开关电源的控制装置及开关电源工作方法与流程

本发明涉及电源电路领域，特别涉及一种开关电源的控制装置及开关电源工作方法。

背景技术：

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电力电子设备均离不开可靠的电源。进入80年代，计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代；进入90年代，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术控制开关的晶体管开通和关闭的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源的负载是诸如电容器等具有很大静电容量的元器件，当开关电源启动时，开关电源连接的交流电源会在开关电源接通的瞬间迅速充电，使得开关电源所承载的电压过大，导致开关电源无法正常启动，为了使开关电源在接通交流电源时可以正常工作，需要控制开关电源的产生初始的启动电压，以使开关电源中的各个负载启动。

相关技术中，在开关电源中部署图1所示的控制电路，当开关电源启动时，开关电源中的高压mos(metaloxidesemiconductor，金属氧化物半导体)管接收交流电源传输的交流信号，为充电电路中的启动电容充电，当启动电容上的电压达到开关电源芯片的启动电压时，开关电源的芯片开始工作，随后，开关电源中的绕组产生vdd电压继续支持芯片工作，高压mos管不再供给电流，开关电源启动成功。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

由于交流电源传输的交流电信号与开关电源的芯片工作电压压差较大，因此，为了承载交流电信号的电压，需要在开关电源中部署高压mos管，由高压mos管在开关电源启动时对开关电源的电路中的电压进行控制，使开关电源中启动电容上的电压达到开关电源的芯片的启动电压，但由于启动高压mos管的电压与开关电源的正常工作电压之间的压差较大，为了避免高压电压加载到开关电源的电路中，需要在开关电源中增加控制开关电源正常工作的电路，导致开关电源的部署成本增加。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种开关电源的控制装置及开关电源工作方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种开关电源的控制装置，所述控制装置包括：变压器、启动开关、启动模块以及启动电容；

所述变压器的输入端与供电电源相连，所述变压器的第一输出端与所述启动开关相连；

所述启动开关的输出端与所述启动模块的输入端相连，所述启动模块的第一输出端与所述启动电容相连；

所述变压器接收所述供电电源传输的交流电信号，将所述交流电信号传输至所述启动开关；

所述启动开关接收所述交流电信号，将所述交流电信号传输至所述启动模块，由所述启动模块将所述交流电信号传输至所述启动电容；

所述启动电容接收所述交流电信号并进行充电，当所述启动电容的启动电压达到所述开关电源的芯片的启动电压时，所述启动电容的充电结束。

在另一个实施例中，所述控制装置还包括：第一启动电阻和采样电阻；

所述第一启动电阻的输入端与所述供电电源相连，所述第一启动电阻的输出端与所述启动开关相连；

所述采样电阻的输入端与所述启动模块的第二输出端相连，所述采样电阻的输出端接地。

在另一个实施例中，所述启动模块包括：低压mos管、第二启动电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的输入端与所述启动开关相连，所述第一二极管的输出端与所述第二启动电阻相连，所述第二启动电阻的输出端与所述启动电容的输入端相连，所述第一二极管和所述第二启动电阻与所述低压mos管和所述第二二极管并联；

所述低压mos管的输入端与所述启动开关的输出端相连，所述低压mos管的输出端与所述第二二极管相连，所述第二二极管的输出端与所述启动电容的输入端相连。

在另一个实施例中，所述控制装置还包括：供电模块：

所述供电模块的输入端与所述变压器的第二输出端相连，所述供电模块的输出端与启动电容相连；

所述供电模块接收所述变压器输出的感应电流，将所述感应电流传输至所述启动电容；

所述启动电容基于所述感应电流为所述开关电源的芯片充电。

在另一个实施例中，所述供电模块包括：供电电阻、第三二极管、滤波电容；

所述供电电阻的输入端与所述变压器的第二输出端相连，所述供电电阻的输出端与所述第三二极管的输入端相连；

所述第三二极管的输出端与所述滤波电容的输入端相连，所述滤波电容的输出端与所述开关电源的芯片相连。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种开关电源工作方法，所述方法包括：

变压器接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将所述交流电信号传输至启动开关；

所述启动开关将所述交流电信号传输至启动模块，由所述启动模块将所述交流电信号传输至启动电容；

所述启动电容接收所述交流电信号，进行充电，当所述启动电容两端的电压达到所述开关电源的芯片的启动电压时，所述启动电容的充电结束。

在另一个实施例中，所述控制装置还包括第一启动电阻和采样电阻；

相应地，所述方法还包括：

所述第一启动电阻接收所述供电电源传输的交流电信号，将所述交流电信号传输至所述启动开关；

所述启动开关在接收到所述交流电信号时接通，接收所述变压器传输的交流电信号，将所述交流电信号传输至所述启动模块，对所述启动电容进行充电；

当所述启动电容完成充电时，所述启动电容为所述开关电源的芯片供电；

所述变压器将所述供电电源传输的交流电信号转换为感应电流，并将所述感应电流传输至所述启动模块；

所述启动模块接收所述启动开关传输的所述感应电流，将所述感应电流传输至所述采样电阻；

所述采样电阻将所述感应电流导入大地，保证所述开关电源的正常工作。

在另一个实施例中，所述启动模块包括：第二启动电阻和第一二极管；

相应地，所述启动开关将所述交流电信号传输至启动模块，由所述启动模块将所述交流电信号传输至启动电容包括：

所述启动开关将所述交流电信号传输至启动模块，所述第一二极管接收所述启动开关传输的所述交流电信号，将所述感应电流传输至所述第二启动电阻；

所述第二启动电阻将所述交流电信号传输至所述启动电容。

在另一个实施例中，所述控制装置还包括：供电模块；

相应地，所述方法还包括：

所述变压器将所述供电电源传输的交流电信号转换为感应电流，并将所述感应电流传输至所述启动模块；

所述供电模块接收所述变压器输出的所述感应电流，将所述感应电流传输至所述启动电容；

所述启动电容接收所述供电模块传输的所述感应电流，并基于所述感应电流为所述开关电源的芯片供电，以使所述开关电源进行正常工作。

在另一个实施例中，所述供电模块包括充电电阻、第三二极管、滤波电容；

相应地，所述供电模块接收所述变压器输出的所述感应电流，将所述感应电流传输至所述启动电容包括：

所述充电电阻接收所述变压器传输的所述感应电流，将所述感应电流传输至所述第三二极管；

所述第三二极管接收所述充电电阻传输的所述感应电流，将所述感应电流传输至所述滤波电容；

所述滤波电容接收所述第三二极管传输的所述感应电流，将所述感应电流传输至所述启动电容；

所述启动电容接收所述滤波电容传输的所述感应电流。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由变压器接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动开关，启动开关接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动电容进行充电，当启动电容的启动电压达到开关电源的芯片的启动电压时，启动电容的充电结束，完成开关电源的启动，使得无需在开关电源中增加控制开关电源正常工作的电路，利用开关电源中的元器件即可完成开关电源的安全启动，降低了开关电源的部署成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种开关电源的控制装置的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种开关电源的控制装置的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种开关电源工作方法的流程图；

图4a是根据一示例性实施例示出的一种开关电源工作方法的流程图；

图4b是根据一示例性实施例示出的一种开关电源工作方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图2是根据一示例性实施例示出的一种开关电源的控制装置的结构示意图，如图2所示，该控制装置包括：供电电源201、变压器202、第一启动电阻203、启动开关204、启动模块205、采样电阻206、启动电容207以及供电模块208。

其中，供电电源201的输出端与变压器202的输入端以及第一启动电阻203的输入端相连；第一启动电阻203的输出端与启动开关204相连；变压器202的第一输出端与启动开关204的输入端相连，变压器202的第二输出端与供电模块208相连，启动开关204的输出端与启动模块205的输入端相连；启动模块205的第一输出端与采样电阻206相连，采样电阻206的输出端接地；启动电容207的输入端与启动模块205的第二输出端相连，启动电容207的输出端接地；供电模块208的输出端与启动电容相连。

供电电源201

供电电源201为开关电源提供交流电信号，保证开关电源的正常工作。

变压器202

变压器202接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将交流电信号转换为感应电流，并将感应电流传输至启动开关。

由于供电电源传输的电信号为交流电信号，为了给开关电源的电路中各个负载提供稳定的电流，因此，变压器最先接收供电电源传输的交流电信号，并对交流电信号进行转换，转换为感应电流，基于感应电流为开关电源进行供电。

需要说明的是，在开关电源的启动过程中，变压器直接将接收到的交流电信号进行传输，以使启动电容基于交流电信号进行充电；当启动电容完成充电过程，也即开关电源完成启动时，为了保证开关电源的工作稳定，变压器将接收到的交流电信号转换为感应电流，并将感应电流传输至开关电源中的各个模块。

第一启动电阻203

第一启动电阻203接收供电电源传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动开关，以使启动开关在接收到交流电信号后闭合。

由于第一启动电阻的输出端与启动开关相连，也即第一启动电阻与启动开关之间串联，第一启动电阻可以起到分压的作用，使得加载于启动开关上的电压不至于过大，使得启动开关闭合，启动开关开始正常的工作。在实际应用的过程中，启动开关可为开关电源的控制装置中已经存在的任一开关，无需在控制装置中再次增加新的开关，因此，降低了开关电源的部署成本。

启动开关204

启动开关204接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动模块，以使启动模块将交流电信号传输至启动电容，完成开关电源的启动。

其中，当开关电源的电路开始上电时，启动开关便可以获取第一启动电阻的交流电信号，并接通。当启动开关接通后，启动开关接收到变压器传输的交流电信号后，便可将交流电信号传输至启动模块，以使启动模块将交流电信号传输至启动电容，完成开关电源的启动。此时，开关电源中的电流流向为：供电电源→变压器→启动开关→第一二极管→第二启动电阻→启动电容→地。

启动模块205

参见图2，启动模块205包括低压mos管2051、第二启动电阻2052、第一二极管2053和第二二极管2054。

其中，第一二极管2053的输入端与启动开关204相连，第一二极管2053的输出端与第二启动电阻2052相连，第二启动电阻2052的输出端与启动电容207的输入端相连，第一二极管2053和第二启动电阻2052与低压mos管2051和第二二极管2054并联；低压mos管2051的输入端与启动开关204的输出端相连，低压mos管2051的输出端与第二二极管2054相连，第二二极管2054的输出端与启动电容207的输入端相连。

低压mos管2051接收启动开关传输的感应电流，将感应电流传输至采样电阻。当开关电源启动时，由于低压mos管与第一二极管和第二启动电阻并联，因此，启动电容可以通过第一二极管对低压mos管的漏极电压进行钳位，使得低压mos管上的电压不会超过启动电容上的电压，这样便可以选用可承受电压较低的低压mos管。由于低压mos管的导通电阻小，占用晶圆的面积也小，因此，价格远远低于高压mos管，降低了开关电源的电路的部署成本。

当开关电源进行正常工作时，启动电容可持续对低压mos管进行供电，保持低压mos管的接通状态，由于低压mos管的导通电阻小，因此，对采样电阻造成的影响可以忽略不计。此时，开关电源中的主电流的流向便为：供电电源→变压器→启动开关→低压mos管→采样电阻→地。

第二启动电阻2052接收第一二极管传输的交流电信号，对交流电信号进行检测，将交流电信号传输至启动电容，以使启动电容进行充电。

第一二极管2053接收启动开关传输的交流电信号，将交流电信号传输至第二启动电阻，以使第二启动电阻将交流电信号传输至启动电容，使启动电容开始充电。由于第一二极管与低压mos管并联，因此，启动电容可以通过第一二极管对低压mos管的漏极电压进行钳位，使得低压mos管上的电压不会超过启动电容上的电压，避免低压mos管损坏。

第二二极管2054接收启动电容传输的电信号，将电信号传输至低压mos管，以使低压mos管基于电信号进行正常工作，保证低压mos管的持续接通。

采样电阻206

采样电阻206接收低压mos管传输的感应电流，将感应电流导入大地，保证开关电源的正常工作。

需要说明的是，在实际应用的过程中，上述提及的采样电阻206也可以省略，本发明实施例对是否部署采样电阻不进行具体限定。

启动电容207

启动电容207接收交流电信号进行充电，并在充电完毕后完成开关电源的启动。当启动电容两端的电压达到开关电源的芯片的启动电压时，启动电容便会向开关电源的芯片进行供电，以使开关电源的芯片进入正常的工作状态。同时，启动电容还会为低压mos管供电，以保证低压mos管的持续接通状态。需要说明的是，当开关电源启动成功后，启动电源还会持续为开关电源的芯片供电，为了保证启动电源中的电能可以满足开关电源的芯片的正常工作，因此，供电电源会基于供电模块持续为启动电容充电。

供电模块208

参见图2，供电模块208包括充电电阻2081、第三二极管2082以及滤波电容2083。

其中，充电电阻2081的输入端与变压器202的第二输出端相连，充电电阻2081的输出端与第三二极管2082的输入端相连；第三二极管2082的输出端与滤波电容2083的输入端相连，滤波电容2083的输出端与启动电容相连。

充电电阻2081接收变压器传输的感应电流，将感应电流传输至第三二极管。

第三二极管2082接收充电电阻传输的感应电流，将感应电流传输至滤波电容。

滤波电容2083接收第三二极管传输的感应电流，将感应电流传输至启动电容，由启动电容为开关电源的芯片充电，以使开关电源的芯片进行正常的工作。

由于供电模块在为开关电源的芯片进行供电时，需要基于启动电容进行供电，因此，感应电流在开关电源的芯片两端产生的电压并不会超过启动电容可承受的电压，这样便可以保证开关电源的芯片的安全性，避免对开关电源的芯片造成损坏。

本发明实施例提供的装置，由变压器接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动开关，启动开关接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动电容进行充电，当启动电容的启动电压达到开关电源的芯片的启动电压时，启动电容的充电结束，完成开关电源的启动，使得无需在开关电源中增加控制开关电源正常工作的电路，利用开关电源中的元器件即可完成开关电源的安全启动，降低了开关电源的部署成本。

图3是根据一示例性实施例示出的一种开关电源工作方法的流程图。参照图3，该方法应用于开关电源的控制装置，该方法包括以下步骤。

在步骤301中，第一启动电阻接收供电电源传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动开关。

在本发明实施例中，由于第一启动电阻与启动开关相连，也即第一启动电阻与启动开关之间串联，当第一启动电源接收到交流电信号后，便会将交流电源传输至启动开关，使得启动开关闭合，启动开关开始正常的工作。

在步骤302中，启动开关在接收到交流电信号时接通，接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动模块。

在本发明实施例中，当启动开关开始正常工作时，启动开关便会接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动模块，以使启动模块将交流电信号传输至启动电容，完成开关电源的启动。

在步骤303中，启动模块中的第一二极管接收启动开关传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动模块中的第二启动电阻。

在本发明实施例中，启动模块在接收启动开关传输的交流电信号时，首先由启动模块中的第二二极管接收，第二二极管在接收到启动开关传输的交流电信号后，由于第一二极管与低压mos管并联，因此，启动电容可以通过第一二极管对低压mos管的漏极电压进行钳位，使得低压mos管上的电压不会超过启动电容上的电压，避免低压mos管损坏。

在步骤304中，第二启动电阻接收第一二极管传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动电容。

在本发明实施例中，第二启动电阻在接收到第一二极管传输的交流电信号后，会对交流电信号进行检测，若检测到交流电信号为稳定的电信号，则可将交流电信号传输至启动电容，以便为启动电容充电。

在步骤305中，启动电容接收交流电信号进行充电，并在充电完毕后完成开关电源的启动。

在本发明实施例中，当启动电容两端的电压达到开关电源的芯片的启动电压时，启动电容便会向开关电源的芯片进行供电，以使开关电源的芯片进入正常的工作状态。

需要说明的是，上述步骤301至步骤305中所示的过程为开关电源的启动过程。为了保证开关电源中各个元件不会由于电路中的电压过大造成损坏，因袭，需要执行上述步骤301至步骤305，实现对电路中电压的控制。其中，开关电源在进行启动时，电路中的电流流向为：供电电源→变压器→启动开关→低压mos管→采样电阻→地。当开关电源启动完成时，便可以执行下述步骤401至步骤408，使开关电源保持正常的工作状态。

在本发明实施例中，由变压器接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动开关，启动开关接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动电容进行充电，当启动电容的启动电压达到开关电源的芯片的启动电压时，启动电容的充电结束，完成开关电源的启动，使得无需在开关电源中增加控制开关电源正常工作的电路，利用开关电源中的元器件即可完成开关电源的安全启动，降低了开关电源的部署成本。

图4a是根据一示例性实施例示出的一种开关电源工作方法的流程图。为了保证开关电电源的芯片的正常工作，需要对开关电源的芯片进行供电，其中，参见图4a，对开关电源的芯片的供电过程可以通过下述步骤401至步骤405实现。

在步骤401中，变压器接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将交流电信号转换为感应电流，并将感应电流传输至供电模块。

在本发明实施例中，变压器在接收到交流电信号后，将交流电信号进行转换，将交流电信号转换为感应电流，并将感应电流传输至供电模块。

在步骤402中，供电模块中的充电电阻接收变压器传输的感应电流，将感应电流传输至第三二极管。

在本发明实施例中，供电模块接收到变压器传输的感应电流时，供电模块中的充电电阻首先接收到感应电流，并由充电电阻将感应电流传输至供电模块的第三二极管。

在步骤403中，第三二极管接收充电电阻传输的感应电流，将感应电流传输至滤波电容。

在本发明实施例中，供电模块中的第三二极管在接收到充电电阻传输的感应电流后，可将感应电流传输至供电模块中的滤波电容，以使滤波电容对感应电流进行滤波处理。

在步骤404中，滤波电容接收第三二极管传输的感应电流，将感应电流传输至启动电容。

在本发明实施例中，滤波电容在接收到第三二极管传输的感应电流后，可对感应电流进行滤波处理，并将处理后的感应电流传输至启动电容，以便启动电容对开关电源的芯片进行供电。

在步骤405中，启动电容将接收感应电流，并基于感应电流为开关电源的芯片供电，以使开关电源的芯片进行正常工作。

在本发明实施例中，启动电容在接收到感应电流后，基于感应电流为开关电源的芯片进行供电，使得开关电源的芯片在接收到启动电容传输的感应电流后，便可以基于感应电流进入工作状态，并保持正常的工作。

上述步骤401至步骤405中所示的过程产生了开关电源的电路中对开关电源芯片的供电电流，供电电流的流向为：供电电源→变压器→启动开关→第一二极管→第二启动电阻→启动电容→地。

需要说明的是，当开关电源进行正常工作时，启动模块中还会存在未用于开关电源的芯片进行正常工作的电流。为了保证开关电源的安全，参见图4b，可以执行下述步骤406至步骤408将这些电流导入大地。

在步骤406中，启动开关将感应电流传输至启动模块的低压mos管。

在本发明实施例中，启动开关在接收到感应电流时，将感应电流传输至启动模块，此时会有部分电流流入启动模块中的低压mos管。

在步骤407中，低压mos管将感应电流传输至采样电阻。

在本发明实施例中，低压mos管在接收到感应电流后，直接将感应电流传输至采样电阻。

在步骤408中，采样电阻将感应电流导入大地，保证开关电源的正常工作。

在本发明实施例中，采样电阻在接收到启动模块的低压mos管传输的感应电流后，将感应电流导入大地，保证开关电源的正常工作。

上述步骤406至步骤408中所示的过程产生了开关电源的电路中的主电流，主电流的流向为：供电电源→变压器→启动开关→低压mos管→采样电阻→地。

需要说明的是，上述步骤406至步骤408中的步骤实现了将开关电源中的电流导入大地，保证了开关电源在工作中的安全性，而在实际应用的过程中，将上述步骤406至步骤408省略也可以保证开关电源的启动一级正常工作。

本发明实施例提供的方法，由变压器接收开关电源的供电电源传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动开关，启动开关接收变压器传输的交流电信号，将交流电信号传输至启动电容进行充电，当启动电容的启动电压达到开关电源的芯片的启动电压时，启动电容的充电结束，完成开关电源的启动，使得无需在开关电源中增加控制开关电源正常工作的电路，利用开关电源中的元器件即可完成开关电源的安全启动，降低了开关电源的部署成本。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。