容C1的正极板处于低电平状态甚至是第一驱动管DM1还没导通时，所述低电平导通单元输出高电平至第二驱动管DM2的栅极，导通第二驱动管DM2，让电感L向外部负载输出能量来完成供电；当所述充电电容C1的正极板处于高电平状态，意味着第一驱动管DM1已经导通时，所述低电平导通单元输出低电平至第二驱动管DM2的栅极，关断第二驱动管DM2，只能通过输出电压端VOUT向外部负载供电。自举供电无法保障电压输入端VIN的供电充足时，尤其是针对适配器或充电器等产品，存在空载工作模式，在此情况下会由于第一驱动管DM1和第二驱动管DM2长期处于关断状态导致所述输出电压端VOUT供电不足，因此，本实施例中当电压输入端VIN降低至预设阈值时，所述充电电容C1配合所述低电平导通单元11和所述高电平导通单元10的形成相应的充放电路径，经启动电阻 R3为第一驱动管DM1的栅极充电，或使第二驱动管DM2导通，完成供电。本实施例配合前述技术方案形成充电电容至电感之间的低功耗的放电路径，防止流经反向二极管和驱动管的电流过大而损坏电路器件，保证所述电感为负载供电的安全稳定性，扩大所述具备自举供电功能的电源驱动电路的电压输入端的电源信号适用范围。

应注意的是，所述具备自举供电功能的电源驱动电路的启动过程中，为了防止所述推挽输出单元12的驱动管处于欠驱动状态，在前述充电电容的充电路径上，所述电感L影响了充电的速率，所述第二驱动管 DM2的最窄导通时间应保证所述充电电容C1能够充足够的电荷，以满足驱动管的栅源寄生电容Cge所需要的电荷量再加上功率器件稳态导通时漏电流所失去的电荷量。因此从最窄导通时间ton(min)考虑，所述充电电容C1应足够小。综上所述，在选择充电电容的大小时应综合考虑，既不能太大影响窄脉冲的驱动性能，也不能太小而影响宽脉冲的驱动要求。从功率器件的工作频率、开关速度、门极特性进行选择，估算后经调试而定。

优选地，所述电感L属于常规开关电源的变压器的原边，用于存储能量，当原边导通时，向负载电路输出能量。本实施例中，当原边截止时，副边互感电动势使得外部的整流二极管导通，电流一方面流入负载，另一方面向所述充电电容C1充电储能，以便原边再次导通时向负载释放能量。

优选地，所述第一驱动管DM1和所述第二驱动管DM2都是N型MOS管、MOSFET管或JFET管,它们都是属于为电压驱动型的管子，扩大所述具备自举供电功能的电源驱动电路的开关驱动器件的适用范围。自举推挽驱动电路和门极快速放电回路，推挽电路阻抗小，类恒流源性质，驱动能力强，减少了门极驱动损耗，增强了MOSFET抗干扰能力。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种具备自举供电功能的电源驱动电路，其特征在于，该电源驱动电路包括充电电容、启动电阻、电感、推挽输出单元、高电平导通单元和低电平导通单元；

推挽输出单元包括第一驱动管和第二驱动管，第一驱动管的漏极与电源驱动电路的电压输入端连接，第一驱动管的源极与第二驱动管的漏极的连接节点连接电源驱动电路的输出电压端；

启动电阻的两端分别与第一驱动管的漏极和第一驱动管的栅极连接，高电平导通单元的输入端与第一驱动管的栅极连接，高电平导通单元的输出端与充电电容的正极板连接，充电电容的负极板与电源驱动电路的输出电压端连接；

低电平导通单元的输入端与高电平导通单元的输出端连接，低电平导通单元的输出端与第二驱动管的栅极连接，第二驱动管的源极连接电感的一端，电感的另一端接地。

2.根据权利要求1所述具备自举供电功能的电源驱动电路，其特征在于，所述高电平导通单元包括第一反向二极管和第一电阻，第一反向二极管和第一电阻并联连接，第一反向二极管的正极和所述第一驱动管的栅极连接，第一反向二极管的负极和所述充电电容的正极板连接，所述充电电容的负极板和所述电源驱动电路的输出电压端连接。

3.根据权利要求2所述具备自举供电功能的电源驱动电路，其特征在于，所述低电平导通单元包括第二反向二极管、第二电阻和第一反相器，第一反相器的输入端与所述充电电容的正极板连接，第二反向二极管和第二电阻并联连接，第二反向二极管的正极和第一反相器的输出端连接，第二反向二极管的负极和所述第二驱动管的栅极连接。

4.根据权利要求1所述具备自举供电功能的电源驱动电路，其特征在于，所述电感属于开关电源的变压器的原边，用于存储能量。

5.根据权利要求1至4任一项所述具备自举供电功能的电源驱动电路，其特征在于，所述第一驱动管和所述第二驱动管都是N型MOS管、MOSFET管或JFET管。

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