高压启动电路的制作方法

高压启动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高压启动电路，可以直接从输入电压取电，用于给控制器供电端外接的启动电容充电，以启动控制器。本实用新型的高压启动电路具备多种保护功能，且当电源发生故障后，在保证电源和控制器可靠性的前提下，本实用新型的高压启动还可以重启控制器。
【专利说明】
高压启动电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及开关电源，特别涉及开关电源的高压启动电路。
【背景技术】
[0002] -般来讲，电源电路都会包含启动电路，以便在电源上电时启动控制器，驱动变压 器转换电压，实现电源的正常工作，此时控制器的供电可由辅助绕组提供。
[0003] 如图1所示，传统的电源启动电路，由一个大电阻RST(通常为兆欧量级）接到电源 输入电压和启动电容之间来提供一个电流对电容充电以完成控制器的启动。这个大电阻在 启动过程结束后，会造成不必要的功耗浪费。这一点在2013年7月10日公开的公开号为CN 103199692A的中国专利中有详细的说明，同时该专利还提出了一种低功耗高压启动电路， 即用一个高压晶体管从电源输入端取电，给启动电容充电，高压晶体管由另一个电路控制， 当控制器完成启动后，就关闭高压晶体管，截断取电路径，节省功耗。与这种高压启动方式 类似的还有2014年8月6日公开的公布号CN 103973089 A的中国专利。
[0004] 上述举例的专利中虽然都能在控制器完成启动后，关闭高压取电路径，节省功耗， 但是缺少了一些必要的保护功能，例如，在启动电容出现连锡或虚焊等电源生产方面的工 艺缺陷时，上述高压启动电路不能提供合理的保护策略，保护控制器和高压启动电路不损 坏。
[0005] 1、启动电容连锡的危害
[0006] 启动电容连锡，即控制器供电端与参考地连接，控制器无法完成启动。这种情况 下，若没有采取相应保护策略，高压启动电路将失去控制，一直从电源输入端取电。举例而 言，电源输入电压为300V，高压启动电流为2mA，高压启动电路将以600mW功率发热，若这些 热量长时间持续堆加，将引发启动电路热损坏。
[0007] 2、启动电容虚焊的危害
[0008] 启动电容虚焊，即控制器供电端只存在焊盘电容及布线电容等寄生电容(一般为 IpF~3pF)。上述举例专利的高压启动电路的控制信号都是在控制器完成启动后，由控制器 或其他电路输出的，而在启动完成到控制信号输出之间不可避免存在传输延时（一般至少 为30ns~50ns)。若在启动电容虚焊的情况下，由于控制信号存在传输延时，使得高压启动 电路来不及关断，进而导致控制器供电端电压超过其耐受电压，控制器就会过压损坏。
[0009] 现按照一般情况给出以下参数:高压启动电流I cS2mA，上述寄生电容C为2pF，控 制器的启动电压Vst为18V，控制器供电端耐受电压V bv为30V，则由电容充放电公式可以算 出，高压启动电路将控制器供电端电压由启动电压Vst充至耐受电压V bv的时间T:
[0011] 可见时间T小于上述传输延时，即使不考虑恶劣环境导致传输延时增加的情况，因 启动电容虚焊而损坏控制器的风险也不可忽视。
[0012] 此外，为了保证在电源输出短路时，电源停止工作的时间足够长（以充分散热），启 动电路还需要具备在控制器欠压锁定后延迟一段时间再重新开启的功能。若没有这个功 能，则控制器一欠压锁定，启动电路马上又给启动电容充电，控制器再一次启动，电源立刻 又在输出端短路的情况下工作，造成发热量长时间堆加，导致电源热损坏。 【实用新型内容】
[0013](-)要解决的技术问题
[0014] 1、在控制器完成启动后，关闭启动电路，节省功耗；
[0015] 2、在控制器供电端发生短路或断路的情况下，对电路进行保护；
[0016] 3、在控制器欠压锁定后延迟一段时间再重新开启启动电路。
[0017] (二)技术方案
[0018] 针对上述技术问题，本实用新型公开一种高压启动电路，用以在启动时提供电流 给控制器的供电端VDD及启动电容C3，其包括：晶体管NDl、二极管Dl、匪OS管匪1、通断控制 模块110、大电流取电模块120、小电流取电模块130、使能模块140和钳位电路150,使能模块 140用于控制匪OS管匪1、通断控制模块110和大电流取电模块120的通断，进而改变高压启 动电路100的工作状态，
[0019 ]在电源刚上电时，控制器尚未启动，其供电端VDD的电压为OV，使能模块140输出低 电平信号，使匪OS管匪1关断、通断控制模块110导通，进而晶体管NDl持续导通，使输入电源 经晶体管NDl、二极管Dl和小电流取电模块130后输出，用于为控制器的供电端VDD提供低值 电流，以给启动电容C3充电；
[0020] 当供电端VDD的电压达到低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块120 开始工作，并通过大电流取电模块120短接小电流取电模块130,使输入电源经晶体管ND1、 二极管Dl和大电流取电模块120后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启 动电容C3充电直至控制器启动；
[0021] 当控制器启动后，使能模块140将接收到控制器或其他电路发出的使能信号，然后 输出高电平信号，使匪OS管匪1导通、通断控制模块110和大电流取电模块120关断，将晶体 管NDl栅极电压拉低至参考地电压，由于VDD电压足够高，晶体管NDl的栅源电压能够达到其 关断阈值，进而使晶体管NDl关断，关闭尚压启动电路;此时尚压启动电路将不会从输入电 压取电，造成额外的功耗浪费。其中，
[0022]当供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块连接到地，用以通过高压启动电 路控制短路电流为低值电流；
[0023] 在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电 端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流 取电模块工作，使输入电源经晶体管ND 1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制 器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次 使晶体管NDl的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管NDl关断，关闭高压启动电路，如此 重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。
[0024] 所述晶体管NDl可以选用高压结型场效应晶体管，也可以选用耗尽型场效应晶体 管，用于控制由电源输入电压产生的启动电流的通断，其漏极可以直接与电源输入电压连 接，也可以经变压器原边绕组侧与电源输入电压连接。
[0025]所述NMOS管匪1的栅极与使能模块140的输出连接;漏极与晶体管NDl的栅极连接； 源极接地。
[0026]作为通断控制模块110的一种【具体实施方式】，所述通断控制模块110,包括PMOS管 PMl和电阻Rl，PM0S管PMl的源极与晶体管NDl的源极连接;PMOS管PMl的栅极与使能模块140 的输出连接;PMOS管PMl的漏极经电阻R1与晶体管ND 1的栅极连接。使能模块140输出的低电 平信号使得PMOS管PMl导通，晶体管NDl的源极经PMOS管PMl的源、漏极和电阻Rl与晶体管 ND 1的栅极连接，若晶体管ND 1的栅极电压没有达到钳位电路150的钳位电压，则晶体管ND 1 的栅源电压为0V，晶体管NDl有足够大的过驱动电压来提供高值电流。
[0027] 作为通断控制模块110的另一种【具体实施方式】，所述通断控制模块110,包括电阻 Rl和二极管D2,电阻Rl的一端与晶体管NDl的栅极连接，电阻Rl的另一端分别与晶体管NDl 的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块140的输出连接。若在所使用的 半导体工艺中，晶体管NDl的阈值电压与PMOS管PMl的阈值电压接近，则存在通断控制模块 110在启动过程无法导通的风险，进而影响高压启动电路的性能，因此在这种情况下不能在 通断控制模块110中使用PMOS管PMl，而是直接将电阻Rl串联在晶体管NDl的源极和栅极之 间。二极管D2的作用在于当控制器完成启动后，通过使能模块140输出的高电平信号给晶体 管NDl源极施加足够高的电压，使得晶体管NDl完全截止。
[0028] 作为大电流取电模块120的一种具体的实施方式，所述大电流取电模块120包括电 阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管匪2、NM3，和齐纳管DZl，电阻R2的一端分别与二极管Dl的阴极 及PMOS管PM2的源极连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管PM2的栅极及匪OS管匪2的漏极连 接，匪OS管匪2的源极接地;匪OS管匪2的栅极分别与电阻R3的一端、齐纳管DZ1的阴极及 匪OS管匪3的漏极连接，电阻R3的另一端与PMOS管PM2的漏极连接，电阻R3的另一端还引出 作为大电流取电模块120的输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流;齐纳管DZl的阳 极接地;NMOS管匪3的源极接地;NMOS管匪3的栅极与使能模块140的输出连接，其中，PMOS管 PM2的源极还与小电流取电模块130的输入连接，PMOS管PM2的漏极还与小电流取电模块130 的输出连接，用以在大电流取电模块120开始工作后，通过PMOS管PM2短接小电流取电模块 130。当控制器供电端VDD的电压达到低预设电压，即NMOS管匪2的开启阈值时，NMOS管匪2导 通，将PMOS管PM2的栅极电压拉低至参考地电压，PMOS管PM2导通，高值电流由电源输入端经 晶体管NDl、二极管Dl和PMOS管PM2流出供电端VDD，给启动电容C3充电。
[0029]作为小电流取电模块130的一种具体的实施方式，所述小电流取电模块130包括齐 纳管DZ2和电阻R4。在本实用新型中，将两个阴阳极依次串联的齐纳管等效为齐纳管DZ2,齐 纳管DZ2的阴极为所述的两个串联齐纳管空出来的阴极，其阳极为两者空出来的阳极，类似 地，下文提到的齐纳管DZ3是三个阴阳极依次串联的齐纳管等效元件，齐纳管DZ2、DZ3的阴 阳极的定义相同，不再赘述。齐纳管DZ2的阴极作为小电流取电模块130的输入，与二极管Dl 的阴极连接;齐纳管DZ2的阳极经电阻R4引出作为小电流取电模块130的输出。小电流取电 模块130只在供电端VDD的电压低于低预设电压时工作，给启动电容C3提供低值电流，依据 实际情况，低值电流可以比高值电流小1~2个数量级。当供电端VDD被短接到参考地时，流 经高压启动电路的电流为低值电流，可以大大减少了异常情况下的高压启动电路功耗，起 到期望的保护效果。
[0030]作为使能模块140的一种具体的实施方式，所述使能模块140包括上电复位电路 141和RS触发器142，上电复位电路141的输入端作为使能模块140的第一输入端连接供电端 VDD，上电复位电路141的输出端与RS触发器142的复位端(R)连接;RS触发器142的输出端 (Q)引出作为使能模块的输出;RS触发器142的置位端(S)引出作为使能模块140的第二输入 端，用于接收控制器20发出的使能信号。上电复位电路141能够检测供电端VDD的电压，当 VDD电压小于高预设电压时，上电复位电路141输出复位信号经RS触发器将高压启动电路复 位，重新开始给供电端启动电容C3充电，控制器重新启动后，使能模块140再一次接收到使 能信号，关闭高压启动电路。此处，高预设电压小于控制器的欠压锁定电压，使能模块140能 够直接从供电端VDD取电且静态功耗极小，以确保发生电源输出短路故障，控制器欠压锁定 后，能延迟足够长的时间再重新给启动电容C3充电，达到充分散热的效果。所述的延迟时间 与启动电容C3和使能模块140的静态功耗有关，将在下文【具体实施方式】部分进行详细说明。 [0031]作为钳位电路150的一种具体的实施方式，所述钳位电路150,包括齐纳管DZ3和 NMOS管NM4，齐纳管DZ3的阴极与晶体管NDl的栅极连接，齐纳管DZ3的阳极与NMOS管NM4的栅 极和漏极连接，NMOS管NM4的源极接地。
[0032]除非有额外说明，否则本实用新型中出现的晶体管或MOS管的衬底都已经与其源 极相连接，上文及下文不再赘述。
[0033] 以上对本实用新型的方法和电路各技术方案及技术特征的原理、作用等进行了分 析，现将本实用新型的有益效果总结如下：
[0034] 1、高压启动电路只有在控制器的启动过程中消耗能量，控制器启动后关闭高压启 动电路，节省能量；
[0035] 2、当供电端VDD被短接到参考地时，能够限制高压启动电路的功耗，避免高压启动 电路过热损坏；
[0036] 3、当供电端VDD断路时，能够限制供电端VDD的电压，避免控制器过压损坏；
[0037] 4、当电源输出短路，控制器欠压锁定后，能延迟足够长的时间再重新给启动电容 C3充电，减少短路功耗，让电源充分散热，避免电源过热损坏。
【附图说明】
[0038] 图1为传统的电源启动电路的电路示意图；
[0039]图2为本实用新型实施例1的尚压启动电路的结构不意图；
[0040]图3为本实用新型实施例1的尚压启动电路的详细电路不意图；
[0041] 图4为本实用新型实施例1的电源输出Vqut短路的相关波形示意图；
[0042] 图5为本实用新型实施例2的高压启动电路的详细电路示意图；
[0043] 图6为本实用新型实施例3高压启动电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044] 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。
[0045] 实施例1
[0046] 图2所示为本实用新型实施例1的高压启动电路100的结构示意图，其与整流器10、 变压器T的连接，以控制启动电流的通断和大小，不仅可以在正常情况下让控制器20启动， 还可以在异常情况下保护各电路不被损坏。高压启动电路100包括晶体管ND1、通断控制模 块110、二极管Dl、大电流取电模块120、小电流取电模块130、使能模块140、钳位电路150以 及 NMOS 管 NMl。
[0047]电源刚上电时，供电端VDD的电压为OV，使能模块140输出低电平信号，使匪OS管 匪1关断、通断控制模块110导通，进而使晶体管NDl导通，使输入电源经晶体管ND1、二极管 D1和小电流取电模块130后输出，用于为控制器20的供电端VDD提供低值电流，以给启动电 容C3充电；
[0048]当供电端VDD的电压达到低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块120 开始工作，并通过大电流取电模块120短接小电流取电模块130,使输入电源经晶体管ND1、 二极管D1和大电流取电模块120后输出，用以为控制器20的供电端VDD提供高值电流，以给 启动电容C3充电直至控制器20启动；
[0049]当控制器20完成启动后，使能模块140输出高电平信号，使NMOS管匪1导通、通断控 制丰旲块110关断，进而使晶体管NDl关断，关闭尚压启动电路;其中，
[0050] 当供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块130连接到地，用以通过高压启 动电路控制短路电流为低值电流。
[0051] 在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电 端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流 取电模块工作，使输入电源经晶体管ND 1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制 器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次 使晶体管NDl的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管NDl关断，关闭高压启动电路，如此 重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。
[0052]图3所不为本实用新型实施例1的尚压启动电路100的详细电路不意图，如图3所 示，晶体管NDl在实施例1中为高压耗尽型场效应晶体管，用于控制由电源输入电压产生的 启动电流的通断，其漏极经变压器原边绕组侧与电源输入电压连接。
[0053]所述NMOS管匪1的栅极与使能模块140的输出连接;漏极与晶体管NDl的栅极连接； 源极接地。
[0054] 所述通断控制模块110,包括PMOS管PMl和电阻Rl，PM0S管PMl的源极与晶体管NDl 的源极连接;PMOS管PMl的栅极与使能模块140的输出连接;PMOS管PMl的漏极经电阻Rl与晶 体管NDl的栅极连接。
[0055] 所述大电流取电模块120,包括电阻R2、R3，PM0S管PM2,匪OS管匪2、匪3,和齐纳管 DZl，电阻R2的一端分别与二极管Dl的阴极及PMOS管PM2的源极连接，电阻R2的另一端分别 与PMOS管PM2的栅极及NMOS管匪2的漏极连接，匪OS管匪2的源极接地;匪OS管匪2的栅极分 别与电阻R3的一端、齐纳管DZl的阴极及匪OS管匪3的漏极连接，电阻R3的另一端与PMOS管 PM2的漏极连接，电阻R3的另一端还引出作为大电流取电模块120的输出，用以为控制器20 的供电端VDD提供高值电流;齐纳管DZl的阳极接地;NMOS管NM3的源极接地;NMOS管NM3的栅 极与使能模块140的输出连接，其中，PMOS管PM2的源极还与小电流取电模块130的输入连 接，PMOS管PM2的漏极还与小电流取电模块130的输出连接，用以在大电流取电模块120开始 工作后，通过PMOS管PM2短接小电流取电模块130。
[0056]所述小电流取电模块130包括齐纳管DZ2和电阻R4,齐纳管DZ2的阴极作为小电流 取电模块130的输入，与二极管Dl的阴极连接;齐纳管DZ2的阳极经电阻R4引出作为小电流 取电模块130的输出。
[0057]所述使能模块140包括上电复位电路141和RS触发器142,上电复位电路141的输入 端作为使能模块140的第一输入端连接供电端VDD，上电复位电路141的输出端与RS触发器 142的复位端(R)连接;RS触发器142的输出端(Q)引出作为使能模块的输出;RS触发器142的 置位端(S)引出作为使能模块140的第二输入端，用于接收控制器20发出的使能信号。
[0058] 所述钳位电路150,包括齐纳管DZ3和匪OS管NM4,齐纳管DZ3的阴极与晶体管NDl的 栅极连接，齐纳管DZ3的阳极与NMOS管NM4的栅极和漏极连接，NMOS管NM4的源极接地。
[0059]下面结合附图分别介绍高压启动电路100在不同工作条件下的工作过程及原理。 [0060] 1、正常启动的情况
[00611 a、低值电流充电过程。在电源刚上电时，控制器20尚未启动，其供电端VDD电压为 0V，大电流取电模块120不工作，RS触发器142没有供电电压，因此RS触发器142输出端(Q)电 压也为OV(又可称为使能模块140输出低电平信号），即PMOS管PMl的栅极电压为0V。根据公 知的半导体器件知识，此时晶体管NDl自然导通，晶体管NDl的源极电压开始上升;在实施例 1中，晶体管ND 1的阈值电压的绝对值I Vth_NDi I大于PMOS管PMl的阈值电压的绝对值I Vth_PMi I， 因此当晶体管NDl的源极电压上升到I Vth_PM11时，PMOS管PMl导通，晶体管NDl的栅极和源极 建立连接，为下文的钳位电路150和大电流取电模块120的正常工作做好准备；电源输入端 经晶体管NDl、二极管Dl和小电流取电模块130提供低值电流Ia给启动电容C3充电。
[0062]根据公知的场效应晶体管漏极电流公式有：
[0063] Ια = β · (VGSL NDl-Vth NDl)2 (2)
[0064] 其中β是与工艺、晶体管尺寸相关的乘法因子，VgSL_ND 1是漏极电流为I CL时晶体管 NDl的栅源电压，晶体管NDl的阈值电压。由式（2)可见，当低值电流Ia极小时， VgSL_ND1 * Vth_NDl。如图3所不，此处Vgsl_ndi还可以用下式描述：
[0065] Vgsl_ndi = Vg_ndi~Vs_ndi
[0066] =Vg_ndi-(Vdi+2 · Vdz+I cl · R4+Vdd) (3)
[0067] ? Vth-NDl
[0068] 其中Vg_ndi、Vs_ndi分别是晶体管NDl的栅极、源极电压，Vdi是二极管Dl的正向导通电 压，Vdz是一个齐纳管的反向击穿电压，R4是电阻R4的电阻值，Vdd是供电端VDD的电压。在本 实用新型实施例1中，使用钳位电路150将VG_ND1-位在一个合适的电压，确保控制器20能正 常启动的同时，兼顾供电端VDD断路保护，而在低值电流充电过程中，如式(3)所示￥ 5_^较 大，VG_NDj#达到钳位电路150的钳位电压，即如图3所示，此时有V G_ND1 = 3 · VDZ+VGS_NM4，代入 式(3)可得：
[0070] 其中VGS_NM4为匪OS管匪4的栅源电压，同理当匪OS管匪4的漏极电流极小时，V GS_NM4 近似等于其阈值电压。因此通过调节电阻R4可以就能得到期望的低值电流Ia(例如Ια? 200uA) 〇
[0071] b、高值电流充电过程。当供电端VDD电压充电至低预设电压Vset^，大电流取电模 块120开始工作，提供高值电流Ich给启动电容C3充电直至控制器20启动。
[0072]在本实用新型实施例1中，低预设电压Vsetl即为匪OS管匪2的阈值电压，当供电端 VDD电压达到匪OS管匪2的阈值电压，匪OS管匪2导通，将PMOS管PM2的栅极电压拉低，使得 PMOS管PM2导通，电源输入端经晶体管NDl、二极管Dl和PMOS管PM2的源漏沟道提供高值电流 Ich给启动电容C3充电，供电端VDD的电压快速上升使得NMOS管匪2完全导通，将PMOS管PM2的 栅极电压拉低至参考地电压，PMOS管PM2也完全导通，将小电流取电模块130短路，高值电流 Ich变成期望值(例如Ich ? 2mA)。如图3所示，在本实用新型实施例1中，此时晶体管NDl的源 极电压小至钳位电路150的钳位电压以下，钳位电路150不工作，而RS触发器142输出 端(Q)电压仍为0V，使得PMOS管PMl处于导通状态，NMOS管匪1、匪3处于截止状态，晶体管NDl 的栅源电压变为0V，故高值电流Ioi的期望值为晶体管NDl栅源电压为OV时的漏极饱和电流。 [0073] c、高压启动电路关闭过程。当控制器20完成启动后，使能模块140中RS触发器142 的置位端(S)接收到控制器20发出的高电平使能信号，RS触发器142的输出端(Q)电压变成 高电平，使得PMOS管PMl处于截止状态，NMOS管匪1、匪3处于导通状态，将晶体管NDl和匪OS 管NM2的栅极电压拉低至参考地电压，关闭大电流取电模块120,如式(3)所示，晶体管NDl的 源极电压Vs_ND1上升，使得其栅源电压V GS_ND1达到阈值电压，晶体管NDl自然关断，此时高压启 动电路将不会有额外的功耗浪费。
[0074] 2、供电端VDD短路的情况
[0075]若启动电容C3连锡或发生其它故障使得控制器20的供电端VDD短路，则综上所述 只有小电流取电模块130工作，此时高压启动电路100只能给供电端VDD提供低值电流Ια，其 工作原理与低值电流充电过程相同，不再赘述。这样，在供电端VDD短路情况下，能够限制高 压启动电路1 〇〇的功耗，避免高压启动电路1 〇〇过热损坏。
[0076] 3、供电端VDD断路的情况
[0077]当供电端VDD断路时，钳位电路150能将晶体管ND 1的栅极电压VG_NDjmii，钳位电压 为3 · VdZ+VgS_NM4,因此当晶体管NDl的源极电压Vs_NDl上升到3 · VDZ+VGS_NM4+Vth_NDl时，晶体管 NDl自然关断，如图3所示，此时供电端VDD的电压约为3 · VDZ+VGS_NM4+Vth_NDi-VD1 ? 21V，在控 制器20的安全电压范围内，避免控制器20过压损坏。上述参数的含义已经在低值电流充电 过程中有详细说明，这里不再赘述。
[0078] 4、保护关断的情况，以电源输出短路为例
[0079] 图4所示为本实用新型实施例1的电源输出Vqut短路的相关波形示意图。如图4所 示，当电源输出短路时，控制器20检测到故障并计时一段时间后（如计时40ms)，检测到故障 持续存在，控制器20进入保护状态，关闭主功率开关管SW的驱动信号GATE，辅助绕组NA不能 给控制器20供电，由于控制器20存在静态功耗，供电端VDD的电压开始以一个较大的斜率下 降；当供电端VDD的电压下降到控制器20的欠压锁定电压V uvlq以下时，控制器20关闭，所述 的使能信号变成低电平，此时供电端VDD只给高压启动电路的使能模块140供电，供电端VDD 的电压以另一个较小的斜率下降；由于此时供电端VDD的电压仍大于上电复位电路141的高 预设电压Vset2〈Vm〇,上电复位电路141仍然输出低电平，RS触发器142的输出端(Q)电压仍保 持为高电平，高压启动电路100继续断开充电电流，不给启动电容C3充电；由于使能模块140 的功耗很小，因此从控制器20的欠压锁定电压V uvlq开始经过足够长的延迟时间TD后，供电 端VDD的电压才小于上电复位电路141的高预设电压Vset2，上电复位电路141输出高电平，使 得RS触发器142输出端(Q)电压翻转成低电平，高压启动电路IOO重新给供电端VDD提供充电 电流，使控制器20重新启动，再完成一轮启动过程。在本实用新型实施例1中，高预设电压 Vset2大于低预设电压Vsetl，因此在上述正常启动情况中，高压启动电路100直接从高值电流 启动过程开始工作。同时，因高预设电压V se3t2大于低预设电压Vse3tl，也可称高预设电压Vse3t2 为高预设电压、低预设电压Vse3tl为低预设电压。在本.实用新型实施例1中，供电端VDD需要 提供I OOuA来维持使能模块140的正常工作，则所述延迟时间TD为：
[0081]由式(5)可见，在外围电路中可以通过调节启动电容C3来获得合适的延迟时间TD， 以便在电源输出短路的情况下，给电源足够长的时间进行散热，避免电源过热损坏。
[0082] 若控制器重启后仍然检测到输出短路故障，则重复进行上述过程;否则，控制器正 常工作，电源正常输出。如图4所示，由于输出短路故障持续了多个周期，每当供电端VDD的 电压达到控制器20的启动电压，控制器20重启后都会检测到输出短路故障，并重复上述的 计时、关闭驱动信号GATE和控制器20欠压关闭以及之后供电端VDD的电压小于高预设电压 Vse3t2时高压启动电路重新开启等过程，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关 闭，直至控制器检测到保护消除。
[0083] 在控制器20启动至计时结束的过程中，控制器都持续检测输出短路故障是否存 在，因此只要输出短路故障排除，控制器20都会在当次或下一次的启动至计时结束的过程 中检测到并消除保护，使电源恢复正常输出，实现电源的自恢复。
[0084] 实施例2
[0085]图5所不为本实用新型实施例2的尚压启动电路的详细电路不意图。如图5所不，与 实施例1不同的是，在实施例2采用的工艺中，晶体管NDl的阈值电压与PMOS管PMl的阈值电 压相近，存在通断控制模块210在启动过程无法导通的风险，进而影响高压启动电路200的 性能，因此为了保证高压启动电路200的正常使用，在实施例2中，通断控制模块210包括二 极管D2和电阻Rl，不使用PMOS管PMl。电阻Rl的一端与晶体管NDl的栅极连接，电阻Rl的另一 端分别与晶体管NDl的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块140的输出 连接。所述的通断控制模块210以及下文所述的使能模块240和钳位电路250在图5中并未单 独示出，它们在电路的具体位置与图2所示的同名结构的位置相同。
[0086]这样电阻Rl直接串联在晶体管NDl的源极和栅极之间，高压启动电路200上电后， 在晶体管NDl的栅极电压（相对于参考地)未达到钳位电路250的钳位电压前，晶体管NDl的 栅源电压为0V，高压启动电路200能够正常完成与实施例1相同的工作过程。当控制器20完 成启动后，使能模块240输出的高电平信号经二极管D2给晶体管NDl源极施加足够高的电 压，使得晶体管NDl完全截止，节省能量。
[0087]与实施例1不同之处还在于，晶体管NDl的漏极可以直接或经过电阻RIN与整流器 10的输出端连接，不经过变压器T，变压器T的原边绕组NP可以与功率开关管SW连接，以完成 电压转换，在图5中未示出。实施例2表明高压启动电路200可以通过外接电阻RIN或其他器 件来扩展其应用范围，例如应用于更高的输入电压场合。高压启动电路200的工作过程及原 理与实施例1相同，这里不再赘述。
[0088] 实施例3
[0089] 图6所示为本实用新型实施例3的高压启动电路300的结构示意图。如图6所示，与 实施例1不同之处在于，高压启动电路300的使能模块340可以根据接收到的除控制器20外 的其他电路发出的使能信号，控制高压启动电路300断开充电电流。高压启动电路300的其 他工作过程和工作原理与实施例1相同，这里不再赘述。
[0090] 以上仅是本实用新型的优选实施例，应当指出的是，上述优选实施例不应视为对 本实用新型的限制。本实用新型的高压启动电路可应用在直流输入电压为40Vdc~700Vdc 的电压范围内（对应到交流输入可为29Vac~494Vac)，但还应认识到，通过增加外部电路或 采用新工艺等其他方式，本实用新型可应用于其它更为广泛的范围中。按照本实用新型的 上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思 想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，例如根据实际工艺修 改相关的电压或电流表达式，来获得与本实用新型类似的有益效果，这些均落在本实用新 型权利保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高压启动电路，用以在启动时提供电流给控制器的供电端VDD及启动电容C3,其 特征在于:包括晶体管NDl、二极管Dl、匪OS管匪1、通断控制模块、大电流取电模块、小电流 取电模块和使能模块，使能模块用于控制NMOS管匪1、通断控制模块和大电流取电模块的通 断，进而改变高压启动电路的工作状态， 电源刚上电时，供电端VDD的电压为0V，使能模块控制WOS管匪1关断、通断控制模块导 通，进而使晶体管ND 1导通，使输入电源经晶体管ND 1、二极管D1和小电流取电模块后输出， 用于为控制器的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电； 当供电端VDD的电压大于低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块开始工 作，并通过大电流取电模块短接小电流取电模块，使输入电源经晶体管ND 1、二极管D1和大 电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至 控制器启动； 当控制器完成启动后，使能模块控制NMOS管匪1导通、通断控制模块关断，使晶体管NDl 的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管NDl关断，关闭高压启动电路。2. 根据权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于:所述高压启动电路， 在供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块连接到地，用以通过高压启动电路控 制短路电流为低值电流； 在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电端 VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流取 电模块工作，使输入电源经晶体管ND1、二极管Dl和大电流取电模块后输出，用以为控制器 的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次使 晶体管NDl的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管NDl关断，关闭高压启动电路，如此重 复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。3. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:所述匪OS管匪1的栅极与使能 模块的输出连接;漏极与晶体管NDl的栅极连接;源极接地。4. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:所述通断控制模块，包括PMOS 管PMl和电阻Rl，PMOS管PMl的源极与晶体管NDl的源极连接;PMOS管PMl的栅极与使能模块 的输出连接;PMOS管PMl的漏极经电阻Rl与晶体管NDl的栅极连接。5. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:所述通断控制模块，包括电阻 Rl和二极管D2,电阻Rl的一端与晶体管NDl的栅极连接，电阻Rl的另一端分别与晶体管NDl 的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块的输出连接。6. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:所述大电流取电模块，包括电 阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管匪2、NM3，和齐纳管DZl，电阻R2的一端分别与二极管Dl的阴极 及PMOS管PM2的源极连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管PM2的栅极及匪OS管匪2的漏极连 接，匪OS管匪2的源极接地;匪OS管匪2的栅极分别与电阻R3的一端、齐纳管DZ1的阴极及 匪OS管匪3的漏极连接，电阻R3的另一端与PMOS管PM2的漏极连接，电阻R3的另一端还引出 作为大电流取电模块的输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流;齐纳管DZ1的阳极 接地;NMOS管匪3的源极接地;NMOS管匪3的栅极与使能模块的输出连接，其中，PMOS管PM2的 源极还与小电流取电模块的输入连接，PMOS管PM2的漏极还与小电流取电模块的输出连接， 用以在大电流取电模块开始工作后，通过PMOS管PM2短接小电流取电模块。7. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:所述小电流取电模块包括齐 纳管DZ2和电阻R4，齐纳管DZ2的阴极作为小电流取电模块的输入，与二极管Dl的阴极连接； 齐纳管DZ2的阳极经电阻R4引出作为小电流取电模块的输出。8. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:所述使能模块包括上电复位 电路和RS触发器，上电复位电路的输入端作为使能模块的第一输入端，用于连接控制器的 供电端VDD;上电复位电路的输出端与RS触发器的复位端连接;RS触发器的输出端引出作为 使能模块的输出；RS触发器的置位端引出作为使能模块的第二输入端，用于接收控制器发 出的使能信号。9. 根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于:还包括与晶体管NDl的栅极连 接的钳位电路，在供电端VDD断路时，钳位电路对晶体管ND 1的栅极电压进行钳位。10. 根据权利要求9所述的高压启动电路，其特征在于:所述钳位电路，包括齐纳管DZ3 和NMOS管匪4，齐纳管DZ3的阴极与晶体管NDl的栅极连接，齐纳管DZ3的阳极与NMOS管NM4的 栅极和漏极连接，NMOS管NM4的源极接地。
【文档编号】H02M1/36GK205490127SQ201620094737
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月30日
【发明人】唐盛斌, 符威
【申请人】深圳南云微电子有限公司