启动控制电路和开关电源的制作方法

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种启动控制电路和开关电源。

背景技术：

开关电源是利用电子线路，将交流电转换为直流电，并维持稳定输出电压的一种电源。

开关电源可以具有整流电路、平滑电路、开关元件、变压器、输出侧整流电路和控制电路等。其中，整流电路和平滑电路能够对输入的交流电进行整流和平滑；控制电路可以输出控制信号，以控制开关元件的导通和关断，从而使平滑后的电信号进行谐振；变压器可以使谐振的电信号被输送到开关电源的输出侧；输出侧整流电路将输送到开关电源的输出侧的电信号进行整流，以输出直流电压。

在开关电源启动时，需要对控制电路输入启动电压Vcc，以使控制电路正常工作。在现有技术中，可以在开关电源的高压侧生成启动电压Vcc，该高压侧例如可以是该开关电源的一次绕组侧。例如，开关电源的高压侧可以具有启动电压生成电路和充电开关元件。其中，启动电压生成电路可以具有充电电容，该充电电容可以被充电以生成启动电压Vcc，启动电压Vcc可以通过启动电压生成电路的输出端输出；充电开关元件在导通的情况下，可以提供向该充电电容进行充电的电流，以生成启动电压Vcc。启动电压生成电路的输出端可以与控制电路的启动电压输入端连接。

充电开关元件可以是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其源极可以连接到控制电路的充电端口，并且，经由该控制电路的内部电路连接到该控制电路的启动电压输入端，从而向该充电电容提供充电的电流。

从开关电源的高压侧生成启动电压Vcc的方案能够节省启动时间，并降低启动功耗。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

在现有的开关电源中，启动电压生成电路的充电电容有时会被短路，该短路的原因可能是充电电容被击穿，或者控制电路的启动电压输入端与接地端之间短路等。该充电电容被短路会导致无法正常地生成启动电压，影响控制电路的正常工作，从而使充电开关元件始终保持导通，并提供充电电流，由此，使充电开关元件的功耗上升，并且，该充电电流从控制电路的充电端口经由该控制电路的内部电路流动到该控制电路的启动电压输入端，导致控制电路的功耗也上升，充电开关元件和控制电路的功耗上升所产生的发热效应有可能引发开关电源的安全问题。

本申请实施例提供一种启动控制电路，在启动电压生成电路的充电电容被短路的情况下能够使充电开关元件关断，由此，避免由于充电电容被短路所导致的充电开关元件的功耗上升，提高开关电源的安全性。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种启动控制电路，用于对开关电源的控制电路提供启动电压，所述启动控制电路包括：

启动电压生成电路，其具有第一电容和第一输出端，所述第一电容被充电，以生成启动电压，所述启动电压从所述启动电压生成电路的所述第一输出端输出到所述控制电路；

充电开关元件(M21)，其栅极与充电节点连接，所述充电开关元件在导通的情况下，提供向所述第一电容充电的电流；以及

短路检测和切换单元，其与所述启动电压生成电路的所述第一输出端连接，并且，在所述启动电压生成电路的所述第一电容被短路的情况下，所述短路检测和切换单元关断所述充电开关元件，停止提供向所述第一电容充电的电流。

根据本申请实施例的第二方面，其中，所述短路检测和切换单元具有第一开关元件(M23)和第二开关元件(M24)，其中，所述第一开关元件的栅极与所述第一输出端经由第一二极管单元(D22)连接，所述第一开关元件的漏极经由第一电阻(R36)与所述充电节点连接，所述第二开关元件的栅极与所述第一开关元件的漏极连接，所述第二开关元件的漏极与所述充电开关元件的栅极连接，在所述启动电压生成电路的所述第一电容没有被短路的情况下，所述第一开关元件导通，所述第二开关元件关断，所述充电开关元件导通，在所述启动电压生成电路的所述第一电容被短路的情况下，所述第一开关元件关断，所述第二开关元件导通，所述充电开关元件关断。

根据本申请实施例的第三方面，其中，所述充电开关元件的栅极经由第二电阻(R21)与所述充电节点连接，在所述第一开关元件的栅极和源极之间并联连接有并联的第三电阻(R35)和第二电容(C29)，在所述第二开关元件的栅极和源极之间并联连接有第三电容(C21)。

根据本申请实施例的第四方面，其中，所述充电节点与接地端之间连接有第四电容(C23)。

根据本申请实施例的第五方面，其中，所述第四电容(C23)并联有第一稳压单元(ZD21)，所述第二电阻(R21)两端并联有第二二极管单元(D21)，所述充电节点与所述充电开关元件(M21)的源极之间并联有第二稳压单元(ZD22)。

根据本申请实施例的第六方面，提供一种开关电源，其具有控制电路，以及如上述实施例的第一方面至第五方面中任一方面所述的启动控制电路，所述启动控制电路向所述控制电路提供启动电压。

本申请实施例的有益效果在于：在启动电压生成电路的充电电容被短路的情况下能够使充电开关元件关断，由此，避免由于充电电容被短路所导致的充电开关元件的功耗上升。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请实施例1的启动控制电路的一个示意图；

图2是本申请实施例1的控制电路的充电端与启动电压输入端之间的内部电路的一个示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种启动控制电路，图1该启动控制电路的一个示意图。

如图1所示，启动控制电路100用于对开关电源200的控制电路U20提供启动电压，其中，该启动控制电路100和控制电路U20都是开关电源200的组成部分。在本实施例中，该开关电源200的负载可以是需要直流电源的电子设备，例如发光二极管(LED)等。

下面，首先对开关电源200的构成进行说明。

如图1所示，开关电源200可以具有整流电路BD1和平滑电容C3，其中，整流电路BD1例如可以是二极管桥电路，能够对交流电源AC所输入的交流电压进行整流；平滑电容C3能够对整流电路BD1整流后的电压进行平滑以形成直流电源。

开关电源200还可以具有开关元件M21，该开关元件M21在控制电路U20的控制下导通和关闭。此外，在该开关电源200启动时，该开关元件M21也可以作为充电开关元件。

开关电源200还可以具有变压器T，该变压器T具有一次绕组L20-b和二次绕组L20-c。其中，二次绕组L20-c还可以连接有二次绕组侧整流二极管(未图示)和平滑电容(未图示)，从而输出直流电压。

启动控制电路100从开关电源200的一次绕组侧取电，以生成启动电压Vcc，该启动电压Vcc被提供给控制电路U20，使控制电路U20启动并正常工作。

控制电路U20提供控制信号，以使开关电源200输出直流电压。

下面，对启动控制电路100进行说明。

如图1所示，启动控制电路100可以包括：启动电压生成电路101，充电开关元件M21，以及短路检测和切换单元102。

在本实施例中，启动电压生成电路101可以具有第一电容和第一输出端1011，该第一电容被充电，以生成启动电压Vcc，该启动电压从启动电压生成电路101的第一输出端1011输出到控制电路U20。如图1所示，该第一电容可以由电容C41和电容C42并联而成，但是本实施例不限于此，该第一电容也可以有其它的构成形式。

在本实施例中，充电开关元件M21可以是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其栅极可以与充电节点A连接，并且，该充电开关元件在导通的情况下，可以提供向该第一电容充电的电流。

在本实施例中，短路检测和切换单元102可以与启动电压生成电路101的第一输出端1011连接，并且，在启动电压生成电路101的该第一电容被短路的情况下，短路检测和切换单元102可以使充电开关元件M21关断，停止提供向该第一电容充电的电流。

根据本申请的实施例，短路检测和切换单元可以在检测到启动电压生成电路的第一电容被短路的情况下，使充电开关元件关断，由此，避免由于充电电容被短路所导致的充电开关元件的功耗上升，并提高了开关电源的安全性。

在本实施例中，短路检测和切换单元102可以具有第一开关元件M23和第二开关元件M24，第一开关元件M23和第二开关元件M24可以是金属氧化物半导体(MOS)晶体管。其中，该第一开关元件M23的栅极可以与该第一输出端1011经由第一二极管单元D22连接，该第一二极管单元D22能够允许电流从该第一输出端1011流动到第一开关元件M23的栅极，并防止电流反向流动，由此，当关断开关电源200，例如，停止输入交流电压，使第一电容的电压快速降低时，第一开关元件M23能导通延时，使第二开关元件M24在延时期间内不进入导通状态，保证开关电源200在重新启动的情况下能够快速重新启动。

在本实施例中，该第一开关元件M23的漏极可以经由第一电阻R36与该充电节点A连接。

在本实施例中，第二开关元件M24的栅极可以与该第一开关元件M23的漏极连接，由此，通过第一开关元件M23的漏极对第二开关元件M24的栅极进行控制。

在本实施例中，第二开关元件M24的漏极与充电开关元件M21的栅极连接，由此，通过第二开关元件M24的漏极对充电开关元件M21的栅极进行控制。

在本实施例中，通过第一开关元件M23、第二开关元件M24、充电开关元件M21的上述连接方式，能够在启动电压生成电路101的第一电容没有被短路的情况下，使第一开关元件M23导通，第二开关元件M24关断，充电开关元件M21导通；在启动电压生成电路101的该第一电容被短路的情况下，使第一开关元件M23关断，第二开关元件M24导通，充电开关元件M21关断。

在本实施例中，充电开关元件M21的栅极可以经由第二电阻R21与充电节点A连接，由此，第二开关元件M24的栅极可以经由第一电阻R36连接在第二电阻R21的一端，第二开关元件M24的漏极可以连接在第二电阻R21的另一端。

在本实施例中，在第一开关元件M23的栅极和源极之间可以并联连接有并联的第三电阻R35和第二电容C29，其中，该第二电容C29可以被充电以提供第一开关元件M23的栅极开启电压，该第三电阻R35可以提供第二电容C29的电荷释放通道。

在本实施例中，在第二开关元件M24的栅极和源极之间可以并联连接有第三电容C21，由此，该第三电容C21可以被充电以提供第二开关元件M24的栅极开启电压，并且，第一开关元件M23在导通时可以提供第三电容C21的电荷释放通道。

在本实施例中，充电节点A与接地端之间连接有第四电容C23，该第四电容C23可以被充电，以提供充电开关元件M21的栅极开启电压。如图1所示，第四电容C23可以并联有第一稳压单元ZD21，该第一稳压单元ZD21用于对充电节点A提供稳压保护。

此外，在本实施例中，第二电阻R21的两端可以并联有第二二极管单元D21，充电节点A与充电开关元件M21的源极之间并联有第二稳压单元ZD22。

在本实施例中，如图1所示，充电节点A可以经由电阻R13和电阻R12连接到开关电源的一次绕组侧的正电源Vbus，通过该正电源Vbus向第四电容C23充电，以控制充电开关元件M21的栅极。

在本实施例中，如图1所示，充电开关元件M21的漏极可以与一次绕组L20-b连接，由此，在充电开关元件M21导通的情况下，可以由一次绕组L20-b来提供充电电流。

在本实施例中，充电开关元件M21的源极可以连接到控制电路U20的充电端D，并经由该控制电路U20的内部电路连接到该控制电路U20的启动电压输入端V，从而向该第一电容提供充电电流。

图2是本实施例的控制电路U20的充电端D与启动电压输入端V之间的内部电路的一个示意图，如图2所示，充电端D与启动电压输入端V之间可以串联连接有结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)M2和二极管D3，M2的栅极与栅极控制器CM2连接，栅极控制器CM2可以接收与启动电压生成电路101的第一输出端1011所输出的电压信号对应的控制信号，并输出M2的栅极电压，以控制M2的导通或关断。例如，当启动电压生成电路101的第一输出端1011所输出的电压信号到达一个阈值时，栅极控制器CM2控制M2关断，由此，停止提供对第一电容的充电电流，由充电开关元件M21，结型场效应晶体管M2和二极管D3构成的充电路径不再消耗能量。

在本实施例中，由结型场效应晶体管M2和二极管D3构成的电路可以被集成到控制电路U20中，以形成控制电路U20的内部电路的一部分，但是本实施例不限于此，由结型场效应晶体管M2和二极管D3构成的电路也可以独立于控制电路U20而被设置。

下面，结合图1和图2，说明本申请的启动控制电路100的工作原理。

在启动阶段，开关电源200被输入交流电。一次绕组侧的正电源Vbus产生正电压，通过该正电源Vbus经由电阻R12、R13向第四电容C23充电，充电节点A的电压V1上升。

当V1上升到充电开关元件M21的阈值电压时，充电开关元件M21打开，M21的漏极电流被M2所控制，形成流经M21和M2，并对电容C41和C42进行充电的充电电流，该充电电流为10mA～40mA。

在对电容C41、C42充电的阶段，M21上的压降等于正电源Vbus的正电压与启动电压生成电路101的输出端1011的电压之差，在充电初期，由于第一输出端1011的电压较低，因此，M21上的压降很大，并且M21消耗的功率较高。

当启动电压生成电路101的第一输出端1011所输出的电压信号到达一个阈值时，该阈值例如可以是控制电路U20的启动电压Vcc，栅极控制器CM2控制M2关断，由此，停止提供对第一电容的充电电流，由充电开关元件M21，结型场效应晶体管M2和二极管D3构成的充电路径不再消耗能量，并且，第一输出端1011所输出的电压信号使控制电路正常工作。

在启动电压生成电路101的该第一电容没有被短路的情况下，第一输出端1011输出使控制电路U20正常工作的电压信号。第一输出端1011所输出的电压信号被输入到短路检测和切换单元102的二极管D22的正极，使M23的栅极电压V2较高以使M23导通，而M24的栅极电压V3被M23的漏极下拉而降低，由此，M24关断。电阻R36两侧的压降使得M21的栅极电压被维持，从而使M21保持导通。

在启动电压生成电路101的该第一电容被短路的情况下，第一输出端1011输出较低的电压信号，例如与接地端电位相等的0电压。第一输出端1011所输出的电压信号不足以为C29充电，电容C29通过电阻R35放电，使得M23的栅极电压V2降低，以使M23关断；充电节点A经由电阻R36对电容C21充电，使得M24的栅极电压V3升高，以使M24导通；而M21的栅极电压被M24的漏极下拉而降低，由此，M21关断，停止提供充电电流。

在本实施例中，短路检测和切换单元102可以与启动电压生成电路101的第一输出端1011连接，并且，在启动电压生成电路101的该第一电容被短路的情况下，短路检测和切换单元102可以使充电开关元件M21关断，停止提供向该第一电容充电的电流。由此，能够降低开关电源的功耗，并且提高开关电源的安全性。另外，也不会影响开关电源的正常工作。

此外，如图1所示，在本实施例中，启动电压生成电路101还可以具有电阻R41，二极管D41，稳压二极管ZD41，以及绕组L20，其作用可以参考现有技术。

在本实施例中，开关电源200还可以具有二极管D2，电阻R41A、R41B、R41C，电容C10，电阻R9，电阻R10，电阻R22，电容C22，电阻R23，电阻R24，二极管D24，电阻R30，电容C24，电容C28和电阻R29，其作用可以参考现有技术。

此外，关于图1中控制电路U20的MULT端子、ZCD端子、COMP端子、S端子、GND端子的功能，可以参考现有技术。

需要说明的是，开关电源100也不是必须具备图1中所列出的全部电路元件，只要能够实现本实施例所述的启动控制电路的功能和开关电源的功能，本领域技术人员可以对图1中的电路元件进行删除或替换；此外，图1仅列出了部分电路元件，开关电源100还可以具有图中没有示出的元件，可以参考现有技术。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。