CN218633692U - 一种冲击电流抑制电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，开关电源包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、储能电容和主功率电路；冲击电流抑制电路包括：限流模块、开关模块和驱动模块；限流模块串联在PFC升压模块的正输出端与主功率电路的正输入端之间，开关模块与限流模块并联，驱动模块包括一辅助电感，驱动模块用于依据辅助电感与PFC升压模块中的升压电感的感应耦合作用为开关模块提供驱动信号，使得开关电源启机时开关模块断开，开关电源正常工作后开关模块导通。本申请电路简洁，限流模块和开关模块放置在储能电容正端，且无需额外增加隔离驱动器件，既降低了电路损耗，又提高了产品性能。

Description

一种冲击电流抑制电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种用于PFC升压功率电路的冲击电流抑制电路。

背景技术

在开关电源启机过程中，输入电压给储能电容充电时会产生较大冲击电流，而前级整流电路或者PFC电路抗冲击电流的能力有限，若不对冲击电流进行抑制，很容易导致开关电源的前级应用端器件损坏或者触发误保护。常规的冲击电流抑制电路采用将定值电阻或者热敏电阻串联到充电回路中，这样的设计电路损耗较大且会影响电源效率，既不利于低温条件下启动，也不利于高温条件下冲击电流抑制，仅适用于小功率开关电源；而中大功率开关电源通常采用继电器或可控硅并联限流电阻的设计，若将限流电阻放置在储能电容的低端，容易造成整体电路参考地电位的不稳定，若将限流电阻放置于储能电容的高端，通常需要增加隔离驱动，也即需额外增加隔离变压器或隔离驱动芯片，导致电路复杂、成本升高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种冲击电流抑制电路，以解决现有技术中限流模块抗冲击电流的能力不足以及限流电阻放置在储能电容的高端驱动困难的问题，本申请既可限制开关电源启机时的最大输入电流，还可通过驱动模块自举驱动开关模块的导通或关断，无需额外添加隔离驱动器件。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案来实现：

第一方面，一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，开关电源包括：AC整流滤波模块、 PFC升压模块、储能电容和主功率电路；冲击电流抑制电路包括：限流模块、开关模块和驱动模块；限流模块串联在PFC升压模块的正输出端与主功率电路的正输入端之间；开关模块与限流模块并联；驱动模块包括一辅助电感，驱动模块用于依据辅助电感与PFC升压模块中的升压电感的感应耦合作用为开关模块提供驱动信号，使得开关电源启机时开关模块断开，开关电源正常工作后开关模块导通。

进一步地，限流模块为功率电阻或热敏电阻。

进一步地，限流模块包括：MOS管Q3、电阻R3、电阻R4、稳压管ZD1和三极管Q4；

MOS管Q3的漏极和电阻R3的第一端连接，且公共端作为限流模块的第一端接入PFC升压模块，MOS管Q3的栅极分别连接电阻R3的第二端、稳压管ZD1的阴极和三极管Q4的集电极，MOS管Q3的源极分别与电阻R4的第一端、稳压管ZD1的阳极和三极管Q4的基极连接；电阻R4的第二端与三极管Q4的发射极连接，且公共端作为限流模块的第二端连接储能电容 C3的正端。

进一步地，开关模块为MOS管或三极管或可控硅或继电器或IGBT。

进一步地，驱动模块包括：辅助电感L1B、电容C2、二极管D3和电阻R2；

辅助电感L1B与PFC升压模块中的升压电感L1A耦合，二极管D3的阳极连接辅助电感 L1B的第一端，二极管D3的阴极分别连接电容C2的第一端和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端作为驱动模块的第一端接入开关模块；电容C2的第二端与辅助电感L1B的第二端连接，且公共端作为驱动模块的第二端连接储能电容C3的正端。

进一步地，驱动模块包括：辅助电感L1B、二极管D3、二极管D4、电容C2、电容C4和电阻R2；辅助电感L1B与PFC升压模块中的升压电感L1A耦合，辅助电感L1B的第一端分别与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接；辅助电感L1B的第二端分别与电容C2的第二端和电容C4的第一端连接；二极管D3的阴极分别与电容C2的第一端和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端作为驱动模块的第一端接入开关模块；二极管D4的阳极与电容C4的第二端连接，且公共端作为驱动模块的第二端连接储能电容C3的正端。

第二方面，提供一种开关电源，包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、限流模块、开关模块、驱动模块、储能电容C3和主功率电路；

AC整流滤波模块包括整流器BD1和电容C1；PFC升压模块包括二极管D1、二极管D2、升压电感L1A和MOS管Q1；限流模块包括电阻R1；开关模块包括MOS管Q2；驱动模块包括辅助电感L1B、二极管D3、二极管D4、电容C2、电容C4和电阻R2；

整流器BD1与电容C1并联，电容C1的第一端分别连接二极管D1的阳极和升压电感L1A 的第一端；升压电感L1A的第二端分别与二极管D2的阳极和MOS管Q1的漏极连接；MOS管Q1的栅极用于接入主功率电路控制IC的驱动信号Vgate，MOS管Q1的源极分别与电容C1的第二端和储能电容C3的负端连接；二极管D1的阴极分别与二极管D2的阴极、电阻R1的第一端和MOS管Q2的漏极连接；电阻R1的第二端分别与MOS管Q2的源极和储能电容C3的正端连接；辅助电感L1B与升压电感L1A耦合，辅助电感L1B的第一端分别与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接；辅助电感L1B的第二端分别与电容C2的第二端和电容C4的第一端连接；二极管D3的阴极分别连接电容C2的第一端和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接MOS管Q2的栅极；二极管D4的阳极分别与电容C4的第二端和储能电容C3的正端连接；储能电容C3与主功率电路并联。

第三方面，提供一种开关电源，包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、限流模块、开关模块、驱动模块、储能电容C3和主功率电路；

AC整流滤波模块包括整流器BD1和电容C1；PFC升压模块包括二极管D1、二极管D2、升压电感L1A和MOS管Q1；限流模块包括MOS管Q3、电阻R3、电阻R4、稳压管ZD1和三极管Q4；开关模块包括MOS管Q2；驱动模块包括辅助电感L1B、二极管D3、二极管D4、电容 C2、电容C4和电阻R2；

整流器BD1与电容C1并联，电容C1的第一端分别连接二极管D1的阳极和升压电感L1A 的第一端；电感L1A的第二端分别与二极管D2的阳极和MOS管Q1的漏极连接；MOS管Q1的栅极用于接入主功率电路控制IC的驱动信号Vgate，MOS管Q1的源极分别与电容C1的第二端和储能电容C3的负端连接；二极管D1的阴极分别与二极管D2的阴极、MOS管Q2的漏极、 MOS管Q3的漏极和电阻R3的第一端连接；MOS管Q3的栅极分别与电阻R3的第二端、稳压管 ZD1的阴极和三极管Q4的集电极连接，MOS管Q2的源极分别与电阻R4的第一端、稳压管ZD1 的阳极和三极管Q4的基极连接；电阻R4的第二端分别与MOS管Q2的源极、三极管Q4的发射极和储能电容C3的正端连接；辅助电感L1B与升压电感L1A耦合，辅助电感L1B的第一端分别与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接；辅助电感L1B的第二端分别与电容C2的第二端和电容C4的第一端连接；二极管D3的阴极分别连接电容C2的第一端和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接MOS管Q2的栅极；二极管D4的阳极分别与电容C4的第二端和储能电容C3的正端连接；储能电容C3与主功率电路并联。

本申请的工作原理将结合具体的实施例进行描述，在这里不进行赘述，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、限流模块和开关模块放置在储能电容正端，从而可以解决因放置于负端，储能电路负端和电路地线存在压降，导致参考地不稳定的问题；

2、驱动模块通过与PFC升压模块中的电感耦合并与储能电容的正端连接后整流自举驱动开关模块的导通与关断；本申请的驱动电路简洁，无需额外增加隔离驱动变压器或隔离驱动芯片；

3、采用驱动模块自举供电驱动，开关模块的控制可跟随PFC升压模块工作而闭合，随 PFC升压模块停止工作而断开，确保二次启机对冲击电流同样起到抑制作用。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的电路原理图；

图2为本实新新型第一实施例的另一电路原理图；

图3为本实用新型第二实施例的电路原理图；

图4为本实新新型第二实施例的另一电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

第一实施例

请参考图1和图2，图1为本实用新型冲击电流抑制电路的第一实施例的电路原理图，图2为本实用新型第一实施例的另一电路原理图，两者的区别主要在于驱动模块中的整流方式，图1为全波整流，图2为半波整流。在本实施例中，提供一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，开关电源包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、储能电容和主功率电路；冲击电流抑制电路包括：限流模块、开关模块和驱动模块；AC整流滤波模块接入输入端L/N后与PFC升压模块连接，AC整流滤波模块的作用在于将输入端的交流电整流成直流电，并经过滤波后提供给PFC升压模块；限流模块串联在PFC升压模块的正输出端与主功率电路的正输入端之间；开关模块与限流模块并联；驱动模块包括一辅助电感，驱动模块用于依据辅助电感与PFC升压模块中的升压电感的感应耦合作用为开关模块提供驱动信号，使得开关电源启机时开关模块断开，开关电源正常工作后，驱动模块将低压的驱动信号通过整流、自举后，驱动开关器件闭合，使开关模块导通。

在开关电源启机产生输入冲击电流时，PFC升压模块不工作，进而驱动模块也不工作，开关模块关断，此时限流模块工作并对输入电流起限制作用；当开关电源正常工作时，PFC 升压模块开始工作，开关模块导通，此时限流模块被短路，防止开关电源正常工作时，输入电流长时间经过限流模块，导致限流模块的器件损耗或损坏。

作为限流模块的一个具体实施方式，限流模块可以但不限于功率电阻、热敏电阻或限流电路。

作为开关模块的一个具体实施方式，开关模块可以但不限于MOS管、三极管、可控硅、继电器或IGBT等开关器件。

作为驱动模块的一个具体实施方式，驱动模块的整流方式可以但不限于倍压整流或稳压整流。

请参考图1，在具体实施过程中，AC整流滤波模块包括整流器BD1和电容C1；PFC升压模块包括二极管D1、二极管D2、升压电感L1A和MOS管Q1；限流模块为电阻R1；开关模块包括MOS管Q2；驱动模块包括辅助电感L1B、电容C2、电容C4、二极管D3、二极管D4和电阻R2；

整流桥BD1的正输入端用于与电网的L线(供电系统的正极)连接，负输入端用于与电网的N线(供电系统的负极)连接，正输出端分别与电容C1的第一端、二极管D1的阳极和升压电感L1A的第一端连接，负输出端分别与电容C1的第二端、MOS管Q1的源极和储能电容C3的负端连接；升压电感L1A的第二端分别与二极管D2的阳极和MOS管Q1的漏极连接； MOS管Q1的栅极用于接入主功率电路控制IC的驱动信号Vgate；二极管D1的阴极分别与二极管D2的阴极、电阻R1的第一端和MOS管Q2的漏极连接；电阻R1的第二端分别与MOS管 Q2的源极和储能电容C3的正端连接；

辅助电感L1B与升压电感L1A耦合，辅助电感L1B的第一端分别与二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接；辅助电感L1B的第二端分别与电容C2的第二端和电容C4的第一端连接；二极管D3的阴极分别连接电容C2的第一端和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接MOS 管Q2的栅极；二极管D4的阳极分别与电容C4的第二端和储能电容C3的正端连接；储能电容C3与主功率电路并联；

请参考图2，在另一具体实施方式中，驱动模块包括：辅助电感L1B、电容C2、二极管D3和电阻R2；

辅助电感L1B与PFC升压模块中的升压电感L1A耦合，二极管D3的阳极连接辅助电感 L1B的第一端，二极管D3的阴极分别连接电容C2的第一端和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接MOS管Q2的栅极；电容C2的第二端分别与辅助电感L1B的第二端连接和储能电容C3的正端连接；储能电容C3与主功率电路并联。

本实施例的工作原理如下：

启机时，开关电源的主功率电路尚未工作，PFC升压模块中的MOS管Q1无驱动，呈断开状态，PFC升压模块未工作，驱动模块也尚未工作，进而开关模块中的MOS管Q2无驱动，呈断开状态；此时L/N输入电压Vin经AC整流滤波模块整流滤波后通过PFC升压模块中的保护二极管D1流经限流电阻R1给储能电容C3充电，限流电阻R1对输入冲击电流起到抑制作用，从而输入充电电流的峰值将被限制在Vin/R1以下；

当储能电容C3电压上升，达到PFC升压模块启动条件后，PFC升压模块开始工作，MOS 管Q1闭合，驱动模块中的辅助电感L1B感应耦合PFC升压模块中的升压电感L1A的电压，由于开关模块接入储能电容C3的正端，故MOS管Q2的导通需借助辅助电感L1B感应电压以储能电容C3的正端电压为基础来驱动，驱动模块将辅助电感L1B感应电压以储能电容C3的正端电压为基础经整流二极管D3、D4和滤波电容C2、C4整流稳压后，通过驱动电阻R2驱动 MOS管Q2闭合，此时限流电阻R1被MOS管Q2短路，输入电压经MOS管Q2给储能电容C3供电；当开关电源停止工作时，PFC升压模块停止工作，此时驱动模块中的辅助电感L1B无感应电压，驱动模块停止驱动MOS管Q2，以确保下次开关电源启机时，限流电阻R1能再次起到冲击电流抑制作用。

第二实施例

请参考图3和图4，图3为本实用新型冲击电流抑制电路的第二实施例的电路原理图，图4为本实用新型第二实施例的另一电路原理图，两者的区别主要在于驱动模块中的整流方式，图3为全波整流，图4为半波整流。在本实施例中，提供一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，开关电源包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、储能电容和主功率电路；冲击电流抑制电路包括：限流模块、开关模块和驱动模块；本实施例与第一实施例的电路原理图及工作原理相似，其主要区别在于限流模块，本实施例中的限流模块采用负反馈调节的电路设计，可反复维持限流电路进入稳定限流状态，以解决将定值电阻或热敏电阻串联到充电回路中，损耗大且电源效率低的问题。

作为限流模块的一个具体实施方式，限流模块包括：MOS管Q3、驱动电阻R3、限流电阻 R4、三极管Q4和稳压管ZD1；

MOS管Q3的漏极和驱动电阻R3的第一端连接，且公共端作为限流模块的第一端接入PFC 升压模块，MOS管Q3的栅极分别连接驱动电阻R3的第二端、稳压管ZD1的阴极和三极管Q4 的集电极，MOS管Q3的源极分别与限流电阻R4的第一端、稳压管ZD1的阳极和三极管Q4的基极连接；限流电阻R4的第二端与三极管Q4的发射极连接，且公共端作为限流模块的第二端连接储能电容C3的正端。

本实施例的其他电路模块与第一实施例类似，此处不做过多赘述；

本实施例的工作原理如下：

启机时，PFC升压模块未工作，驱动模块也尚未驱动开关模块工作，此时MOS管Q2断开，输入电压经过限流模块给储能电容C3充电，限流模块可检测并调节储能电容C3的充电电流；输入电压经过驱动电阻R3驱动MOS管Q3闭合，流过限流电阻R4的电流开始增大，使三极管Q4的基极电流增大，进而三极管Q4集电极到发射极的电流增大，使MOS管Q3的栅极电压被拉低，流经MOS管Q3的漏源极和限流电阻R4的电流减小，减小至三极管Q4被关断，以此反复维持限流电路进入稳定限流状态；MOS管Q3和三极管Q4构成负反馈调节，以达到抑制输入冲击电流的作用。本实施例其他电路模块工作原理与第一实施例类似，此处不再赘述。

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 (8)

1.一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、储能电容和主功率电路，其特征在于，所述冲击电流抑制电路包括：限流模块、开关模块和驱动模块；所述限流模块串联在所述PFC升压模块的正输出端与所述主功率电路的正输入端之间；所述开关模块与所述限流模块并联；所述驱动模块包括一辅助电感，所述驱动模块用于依据所述辅助电感与所述PFC升压模块中的升压电感的感应耦合作用为所述开关模块提供驱动信号，使得所述开关电源启机时所述开关模块断开，所述开关电源正常工作后所述开关模块导通。

2.根据权利要求1所述的冲击电流抑制电路，其特征在于：所述限流模块为功率电阻或热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述限流模块包括：MOS管Q3、电阻R3、电阻R4、稳压管ZD1和三极管Q4；

所述MOS管Q3的漏极和所述电阻R3的第一端连接，且公共端作为所述限流模块的第一端接入所述PFC升压模块，所述MOS管Q3的栅极分别连接所述电阻R3的第二端、所述稳压管ZD1的阴极和所述三极管Q4的集电极，所述MOS管Q3的源极分别与所述电阻R4的第一端、所述稳压管ZD1的阳极和所述三极管Q4的基极连接；所述电阻R4的第二端与所述三极管Q4的发射极连接，且公共端作为所述限流模块的第二端连接所述储能电容C3的正端。

4.根据权利要求1所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述开关模块为MOS管或三极管或可控硅或继电器或IGBT。

5.根据权利要求1所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述驱动模块包括：辅助电感L1B、电容C2、二极管D3和电阻R2；

所述辅助电感L1B与所述PFC升压模块中的升压电感L1A耦合，所述二极管D3的阳极连接所述辅助电感L1B的第一端，所述二极管D3的阴极分别连接所述电容C2的第一端和所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端作为所述驱动模块的第一端接入所述开关模块；所述电容C2的第二端与所述辅助电感L1B的第二端连接，且公共端作为所述驱动模块的第二端连接所述储能电容C3的正端。

6.根据权利要求1所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述驱动模块包括：辅助电感L1B、二极管D3、二极管D4、电容C2、电容C4和电阻R2；所述辅助电感L1B与所述PFC升压模块中的升压电感L1A耦合，所述辅助电感L1B的第一端分别与所述二极管D3的阳极和所述二极管D4的阴极连接；所述辅助电感L1B的第二端分别与所述电容C2的第二端和所述电容C4的第一端连接；所述二极管D3的阴极分别与所述电容C2的第一端和所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端作为所述驱动模块的第一端接入所述开关模块；所述二极管D4的阳极与所述电容C4的第二端连接，且公共端作为所述驱动模块的第二端连接所述储能电容C3的正端。

7.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、限流模块、开关模块、驱动模块、储能电容C3和主功率电路；

所述AC整流滤波模块包括整流器BD1和电容C1；所述PFC升压模块包括二极管D1、二极管D2、升压电感L1A和MOS管Q1；所述限流模块包括电阻R1；所述开关模块包括MOS管Q2；所述驱动模块包括辅助电感L1B、二极管D3、二极管D4、电容C2、电容C4和电阻R2；

所述整流器BD1与所述电容C1并联，所述电容C1的第一端分别连接所述二极管D1的阳极和所述升压电感L1A的第一端；所述升压电感L1A的第二端分别与所述二极管D2的阳极和所述MOS管Q1的漏极连接；所述MOS管Q1的栅极用于接入所述主功率电路控制IC的驱动信号Vgate，所述MOS管Q1的源极分别与所述电容C1的第二端和所述储能电容C3的负端连接；所述二极管D1的阴极分别与所述二极管D2的阴极、所述电阻R1的第一端和所述MOS管Q2的漏极连接；所述电阻R1的第二端分别与所述MOS管Q2的源极和所述储能电容C3的正端连接；所述辅助电感L1B与所述升压电感L1A耦合，所述辅助电感L1B的第一端分别与所述二极管D3的阳极和所述二极管D4的阴极连接；所述辅助电感L1B的第二端分别与所述电容C2的第二端和所述电容C4的第一端连接；所述二极管D3的阴极分别连接所述电容C2的第一端和所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端连接所述MOS管Q2的栅极；所述二极管D4的阳极分别与所述电容C4的第二端和所述储能电容C3的正端连接；所述储能电容C3与所述主功率电路并联。

8.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：AC整流滤波模块、PFC升压模块、限流模块、开关模块、驱动模块、储能电容C3和主功率电路；

所述AC整流滤波模块包括整流器BD1和电容C1；所述PFC升压模块包括二极管D1、二极管D2、升压电感L1A和MOS管Q1；所述限流模块包括MOS管Q3、电阻R3、电阻R4、稳压管ZD1和三极管Q4；所述开关模块包括MOS管Q2；所述驱动模块包括辅助电感L1B、二极管D3、二极管D4、电容C2、电容C4和电阻R2；

所述整流器BD1与所述电容C1并联，所述电容C1的第一端分别连接所述二极管D1的阳极和所述升压电感L1A的第一端；所述电感L1A的第二端分别与所述二极管D2的阳极和所述MOS管Q1的漏极连接；所述MOS管Q1的栅极用于接入所述主功率电路控制IC的驱动信号Vgate，所述MOS管Q1的源极分别与所述电容C1的第二端和所述储能电容C3的负端连接；所述二极管D1的阴极分别与所述二极管D2的阴极、所述MOS管Q2的漏极、所述MOS管Q3的漏极和所述电阻R3的第一端连接；所述MOS管Q3的栅极分别与所述电阻R3的第二端、所述稳压管ZD1的阴极和所述三极管Q4的集电极连接，所述MOS管Q2的源极分别与所述电阻R4的第一端、所述稳压管ZD1的阳极和所述三极管Q4的基极连接；所述电阻R4的第二端分别与所述MOS管Q2的源极、所述三极管Q4的发射极和所述储能电容C3的正端连接；所述辅助电感L1B与所述升压电感L1A耦合，所述辅助电感L1B的第一端分别与所述二极管D3的阳极和所述二极管D4的阴极连接；所述辅助电感L1B的第二端分别与所述电容C2的第二端和所述电容C4的第一端连接；所述二极管D3的阴极分别连接所述电容C2的第一端和所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端连接所述MOS管Q2的栅极；所述二极管D4的阳极分别与所述电容C4的第二端和所述储能电容C3的正端连接；所述储能电容C3与所述主功率电路并联。

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