一种开关稳压器的离线启动电路的制作方法
【专利摘要】一种开关稳压器的离线启动电路，为开关脉冲产生电路提供一个分离的或者隔离的直流输出。一个大电阻耦合到直流输入线和隔离的直流输出上，将为滤波电容充电到一个比正常电压要高的值。一个齐纳二极管与滤波电容串联耦合。该齐纳二极管组合比正常的齐纳电压要高。该二极管将响应电容电压，产生一个启动脉冲，当它第一次通电的时候，显示电源。
【专利说明】一种开关稳压器的离线启动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源线，其连接在开关稳压器上，俗称离线开关稳压器。
【背景技术】
[0002]通常一个全波桥式整流器将交流线电压转换成直流脉冲，将其部分过滤，然后应用在开关稳压器上，以控制提供给转换器的能量，其次，在合适的电压水平下，为整流器提供一个交流信号。该交流信号调整并应用在滤波电容上，以提供一个直流输出。当开关稳压器在相对较高的频率下工作的时候，转换器和滤波电容元件可能非常有效且相对较小。然而，正常电源线工作在半波离线的50HZ下，IOOHz即为全波，这样的频率要求转换器的磁铁芯足够大，滤波电容也足够大，可能几千毫法。当一个开关稳压器工作在500KHZ下，其滤波电容的面积比50Hz情况下的要小四个数量级。同样可以减少转换器的磁铁芯，也可以采用低损耗的铁氧体磁芯。这种电源通常采用一个定时振荡器，既可以同步也可以使得相位锁存回路(PLL)的部分，用于控制和稳定。定时振荡器被用于产生一个斜坡电压，以与调整后的直流输出相比较，其结果被用于调整开关的脉冲宽度，以控制提供给转换器的电源。当直流输出上升，稳压器减小开关的占空比，以减小输出。当直流输出下降，稳压器增大占空比，以增大输出。在恒定频率内，占空比的变化可以改变稳压器的直流输出。该开关稳压器电路可以变得相对复杂，以至于可以是集成电路(IC)的形式。必须提供直流电压给该1C，以使得其能工作，这通常由IC的直流输出的电源获得。然而，这种电路并不能自启动，当第一次通电的时候，必须单独启动。这通常是在直流输出上连接一个电阻返回到直流电源线输入上。在最低线性电压时，这个电阻必须流过足够的电流，以使得IC工作。因此，要设置电阻值。在最高电源线电压下，电阻必须能够消耗掉所需的功率，以设定额定功率。这些要求的结果是，在相对低值电阻下，有一个相对高的消耗。换句话说，电阻变热且与额定的高功率相关。任何这样的功率耗散是浪费的，所以这样的启动是不可取的。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目的是为开关稳压器电路设计一个启动电路，采用一个大值电阻，以消耗一些功率。
[0004]本发明的第二个目的是使得与开关稳压器有关的IC工作，提供一个大值电阻的直流输入对隔离电源的电容充电。
[0005]本发明的第三个目的是提供在开关稳压器IC上一个片上启动电路，S卩，电容充电，当其电荷达到预设的值的时候，产生启动脉冲。
[0006]本发明的技术解决方案是:
这些目的和其他的目的以下面的方式，在一个电路装置中实现。开关稳压器被提供一个单独的绕组，在适当的时候，即当峰值被整流，能激励IC的时候，产生一个交流输出。该整流为滤波电容充电，该电容与稳压器隔离，其通常在所需的设计水平上，有一个直流输出，该水平由实际应用时决定。隔离电容的耦合，使得IC在该设计水平下工作，例如15伏。电容通过一个大值电阻返回到直流输入线上，这将消耗掉一些功率。当稳压器第一个连接到直流输入线的时候，这将没有直流输出，稳压器也不能自启动。然而，该隔离电容将通过电阻充电。启动电路包括一系列串联连接的齐纳二极管，其有一个组合的齐纳电压，远超过正常电容的工作电压。该齐纳二极管串包括一对串联降压电阻，一个锁存触发电路连接在一个齐纳二极管的周围。锁存器的输入连接在一个串联电阻的周围。在电容充电的第一阶段，电压值低于齐纳电压，没有电流流进二极管中。然后，电容充电至齐纳电压，开始有电流流入。当锁存器输入电阻上的电压达到触发水平的时候，锁存器打开，将并联的齐纳二极管短路。在串联齐纳串上产生一个电流触发。该电流触发耦合在IC上，电容上储存的能量启动其工作，开关稳压器将开始工作。电容值的选择以提供一个放电时间，足以保证稳压器可靠的启动。一旦稳压器启动，在转换器的绕组的电压低于齐纳电压的情况下，对隔离电容充电。
[0007]对比专利文献:CN202524616U —种离线式恒流大功率LED节能灯驱动器201220135227.3
【专利附图】
【附图说明】:
图1所示的是根据本发明描述的开关稳压器的原理框图。
[0008]图2所示的是图1中电路工作的波形。
[0009]图3所示的是利用NPN晶体管首选的齐纳二极管连接形式的示意图。
【具体实施方式】:
如图1，显示了一个开关稳压器。其在+端子10和-端子11上有一个正常的直流输入。这通常将110伏电源线的输出整流和部分滤波。通常采用一个全波整流桥(未显示)，在最小值小于低的线性电压条件，以至于正常输入为150伏(峰值)，但是其在高的线性电压条件下，其可以高达190伏。这部分滤波电压有一个大幅振荡成分，这将由稳压器电路的工作消除。
[0010]开关稳压器的目的是使得电流在高的开关频率下工作，可以采用相对小的滤波电容和小的高效转换器(或者电感)。为此，需要一个高的开关速度。然而，由于电路可能进行大量的功率转换，开关装置必须是一个高功率装置，有限制上限频率的能力。通常采用开关速率在20到500KHZ范围内，以提供50-100瓦特。开关12可能是一个功率转换器或者一个功率M0SFET，在转换器13上采用开关电流。绕组14上有其电流，使得开关关闭或者打开。输出绕组15提供一个适当的电压，其被二极管17整流且被电容18滤波，以在端子19和20上提供一个直流输出。这个输出供给电源使用，可以由用户选择。例如，5伏是广泛使用的电压。在10安培额定的电流下，可以通过50瓦特。
[0011]在本发明中，转换器13上有一个额外的绕组16，其耦合在二极管21上，其作用是对隔离电容22充电，通常充电到15伏。该电压通过线29耦合到稳压器24上，使得IC开关稳压器电路23工作。稳压器24通过线29接收一个输入，其通过线25应用在开关稳压器电路上。其特征在于，在线26上没有启动输入脉冲的话，其将不会启动。开关稳压器电路23在线27上接收一个感应输入，并在线28上提供一个脉冲宽度调制脉冲，以使得开关12工作。由于电路23和24具有传统的功能，在开关稳压器技术中，众所周知，它们将不会再进一步的描述。
[0012]打开电路的核心在于电容22，其与主电源直流输出相隔离。电阻30在端子10上将电容22返回到直流输入。电阻30的值相对较大，使得电容22缓慢充电至最小的150伏。当电路第一启动的时候，在h时刻，电容22将被充电，如图2中的图所示。如图所示，充电电荷相对呈线性，因为电阻30被当作电流源。
[0013]五个齐纳二极管31-35的串联串耦合在电容22周围。这些二极管最好从传统的ICNPN晶体管的发射极-基极的结获得。这些二极管的击穿电压通常为6.3伏，所以这个串联串的击穿电压为31.5伏，即，图2所示的电36。该齐纳二极管串还包括电阻37-39。一旦齐纳二极管开始导通，将有电流通过，电容22开始放电。该电流将流进电阻37和38。电阻38上的电压降将激励锁存器40，于是，将齐纳二极管34和电阻38有效地短路。这缩短了在串联二极管串中产生电流触发的时间，以使得二极管41将一个启动脉冲通过线26耦合到稳压器24上。提供给开关稳压器电路23和24的电流来自于电容22上储存的能量。开关12将开始工作，在端子19-20上将出现一个输出电压。在这个时刻，常规的稳压器将控制电路。如图2所示，由于转换器的绕组16和二极管21，电容22上的电压将衰减到15伏的水平。
[0014]图2中的h到t2的时间内，稳压器将启动。其持续时间与电容22的值是函数关系，因为其放电电流通过路径29提供给开关IC (模块23和24)所需的正常电流。这个时间段内电压的变化也近似呈线性，因为IC正常电流相对恒定。当电容电压下降到大约为25.2伏的时候(四个齐纳二极管31-33和35上的电压降)，齐纳管将导通。在时间t2时，稳压器电路将启动，选择这样的启动元件的概率很大。然而，如果启动没有发生，由于电阻30上的充电电流，电容22将再次充电。当电压再次达到31.5伏的时候，齐纳管将再次导通，稳压器24接收一个启动脉冲。这个操作将一直重复，直到稳压器启动。
[0015]锁存器40是由一个 PNP晶体管和一个NPN晶体管耦合成锁存装置。当电阻38上的电压降能够打开NPN晶体管的时候，锁存器将被打开。这个电压降为Vbe+ Vsato这个电压相对于齐纳电压很小。当NPN发射极到PNP发射极的电压小于一个Vbe或者电流降为零的时候，锁存器将关闭。如果需要，锁存器40可以由可控硅代替。
[0016]图3所示的是一个首选的启动电路。其中，有部分与图1中相同标号的元件相同。齐纳二极管是由NPN晶体管43-47的发射极-基极的结构成。这些二极管串联耦合在电阻37和38上，在电容22的周围。晶体管的集电极都返回到电容22上，以至于它们都被反向偏置。因此，晶体管43-47都被锁存隔离在IC电路外延材料基板上。晶体管48是一个二极管连接的横向PNP晶体管，具有图1中二极管41的功能。
[0017]示例
图1所示的稳压器电路的构建采用了图3中的电路。该IC是传统的单晶硅PN结隔离的形式。下面为采用的元件的值:
I值I单位—
电容22 10 毫法
电阻30 巧5~平欧姆
电阻37-39 |lOK I欧姆
稳压器本身的设计是在10安培下，提供一个5伏的输出，8卩，可以提供50瓦特的能力。转换器绕组16和二极管21在电容15上产生一个正常的15伏。通过线28的脉冲频率为IOOkHz0在O到10安培的范围内，5伏的输出电压的范围为5.00伏到4.95伏。图2所示的h到t2的时间间隔为0.5毫秒，电路的启动来自于放电条件，通常约为1.0毫秒。[0018]本发明已经被描述完全，且详细的描述了一个示例。当一个技术熟练的人阅读上述描述时，选择可替代或者相同的元件，本发明的精神和意图将显而易见。因此，本发明只受权利要求限制。
【权利要求】
1.一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:在开关稳压器电源中，有一个直流输入，一个电平移位转换器，一个脉冲宽度调制开关，以调制和控制供给转换器的直流输入的电能，一个输出整流滤波的组合，提供一个直流输出，脉冲产生电路为开关提供脉冲宽度调制脉冲，即直流输出可以为脉冲产生电路提供直流输出，一个启动电路，当电源通电的时候，表明其工作，包括:一个隔离电容能够储存足够的能量，其在启动时间间隔内为脉冲产生电路提供电源；转换器上有一个绕组，串联连接整流耦合，为隔离电容产生一个额定充电电压；脉冲产生电路由于额定充电电压而带电；一个第一电阻稱合在直流输入和电容之间，其有一个足够高的值，使得脉冲产生电路无法工作，第一电阻的值足够低，当脉冲产生电路失效的时候，为电容充电；多个齐纳二极管串联耦合在隔离电容周围，结合的齐纳电压远超过正常的充电电压，相反，当隔离电容上的电荷超过结合的齐纳电压的时候，直流输入的部分来自于齐纳电流；启动脉冲产生电路是一开始对齐纳电流的回应。
2.根据权利要求1所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:一开始对齐纳电流做出回应的电路，包括:一个锁存器至少耦合在一个齐纳二极管上；打开锁存器是对齐纳电流做出响应，即，突然增加齐纳电流；对于突然增加的齐纳电流，脉冲产生电路产生一个启动脉冲。
3.根据权利要求2所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:对电流做出回应的电路，包括:一个第二电阻串联连接在齐纳二极管上，并耦合触发锁存器。
4.根据权利要求2所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:脉冲产生电路的工作与电压稳压器相关，因此，当漏极电流很小的时候，其不工作，即，开始脉冲使用在电压稳压器上。
5.根据权利要求4所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:采用的启动脉冲的装置包括一个串联连接的二极管，其被极化以通过启动电流脉冲。
6.根据权利要求1所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:每个齐纳二极管是NPN晶体管基极到发射极的结。
7.根据权利要求6所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:NPN晶体管的集电极返回到隔离电阻上，即反向偏置。
8.根据权利要求7所述的一种开关稳压器的离线启动电路，其特征是:锁存器是由一个PNP晶体管和一个NPN晶体管耦合组成的装置，第二电阻耦合在交叉耦合晶体管的其中一个的发射极和基极之间。
【文档编号】H02M3/28GK103546025SQ201310488302
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】不公告发明人 申请人:苏州贝克微电子有限公司