一种高压启动电路的制作方法

本实用新型属于电力电子技术领域，具体是涉及一种在高温环境下工作的高压启动电路。

背景技术：

在DC-DC开关电源中，开关电源的启动是一个非常重要的环节，是开关电源能否正常工作的保证。开关电源的控制系统的芯片通常采用启动电路与辅助绕组相配合的供电方式，即在系统启动时由启动电路提供芯片的工作电压，电路工作后由变压器辅助绕组的输出电压为电源控制系统供电。针对高压启动的需求，目前一些开关电源控制芯片如NCP1207A内部具有集成高压启动模块，其输入电压范围通常在50VDC至500VDC。但是受材料和工艺限制，这种芯片的工作温度不超过125摄氏度，难以满足石油钻探，航空航天等特种行业对温度的要求；与此同时基于高温绝缘体上硅（HTSOI）工艺的高温控制芯片，如XTR20810等虽然能够在高达225摄氏度下工作，但其最高输入电压仅为100VDC，很难在高压直流母线输入下直接使用。

与此同时，为了提高系统整体效率，需要启动电路在系统稳定工作状态下可以自动关闭。现有的一些启动电路在稳定状态下仍然会有静态功耗，导致功率损耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高压启动电路，旨在解决在高温环境下高压启动电路难以实现，启动电路存在静态功耗的问题。

本实用新型是这样实现的：一种高压启动电路，与被启动的电路相连；高压启动电路包括第一电容、第二电容、线性稳压器、第一碳化硅N型场效应晶体管、第一电阻。

第一电容的一端连接高压直流母线，第一电容的另一端连接第二电容器的一端，第二电容的另一端接地，线性稳压器的输入端连接在第一电容和第二电容之间，线性稳压器的输出端连接第一N型场效应晶体管的栅极，第一N 型场效应晶体管的漏极连接高压直流母线，第一N 型场效应晶体管的源极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接地，启动电路的输出端连接在第一N 型场效应晶体管的源极和第一电阻之间。

优选的，所述第一电容和第二电容为高温陶瓷电容器。

优选的，所述第一N型场效应管是基于碳化硅、氮化镓宽禁带材料的场效应管或类似耐高温场效应管。

优选的，所述线性稳压器可以是基于基于绝缘体上硅工艺的耐高温的稳压芯片，或是齐纳二极管，晶体管和被动元件所构成的稳压电路。

优选的，所述的高压启动电路的电路板使用耐高温的聚酰亚胺电路板材料通过常规印刷电路工艺实现，或者使用直接敷铜陶瓷电路板或直接敷铝陶瓷电路板通过蚀刻工艺实现，或者使用陶瓷基板通过厚膜或薄膜印刷电路工艺实现。

进一步的，所述第一N型场效应管也可以由其它可在高温环境下工作的晶体管代替。

有益效果：1. 本实用新型很好的解决了在高温高压的情况下开关电源启动电路难以的实现问题。

2. 本实用新型在系统稳态运行过程中功耗为零。

3. 本实用新型结构简单，对电路元件的要求低。

4. 本实用新型可以灵活调整输入输出电压，实用性高。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的高压启动电路原理图。

图2是本实用新型一实施例提供的高压启动电路与变压器辅助绕组配合供电原理图。

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，对本实用新型进行进一步详细说明。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。

图1是本实用新型实施例提供的启动电路的电路结构图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。如图所示：一种高压启动电路，包括第一电容C1、第二电容C2、线性稳压器、第一N型场效应晶体管M1、第一电阻R1。

第一电容C1的一端连接高压直流母线，第一电容C1的另一端连接第二电容器C2的一端，第二电容C2的另一端接地，线性稳压器的输入端连接在第一电容C1和第二电容C2之间，线性稳压器的输出端连接第一N型场效应晶体管M1的栅极，第一场效应晶体管M1的漏极连接直流高压母线，第一场效应晶体管M1的源极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地，启动电路输出VCC连接在第一N 型场效应晶体管M1的源极和第一电阻R1之间。

为保证在高温环境下工作，所述的第一电容和第二电容为陶瓷电容器或类似耐高温电容器。

为保证在高温环境下工作，所述的第一N型场效应晶体管是基于碳化硅、氮化镓宽禁带材料的场效应管或类似耐高温场效应管。

为保证在高温环境下工作，所述的线性稳压器可以是基于高温绝缘体上硅工艺的耐高温的稳压芯片，或是基于耐高温的齐纳二极管，晶体管和其它耐高温被动元件所构成的稳压电路。

为保证在高温环境下工作，所述的高压启动电路的电路板加工使用耐高温的聚酰亚胺电路板材料通过常规印刷电路工艺实现，或者使用陶瓷敷铜板（DBC）或陶瓷敷铝板(DBA)通过蚀刻工艺实现，或者使用陶瓷基板通过厚膜或薄膜电路工艺实现。

图2所示为是本实用新型实施例提供的具有高压启动电路与变压器辅助绕组配合供电原理图。为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。如图所示：一种高压启动电路100，与包括辅助绕组供电模块和直流电源控制/驱动模块的被启动的电路200相连，启动电路100包括第一电容C1、第二电容C2、线性稳压器、第一N型场效应晶体管M1、第一电阻R1。

第一电容C1的一端连接高压直流母线，第一电容C1的另一端连接第二电容器C2的一端，第二电容C2的另一端接地，线性稳压器的输入端连接在第一电容C1和第二电容C2之间，线性稳压器的输出端连接第一N型场效应晶体管M1的栅极，第一场效应晶体管M1的漏极连接高压直流母线，第一N 型场效应晶体管M1的源极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地，启动电路100的输出VCC连接在第一N 型场效应晶体管M1的源极和第一电阻R1之间。

被启动电路中辅助绕组供电模块包括变压器辅助绕组L, 整流二极管D，第二电阻R2和第三电容C3。辅助绕组L通过变压器磁芯与变压器初级绕组（图中未显示）耦合，辅助绕组L负极接地，辅助绕组L正极连接整流二极管D的正极，整流二极管D的负极连接第二电阻R2的一端，第三电容C3的一端连接整流二极管D与第二电阻R2的中间，第三电容C3的另一端接地。

下面通过图2所示的电路的实施方案具体叙述本实用新型实现原理：在电路刚刚启动时，变压器的辅助绕组还没有电压输出，需要通过启动电路100为整个开关电源控制系统供电。本实用新型的核心在于由第一电容C1和第二电容C2构成的电容分压电路，其中第一电容C1为耐压值高而容值较低的电容器，其耐压值至少为直流母线输入电压；第二电容为耐压值较低而容值较高的电容器，其耐压值略大于被启动电路所需输入电压即可。

在直流母线上电的一瞬间，在母线电压作用下会为第一电容C1和第二电容C2充电，正电荷聚集在第一电容C1和第二电容C2的上极板，负电荷聚集在第一电容C1和第二电容C2下极板。由于第一电容C1下极板和第二电容C2上极板相连，根据连续和电荷守恒原理，在上电一瞬间第一电容C1与第二电容C2电荷量是相等的，由电容器电量公式Q = CV可知，在上电时第二电容C2两端电压差，即线性稳压器的输入电压为：V1= Vin×C1/（C1+C2），其中C1和C2分别为第一电容C1和第二电容C2的电容值。如果C1远远小于C2，上电瞬间线性稳压器的输入电压V1会远远小于母线输入电压。因此适当选择第一电容C1和第二电容C2的容值比就可以调整电压线性稳压器的输入电压从直流母线数百至上千伏的输入电压降低到线性稳压器所能承受的适当范围，如15至30伏特。当V1位于线性稳压器标称输入电压范围，线性稳压器开始工作，提供稳定的直流输出电压V2并将原处于关闭状态的第一N 型场效应晶体管M1打开。第一N 型场效应晶体管M1与第一电阻R1构成的缓冲电路，由于在启动过程中漏极电流不大，其输出电压VCC略低于V2-Vth，其中Vth为第一N 型场效应晶体管M1的阈值电压。在此过程中线性稳压器作为第二电容C2的负载导致第二电容C2放电，随着放电的进行第二电容C2两端的电压会逐渐下降，当电压低于线性稳压器最低输入电压时，线性稳压器停止工作，其输出电压为零，第一N 型场效应晶体管M1关断。第二电容C2总有效放电量的要求为: △Q2 = △V ×C2≥，其中△V为线性稳压器初始输入电压与最低输入电压之间的电压差，i(t)为第二电容C2的放电电流时间函数，T为使整个被启动的电路系统达到稳定的工作状态所需的最少时间。需要指出的是由于第一N 型场效应晶体管M1的栅极输入阻抗很高，在启动过程中整个被启动模块的供电电流是由第一N 型场效应晶体管M1和第一电阻R1构成的缓冲电路提供，第二电容C2只为线性稳压器供电，因此可以极大程度降低对第二电容C2容量的要求。

当第二电容的总有效放电量满足上述要求，整个电路系统会在第二电容C2放电结束前进入稳定状态，此时变压器辅助绕组接受变压器初级线圈通过电磁耦合方式传递的能量产生交变电压，通过整流二极管D整流，第三电容C3滤波和第二电阻R2，连接至VCC为控制模块供电。通过对变压器辅助绕组的匝数进行调整可以将辅助绕组供电电路的输出电压设置为略高于V2-Vth，从而保证系统进入稳定状态后第一N 型场效应晶体管M1的栅极与源级的电压差低于阈值电压，以关断第一N 型场效应晶体管M1。此时第二电容C2会继续放电至Vin 达到线性稳压器的最低输入电压，然后启动系统关闭，整个控制模块完全由辅助绕组供电。在系统达到稳态后，由于电容在直流母线下不导通，线性稳压器和第一N 型场效应晶体管M1都处于关闭状态，此时整个启动系统理论上功耗为零。

上述实施例虽然以高温环境为应用背景，但本实用新型应用范围并不局限于高温环境，在常温环境下作为高压启动电路解决方案仍可取得同样效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。