CN218071304U - 一种开关电源的冲击电流抑制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关电源领域，公开了一种开关电源的冲击电流抑制电路，连接于开关电源输入整流器件与储能电容之间，用于限制开关电源启动时的冲击电流，包括电流检测电路和电流抑制电路；电流检测电路，用于检测开关电源启动时的冲击电流，产生控制信号控制电流抑制电路。当开关电源启动时的冲击电流大于电流检测电路设定的电流上限时，输出第一控制信号至电流抑制电路，控制电流抑制电路呈现高阻抗，以抑制开关电源启动时的冲击电流；当开关电源启动时的冲击电流小于电流检测电路设定的电流上限时，输出第二控制信号至电流抑制电路，控制电流抑制电路呈现低阻抗，以降低稳态工作时的损耗。

Description

一种开关电源的冲击电流抑制电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种开关电源的冲击电流抑制电路。

背景技术

在开关电源产品中，为了使开关电源电路处于稳定的工作状态，同时提高开关电源产品关电后的输出保持时间，通常会使用较大容值的储能电容，尤其是铝电解电容。铝电解电容的直流等效电阻(ESR)非常低，通常不足1Ω，而在开关电源产品启动时，由于铝电解电容没有被充电，可以视为短路状态，此时电路中的瞬时输入电流

(Vin_peak为输入电压峰值，Rin为开关电源产品的输入阻抗)。当开关电源产品没有使用冲击电流抑制电路时，在启动瞬间会产生非常大的瞬时输入电流，而过大的输入电流则可能会造成系统的误检测，甚至造成保险丝和输入滤波电感等器件的烧毁。为降低电源启动时过大的输入电流(即冲击电流)对开关电源产品及其应用的系统造成不良影响，开关电源产品通常都会使用冲击电流抑制电路来限制启动瞬间的冲击电流。

如图1所示，为现有的开关电源的冲击电流抑制电路，通过在输入端增加电阻来限制冲击电流。电阻可以为固定阻值电阻，也可以是热敏电阻，阻值通常为几Ω到几十Ω不等。其中，使用固定电阻可以在开关电源启动时起到抑制冲击电流的作用，但在开关电源启动完成后，电源产品则进入稳定的工作状态，由于其阻值是固定不变的，输入电流会在电阻上形成很大的损耗，故该冲击电流抑制电路只适合小功率产品使用；当使用热敏电阻时，在开关电源启动时也可以起到抑制冲击电流的作用，但电源产品进入稳定工作状态后，热敏电阻发热后阻值降低，输入电流在电阻上形成的损耗也降低。目前热敏电阻使用较为广泛，但是在电源产品连续启动的时候，由于热敏电阻长时间工作发热后阻值已经降低，此时就起不到限制冲击电流的作用了。并且，在大功率的产品中，即使长时间工作后热敏电阻阻值降低，依然有较大的损耗。

如图2所示，为图1现有的开关电源的冲击电流抑制电路改进型电路。改进型电路增加了一个继电器与电阻并联，在电源产品进入稳定工作状态后，产生控制信号控制继电器吸合，从而限制启动时的冲击电流，同时电源产品稳定后继电器吸合可降低产品损耗。但该电路的缺点在于，继电器的成本高、体积大，普通的电磁继电器吸合次数过多后会造成触点氧化，会有接触不良的风险，可靠性降低，而无氧化风险的固态继电器，成本更加高昂。

因此，一种电路简单、体积小、成本低和可靠性高，能抑制启动时的冲击电流且稳定工作后不产生过大损耗的冲击电流抑制电路在开关电源领域是很有应有前景的。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种开关电源的冲击电流抑制电路，连接于开关电源输入整流器件与储能电容之间，用于限制开关电源启动时的冲击电流，以及降低电源产品稳定工作后的损耗。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

第一方面，提供一种开关电源的冲击电流抑制电路，连接于开关电源输入整流器件与储能电容之间，其包括电流检测电路和电流抑制电路；

电流检测电路检测开关电源启动时的输入电流，并在输入电流大于设定的电流上限值时输出第一控制信号，以及在输入电流小于设定的电流上限值时输出第二控制信号；

电流抑制电路接收到第一控制信号或第二控制信号，并根据第一控制信号或第二控制信号调节电流抑制电路的阻抗；

当电流抑制电路接收到第一控制信号时，电流抑制电路呈现高阻抗，以减小开关电源启动时的输入电流；当电流抑制电路接收到第二控制信号时，电流抑制电路呈现低阻抗，以降低开关电源稳态工作时的损耗。

作为优选，电流检测电路包括电阻R1和晶体管Q1；电阻R1的第一端作为电流检测电路的输入端，接收开关电源启动时的输入电流，电阻R1的第一端与晶体管Q1的基极连接，电阻R1的第二端与晶体管Q1的发射极连接。晶体管Q1的集电极为电路检测电路的输出端，输出第一控制信号或第二控制信号至电流抑制电路；

电流抑制电路包括齐纳二极管Z1，电阻R2和晶体管Q2；电阻R2的第一端与开关电源中的储能电容C1的正极连接，电阻R2的第二端分别与晶体管Q2的栅极、齐纳二极管的阴极和晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q2的漏极与储能电容C1负极连接，晶体管Q2的源极与电阻R1的第一端连接，齐纳二极管Z1的阳极分别与晶体管Q1的发射极和电阻R1的第二端连接。

作为优选，冲击电流抑制电路应用于功率因数校正电路中时，电阻R1作为功率因数校正电路中的主功率电流采样电阻。

作为优选，一种开关电源的冲击电流抑制电路还设有电容C3、电阻R3和二极管D3；电阻R3的第一端与晶体管Q2的栅极连接，电阻R3的第二端与与齐纳二极管的阳极连接；电容C3的第一端与电阻R2的第二端连接，电容C3的第二端与电阻R3的第二端连接；二极管D3的阳极与晶体管Q1的发射极连接，二极管D3的阴极与电阻R1的第二端连接。

第二方面，提供一种开关电源的冲击电流抑制电路，冲击电流抑制电路连接于开关电源输入整流器件与储能电容之间，其包括电流检测电路和电流抑制电路；

电流检测电路包括电阻R1和晶体管Q1；电阻R1的第一端为电流检测电路的输入端，电阻R1的第一端与晶体管Q1的基极连接，电阻R1的第二端与晶体管Q1的发射极连接；

电流抑制电路包括齐纳二极管Z1、电阻R2和晶体管Q2；电阻R2的第一端与开关电源中的储能电容C1的正极连接，电阻R2的第二端分别与晶体管Q2的栅极、齐纳二极管的阴极和晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q2的漏极与储能电容C1负极连接，晶体管Q2的源极与电阻R1的第一端连接，齐纳二极管Z1的阳极分别与晶体管Q1的发射极和电阻R1的第二端连接。

本实用新型的具体工作原理将在具体实施例进行分析说明，在此不赘述。与现有技术方案相比，本实用新型的有益效果为：

1、相较于在冲击电流抑制电路的输入端增加电阻来限制冲击电流的技术方案，本实用新型采用电流检测与电流抑制两个模块对开关电源启动时的冲击电流进行抑制，电路简单，同时还能在开关电源产品稳定工作后不产生过大损耗。

2、相较于在冲击电流抑制电路中增加继电器能来限制开关电源启动时的冲击电流，本实用新型的成本更低，体积更小且可靠性高，能有效抑制开关电源启动时的冲击电流并能降低电源产品在稳定工作状态下的损耗。

附图说明

图1为现有技术的冲击电流抑制电路原理图；

图2为图1的现有冲击电流抑制电路改进型电路原理图；

图3为本实用新型第一实施例的电路原理图；

图4为本实用新型第二实施例的电路原理图；

图5为本实用新型第三实施例的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中描述的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列元器件或单元电路不必限于清楚地列出的那些元器件或单元电路，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些电路固有的元器件或单元电路。

另外，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

本实用新型提供的一种开关电源的冲击电流抑制电路的电路原理图如图3所示，冲击电流抑制电路连接于开关电源输入整流器件与储能电容C1之间，用于限制开关电源启动时的输入电流(即冲击电流)，冲击电流抑制电路包括电流检测电路和电流抑制电路。

电流检测电路包括电阻R1和晶体管Q1；电阻R1的第一端为电流检测电路的输入端，电阻R1的第一端与晶体管Q1的基极连接，电阻R1的第二端与晶体管Q1的发射极连接；晶体管Q1的集电极作为电路检测电路的输出端，输出第一控制信号或第二控制信号至电流抑制电路；

电流抑制电路包括齐纳二极管Z1、电阻R2和晶体管Q2；电阻R2的第一端与开关电源中的储能电容C1的正极连接，电阻R2的第二端分别与晶体管Q2的栅极、齐纳二极管的阴极和晶体管Q1的集电极连接，晶体管Q2的漏极与储能电容C1负极连接，晶体管Q2的源极与电阻R1的第一端连接，齐纳二极管Z1的阳极分别与晶体管Q1的发射极和检测电阻R1的第二端连接。

电流检测电路，用于检测开关电源启动时的冲击电流，产生控制信号控制电流抑制电路。具体地，当开关电源启动时的冲击电流大于电流检测电路设定的电流上限值时，输出第一控制信号；当开关电源启动时的冲击电流小于电流检测电路设定的电流上限值时，输出第二控制信号；

电流抑制电路，接收控制信号，并根据控制信号调节电流抑制电路的阻抗，具体地，当接收到第一控制信号时，电流抑制电路呈现高阻抗，以抑制开关电源启动时的冲击电流；当接收到第二控制信号时，流抑制电路呈现低阻抗，以降低开关电源稳态工作时的损耗。

本实用新型的工作原理如下：

当开关电源启动时，输入电压经过整流后，通过电阻R2给晶体管Q2的栅极和源级之间驱动电压，齐纳二极管Z1用于保护晶体管Q2的栅极和源级之间的驱动电压不超过其规格值(阈值电压)。晶体管Q2开始导通，输入电压经过整流后给储能电容C1充电，充电电流流过电阻R1。当充电电流大于设定的电流上限值时，晶体管Q1的集电极和发射极之间导通，拉低晶体管Q2的栅极和源级之间的驱动电压，使晶体管Q2工作在不完全导通的高阻抗状态下，对输入冲击电流进行抑制；而当充电电流低于设定的电流上限值时，晶体管Q2的导通电阻会变小，而导通电阻变小又会导致输入冲击电流变大，此时会再次拉低晶体管Q2的栅极和源级之间的驱动电压，使其导通电阻变大。这种高阻抗的工作状态始终处于动态平衡，当储能电容充电完成时，会起到隔直的作用，不再会有冲击电流，此时开关电源产品已经进入稳定的工作状态，晶体管Q2工作在完全导通的状态下，降低稳定工作下的损耗。

第二实施例

在本实施例中，以冲击电流抑制电路应用于功率因数校正电路中进行说明，如图4所示，冲击电流抑制电路中的电阻R1作为功率因数校正电路中的主功率电流采样电阻，可以进一步减少器件数量，降低体积和成本。本实施例中的冲击电流抑制电路的工作原理与第一实施例类似，不再赘述。

第三实施例

本优选实施例提供的一种开关电源的冲击电流抑制电路的电路原理图如图5所示，本实施例与第一实施例的区别在于，在本优选实施例中增加了电容C3、电阻R3和二极管D3；电阻R3第一端与晶体管Q2的栅极连接，电阻R3第二端与与齐纳二极管Z1的阳极连接；电容C3的第一端与电阻R2的第二端连接，电容C3第二端与电阻R3的第二端连接，电阻R3和电容C3的作用是消除晶体管Q2的栅极和源级之间的干扰信号。二极管D3的阳极与晶体管Q1的发射极连接，二极管D3的阴极与电阻R1的第二端连接。

在第一实施例中，当电阻R1作为PFC电路中的主功率电流采样电阻时，电阻R1通常是固定的，不可随意更改，而在本实施例中，通过增加二极管D3后可以提高冲击电流的触发阈值，方便调整。本实施例中的冲击电流抑制电路的工作原理与第一实施例类似，不再赘述。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的实用新型构思，并不用以限制本实用新型，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在不脱离本实用新型原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种开关电源的冲击电流抑制电路，其特征在于：所述冲击电流抑制电路连接于开关电源输入整流器件与储能电容之间，其包括电流检测电路和电流抑制电路；

所述电流检测电路检测所述开关电源启动时的输入电流，并在所述输入电流大于设定的电流上限值时输出第一控制信号，以及在所述输入电流小于所述设定的电流上限值时输出第二控制信号；

所述电流抑制电路接收到所述第一控制信号或所述第二控制信号，并根据所述第一控制信号或所述第二控制信号调节所述电流抑制电路的阻抗；

当所述电流抑制电路接收到所述第一控制信号时，所述电流抑制电路呈现高阻抗，以减小所述开关电源启动时的所述输入电流；当所述电流抑制电路接收到所述第二控制信号时，所述电流抑制电路呈现低阻抗，以降低所述开关电源稳态工作时的损耗。

2.根据权利要求1所述的开关电源的冲击电流抑制电路，其特征在于：所述电流检测电路包括电阻R1和晶体管Q1；所述电阻R1的第一端作为所述电流检测电路的输入端，接收所述开关电源启动时的输入电流，所述电阻R1的第一端与所述晶体管Q1的基极连接，所述电阻R1的第二端与所述晶体管Q1的发射极连接；所述晶体管Q1的集电极作为所述电路检测电路的输出端，输出所述第一控制信号或所述第二控制信号至所述电流抑制电路；

所述电流抑制电路包括齐纳二极管、电阻R2和晶体管Q2；所述电阻R2的第一端与所述开关电源中的所述储能电容的正极连接，所述电阻R2的第二端分别与所述晶体管Q2的栅极、所述齐纳二极管的阴极和所述晶体管Q1的集电极连接，所述晶体管Q2的漏极与所述储能电容的负极连接，所述晶体管Q2的源极与所述电阻R1的第一端连接，所述齐纳二极管的阳极分别与所述晶体管Q1的发射极和所述电阻R1的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的开关电源的冲击电流抑制电路，其特征在于：所述冲击电流抑制电路应用于功率因数校正电路中时，所述电阻R1作为所述功率因数校正电路中的主功率电流采样电阻。

4.根据权利要求2所述的开关电源的冲击电流抑制电路，其特征在于：还设有电容C3、电阻R3和二极管D3；所述电阻R3的第一端与所述晶体管Q2的栅极连接，所述电阻R3的第二端与所述齐纳二极管的阳极连接；所述电容C3的第一端与所述电阻R2的第二端连接，所述电容C3的第二端与所述电阻R3的第二端连接；所述二极管D3的阳极与所述晶体管Q1的发射极连接，所述二极管D3的阴极与所述电阻R1的第二端连接。

5.一种开关电源的冲击电流抑制电路，其特征在于：所述冲击电流抑制电路连接于开关电源输入整流器件与储能电容之间，其包括电流检测电路和电流抑制电路；

所述电流检测电路包括电阻R1和晶体管Q1；所述电阻R1的第一端为电流检测电路的输入端，所述电阻R1的第一端与所述晶体管Q1的基极连接，所述电阻R1的第二端与所述晶体管Q1的发射极连接；

所述电流抑制电路包括齐纳二极管、电阻R2和晶体管Q2；所述电阻R2的第一端与所述开关电源中的所述储能电容的正极连接，所述电阻R2的第二端分别与所述晶体管Q2的栅极、所述齐纳二极管的阴极和所述晶体管Q1的集电极连接，所述晶体管Q2的漏极与所述储能电容的负极连接，所述晶体管Q2的源极与所述电阻R1的第一端连接；所述齐纳二极管的阳极分别与所述晶体管Q1的发射极和所述电阻R1的第二端连接。

6.根据权利要求5所述的开关电源的冲击电流抑制电路，其特征在于：还设有电容C3、电阻R3和二极管D3；所述电阻R3的第一端与所述晶体管Q2的栅极连接，所述电阻R3的第二端与所述齐纳二极管的阳极连接；所述电容C3的第一端与所述电阻R2的第二端连接，所述电容C3的第二端与所述电阻R3的第二端连接；所述二极管D3的阳极与所述晶体管Q1的发射极连接，所述二极管D3的阴极与所述电阻R1的第二端连接。

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