一种快速启动电路及电源系统的制作方法

文档序号:25544114发布日期:2021-06-18 20:45
一种快速启动电路及电源系统的制作方法

本发明涉及集成电路领域,特别是涉及一种快速启动电路及电源系统。



背景技术:

在现有的电源系统中,为了达到快速启动的目的,通常会在整流电路后增加一个快速启动电路给控制电路。而快速启动电路都带有一个开关管,由于该开关管直接接在整流电路后,所以要求其耐压高于整流后的最高电压。

通常情况下,电源系统的输入交流电压不会超过400vac,整流后的电压乘以1.414倍不会超过600vdc,所以耐压600v的开关管已经够用,也是市面上比较常见的,因而成本低廉。但是在一些高输入电压的应用场合,其输入电压可能超过500vac,而整流后的电压将超过700vdc,所以该开关管的耐压要求大于700v。由于市面上超过700v的开关管价格高、体积大,从而使得总体成本较高。



技术实现要素:

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种快速启动电路及电源系统,用于解决现有快速启动电路中因使用高耐压开关管而导致总体成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种快速启动电路,所述快速启动电路包括:分压模块及连接于所述分压模块的快速启动电压产生模块,其中,

所述分压模块包括至少一个分压单元,且各所述分压单元中的分压开关管与所述快速启动电压产生模块中的启动开关管串联,用于对输入电压进行分压处理;

所述快速启动电压产生模块用于根据输入至所述启动开关管的分压产生一快速启动电压并钳位输出。

可选地,所述快速启动电压产生模块包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一三极管、充电电容及第一稳压管,所述第一电阻的一端及所述第二电阻的一端均接入所述输入电压,所述第一电阻的另一端连接于所述第一三极管的基极及所述第一稳压管的阴极,所述第一稳压管的阳极接地,所述第一三极管的集电极和所述第二电阻的另一端之间串联接入各所述分压单元的分压开关管,所述第一三极管的发射极连接于所述第三电阻的一端,所述第三电阻的另一端连接于所述充电电容的一端,同时作为所述快速启动电压产生模块的输出端,所述充电电容的另一端接地;其中所述第一三极管作为所述快速启动电压产生模块的启动开关管。

可选地,所述分压单元包括:第四电阻、第二三极管、第二稳压管及保护二极管,所述第四电阻的一端接入所述输入电压,所述第四电阻的另一端连接于所述第二三极管的基极及所述第二稳压管的阴极,所述第二稳压管的阳极接地,所述第二三极管的集电极连接于所述第二电阻的另一端,所述第二三极管的发射极连接于所述第一三极管的集电极,所述保护二极管的阴极连接于所述第二三极管的基极,所述保护二极管的阳极连接于所述第二三极管的发射极;在所述分压模块包括至少两个分压单元时,各所述第二三极管依次串联,其中第一个所述第二三极管的集电极连接于所述第二电阻的另一端,最后一个所述第二三极管的发射极连接于所述第一三极管的集电极;其中所述第二三极管作为所述分压单元的分压开关管。

可选地,所述快速启动电压产生模块包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一mos管、充电电容、第一稳压管及第一保护稳压管,所述第一电阻的一端及所述第二电阻的一端均接入所述输入电压,所述第一电阻的另一端连接于所述第一mos管的栅极及所述第一稳压管的阴极,所述第一稳压管的阳极接地,所述第一mos管的漏极和所述第二电阻的另一端之间串联接入各所述分压单元的分压开关管,所述第一mos管的源极连接于所述第三电阻的一端,所述第三电阻的另一端连接于所述充电电容的一端,同时作为所述快速启动电压产生模块的输出端,所述充电电容的另一端接地,所述第一保护稳压管的阴极连接于所述第一mos管的栅极,所述第一保护稳压管的阳极连接于所述第一mos管的源极;其中所述第一mos管作为所述快速启动电压产生模块的启动开关管。

可选地,所述分压单元包括:第四电阻、第二mos管、第二稳压管及第二保护稳压管,所述第四电阻的一端接入所述输入电压,所述第四电阻的另一端连接于所述第二mos管的栅极及所述第二稳压管的阴极,所述第二稳压管的阳极接地,所述第二mos管的漏极连接于所述第二电阻的另一端,所述第二mos管的源极连接于所述第一mos管的漏极,所述第二保护稳压管的阴极连接于所述第二mos管的栅极,所述第二保护稳压管的阳极连接于所述第二mos管的源极;在所述分压模块包括至少两个分压单元时,各所述第二mos管依次串联,其中第一个所述第二mos管的漏极连接于所述第二电阻的另一端,最后一个所述第二mos管的源极连接于所述第一mos管的漏极;其中所述第二mos管作为所述分压单元的分压开关管。

可选地,所述快速启动电路还包括:限流模块,连接于所述快速启动电压产生模块,用于对流经所述快速启动电压产生模块的电流大小进行限制,并在流经所述快速启动电压产生模块的电流大于预设电流时,关断所述快速启动电压产生模块中的启动开关管。

可选地,所述限流模块包括:第五电阻及第三三极管,所述第五电阻的一端连接于所述第三电阻的一端,所述第五电阻的另一端连接于所述第三三极管的基极,所述第三三极管的集电极连接于所述第一三极管的基极或所述第一mos管的栅极,所述第三三极管的发射极连接于所述第三电阻的另一端。

可选地,所述限流模块包括:第五电阻及第三mos管,所述第五电阻的一端连接于所述第三电阻的一端,所述第五电阻的另一端连接于所述第三mos管的栅极,所述第三mos管的漏极连接于所述第一三极管的基极或所述第一mos管的栅极,所述第三mos管的源极连接于所述第三电阻的另一端。

可选地,所述限流模块还包括:第三保护稳压管,所述第三保护稳压管的阴极连接于所述第三mos管的栅极,所述第三保护稳压管的阳极连接于所述第三mos管的源极。

可选地,所述快速启动电路还包括:关断模块,连接于所述快速启动电压产生模块,用于对所述快速启动电压产生模块输出的所述快速启动电压进行采样,并对采样电压和参考电压进行比较,在所述采样电压大于所述参考电压时,关断所述快速启动电压产生模块中的启动开关管。

可选地,所述关断模块包括:第六电阻、第七电阻、比较器及第四mos管,所述第六电阻的一端连接于所述快速启动电压产生模块的输出端,所述第六电阻的另一端连接于所述第七电阻的一端,同时连接于所述比较器的正相输入端,所述第七电阻的另一端接地,所述比较器的反相输入端接入参考电压,所述比较器的输出端连接于所述第四mos管的栅极,所述第四mos管的漏极连接于所述快速启动电压产生模块的启动开关管,所述第四mos管的源极接地。

本发明还提供了一种电源系统,所述电源系统包括:

整流滤波电路,用于对交流电进行整流滤波处理以产生所述输入电压;

如权利要求1至11任一项所述的快速启动电路,连接于所述整流滤波电路的输出端,用于对所述输入电压进行分压处理并根据输入至所述启动开关管的分压产生一快速启动电压并钳位输出;

控制电路,连接于所述快速启动电路,用于根据所述快速启动电压控制所述电源系统进行快速启动,并向所述快速启动电路反馈一参考电压;

输出电压转换电路,连接于所述整流滤波电路和所述控制电路,用于在所述电源系统启动后产生一输出电压。

可选地,所述快速启动电路连接于所述整流滤波电路的前端,此时所述电源系统还包括:半波整流电路,连接于所述快速启动电路的前端,用于对交流电进行半波整流处理以产生所述输入电压。

可选地,所述半波整流电路包括:第一整流二极管及第二整流二极管,所述第一整流二极管的阳极连接于交电流的正输入端,所述第二整流二极管的阳极连接于交电流的负输入端,所述第一整流二极管的阴极连接于所述第二整流二极管的阴极,同时作为所述半桥整流电路的输出端。

如上所述,本发明的一种快速启动电路及电源系统,通过在所述快速启动电压产生模块的启动开关管处串联至少一个分压开关管,利用串联的多个开关管进行分压来降低电源系统对各开关管的耐压要求,实现在高输入电压的应用场合中也可使用具有相对较低耐压值的开关管,进而降低了系统成本,方便系统选型。而且本发明所述快速启动电路自带限流功能,以使电源系统的启动时间不随输入电压的变化而变化,从而实现电源系统的快速启动;同时本发明所述快速启动电路自带关断功能,以在电源系统正常工作后自动切断快速启动电路,从而降低系统功耗。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中带有快速启动电路的电源系统的一种电路图。

图2显示为本发明实施例一中带有快速启动电路的电源系统的另一种电路图。

图3显示为本发明实施例二中带有快速启动电路的电源系统的一种电路图。

图4显示为本发明实施例二中带有快速启动电路的电源系统的另一种电路图。

元件标号说明

10快速启动电路

11分压模块

111分压单元

12快速启动电压产生模块

13限流模块

14关断模块

20整流滤波电路

30控制电路

40输出电压转换电路

50半桥整流电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示,本实施例提供一种快速启动电路,所述快速启动电路10包括:分压模块11及连接于所述分压模块11的快速启动电压产生模块12,其中,

所述分压模块11包括至少一个分压单元111,且各所述分压单元111中的分压开关管与所述快速启动电压产生模块12中的启动开关管串联,用于对输入电压vin进行分压处理;

所述快速启动电压产生模块12用于根据输入至所述启动开关管的分压产生一快速启动电压并钳位输出。

作为示例,如图1所示,所述快速启动电压产生模块12包括:第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一三极管q1、充电电容c1及第一稳压管zd1,所述第一电阻r1的一端及所述第二电阻r2的一端均接入所述输入电压vin,所述第一电阻r1的另一端连接于所述第一三极管q1的基极及所述第一稳压管zd1的阴极,所述第一稳压管zd1的阳极接地,所述第一三极管q1的集电极和所述第二电阻r2的另一端之间串联接入各所述分压单元111的分压开关管,所述第一三极管q1的发射极连接于所述第三电阻r3的一端,所述第三电阻r3的另一端连接于所述充电电容c1的一端,同时作为所述快速启动电压产生模块12的输出端,所述充电电容c1的另一端接地;其中所述第一三极管q1作为所述快速启动电压产生模块12的启动开关管。

作为示例,如图1所示,所述分压单元111包括:第四电阻r4'、第二三极管q2'、第二稳压管zd2'及保护二极管d1',所述第四电阻r4'的一端接入所述输入电压vin,所述第四电阻r4'的另一端连接于所述第二三极管q2'的基极及所述第二稳压管zd2'的阴极,所述第二稳压管zd2'的阳极接地,所述第二三极管q2'的集电极连接于所述第二电阻r2的另一端,所述第二三极管q2'的发射极连接于所述第一三极管q1的集电极,所述保护二极管d1'的阴极连接于所述第二三极管q2'的基极,所述保护二极管d1'的阳极连接于所述第二三极管q2'的发射极;在所述分压模块11包括至少两个分压单元111时,各所述第二三极管依次串联,其中第一个所述第二三极管的集电极连接于所述第二电阻r2的另一端,最后一个所述第二三极管的发射极连接于所述第一三极管q1的集电极;其中所述第二三极管q2'作为所述分压单元的分压开关管。需要注意的是,本示例以所述分压模块11包括两个分压单元111为例进行说明,其中第四电阻r4'、第二三极管q2'、第二稳压管zd2'及保护二极管d1'构成一个分压单元,第四电阻r4”、第二三极管q2”、第二稳压管zd2”及保护二极管d1”构成另一个分压单元,此时第二三极管q2'和q2”串联同时与第一三极管q1串联,其中第一个所述第二三极管q2'的集电极连接于所述第二电阻r2的另一端,最后一个所述第二三极管q2”的发射极连接于所述第一三极管q1的集电极;当然,在其它示例中,所述分压模块11还可以包括更多数量的分压单元111,本示例对此并不进行限定。

如图1所示,所述分压模块11通过将至少一个分压单元111中的分压开关管与所述快速启动电压产生模块12中的启动开关管串联进行分压,以此降低输入至各开关管(包括分压开关管和启动开关管)的电压,从而降低了系统对各开关管的耐压值要求,实现在高输入电压的应用场合也可使用相对耐压值较低的开关管。参阅图1,结合所述分压模块11和所述快速启动电压产生模块12,所述第一电阻r1为所述第一三极管q1提供基极电流,所述第四电阻r4'为所述第二三极管q2'提供基极电流,所述第四电阻r4”为所述第二三极管q2”提供基极电流,当输入上电后,系统整流滤波电路中滤波电容c2一端的电压上升,即输入电压vin上升,此时所述第一三极管q1导通,随后所述第二三极管q2”和q2'依次导通,实现通过所述第二电阻r2和所述第三电阻r3为所述充电电容c1充电,从而在所述充电电容c1的一端产生电压,此时通过所述第一稳压管zd1对该电压进行钳位,以产生所述快速启动电压输出。需要注意的是,本示例所述快速启动电路10中,所述第一稳压管zd1对所述快速启动电压产生模块12产生的快速启动电压进行钳位(即充电电容c1一端的电压),所述第二稳压管zd2'对所述分压单元11中的第二三极管q2'的最高电压进行钳位,所述第二稳压管zd2”对所述分压单元11中的第二三极管q2”的最高电压进行钳位;假设整流滤波后最高输入电压为vin(即滤波电容c2上的电压),第一稳压管zd1的耐压为vz1,第二稳压管zd2'的耐压为vz2',第二稳压管zd2”的耐压为vz2”,则在整个工作过程中,忽略三极管及二极管的导通阈值电压,此时第二三极管q2'上的电压被钳位在vin-vz2',第二三极管q2”上的电压被钳位在vz2'-vz2”,第一三极管q1上的电压被钳位在vz2”-vz1,第三三极管q3上的电压被钳位在vz1-vc1。

作为示例,如图1所示,所述快速启动电路10还包括:限流模块13,连接于所述快速启动电压产生模块12,用于对流经所述快速启动电压产生模块12的电流大小进行限制,并在流经所述快速启动电压产生模块12的电流大于预设电流时,关断所述快速启动电压产生模块12中的启动开关管。

在一示例中,如图1所示,所述限流模块13包括:第五电阻r5及第三三极管q3,所述第五电阻r5的一端连接于所述第三电阻r3的一端,所述第五电阻r5的另一端连接于所述第三三极管q3的基极,所述第三三极管q3的集电极连接于所述第一三极管q1的基极或所述第一mos管m1的栅极,所述第三三极管q3的发射极连接于所述第三电阻r3的另一端。

在另一示例中,如图2所示,所述限流模块13包括:第五电阻r5及第三mos管m3,所述第五电阻r5的一端连接于所述第三电阻r3的一端,所述第五电阻r5的另一端连接于所述第三mos管m3的栅极,所述第三mos管m3的漏极连接于所述第一三极管q1的基极或所述第一mos管m1的栅极,所述第三mos管m3的源极连接于所述第三电阻r3的另一端。具体的,所述限流模块13还包括:第三保护稳压管zd3,所述第三保护稳压管zd3的阴极连接于所述第三mos管m3的栅极,所述第三保护稳压管zd3的阳极连接于所述第三mos管m3的源极。

如图1所示,在所述快速启动电压产生模块12中的第一三极管q1导通后,所述分压模块11中的第二三极管q2”和q2'依次导通,从而通过所述第二电阻r2和所述第三电阻r3为所述充电电容c1充电,此时所述第二电阻r2、所述第二三极管q2'和q2”、所述第一三极管q1、所述第三电阻r3及所述充电电容c3所在支路产生充电电流,而所述限流模块13则对该充电电流进行限流,并在该充电电流大于预设电流时,基于所述第三电阻r3上升高的电压以使所述第三三极管q3或所述第三mos管m3导通,所述第一三极管q1关断、所述第二二极管q2'和q2”关断,从而对该充电电流进行限流,进而使电源系统的启动时间不随输入电压的变化而变化,实现电源系统的快速启动。需要注意的是,所述预设电流大小由所述第五电阻r5的阻值及所述第三三极管q3或所述第三mos管m3的相关参数决定,故可根据实际需求对所述第五电阻r5的阻值及所述第三三极管q3或所述第三mos管m3的相关参数进行设定,以对所述预设电流大小进行设定。

作为示例,如图1所示,所述快速启动电路10还包括:关断模块14,连接于所述快速启动电压产生模块12,用于对所述快速启动电压产生模块12输出的所述快速启动电压进行采样,并对采样电压和参考电压进行比较,在所述采样电压大于所述参考电压时,关断所述快速启动电压产生模块12中的启动开关管。

具体的,如图1所示,所述关断模块14包括:第六电阻r6、第七电阻r7、比较器cmp及第四mos管m4,所述第六电阻r6的一端连接于所述快速启动电压产生模块12的输出端,所述第六电阻r6的另一端连接于所述第七电阻r7的一端,同时连接于所述比较器cmp的正相输入端,所述第七电阻r7的另一端接地,所述比较器cmp的反相输入端接入参考电压vref,所述比较器cmp的输出端连接于所述第四mos管m4的栅极,所述第四mos管m4的漏极连接于所述快速启动电压产生模块12的启动开关管,所述第四mos管m4的源极接地。

如图1所示,所述关断模块14中,所述第六电阻r6和所述第七电阻r7组成的电阻分压网络对所述快速启动电压产生模块12输出的快速启动电压进行分压采样,并通过比较器cmp对采样电压和参考电压vref进行比较,在采样电压大于参考电压vref时,所述比较器cmp输出高电平,此时所述第四mos管m4导通,从而将所述第一三极管q1的基极电压拉低,即所述第一三极管q1关断。需要注意的是,本示例所述参考电压vref由电源系统中的控制电路提供,且所述参考电压vref的大小与电源系统启动后正常工作时的电压或电流相关,从而实现在电源系统正常工作后,通过所述关断模块14关断本示例所述快速启动电路10,从而降低系统功耗。

如图1所示,本实施例还提供了一种电源系统,所述电源系统包括:

整流滤波电路20,用于对交流电进行整流滤波处理以产生所述输入电压vin;

如上所述的快速启动电路10,连接于所述整流滤波电路20的输出端,用于对所述输入电压vin进行分压处理并根据输入至所述启动开关管的分压产生一快速启动电压并钳位输出;

控制电路30,连接于所述快速启动电路10,用于根据所述快速启动电压控制所述电源系统进行快速启动,并向所述快速启动电路反馈一参考电压;

输出电压转换电路40,连接于所述整流滤波电路20和所述控制电路30,用于在所述电源系统启动后产生一输出电压。

作为示例,如图2所示,所述快速启动电路10还可连接于所述整流滤波电路20的前端,以进一步缩短电源系统的启动时间;此时所述电源系统还包括:半波整流电路50,连接于所述快速启动电路10的前端,用于对交流电进行半波整流处理以产生所述输入电压vin。

具体的,如图2所示,所述半波整流电路50包括:第一整流二极管rd1及第二整流二极管rd2,所述第一整流二极管rd1的阳极连接于交电流的正输入端,所述第二整流二极管rd2的阳极连接于交电流的负输入端,所述第一整流二极管rd1的阴极连接于所述第二整流二极管rd2的阴极,同时作为所述半桥整流电路50的输出端。

作为示例,所述快速启动电压产生模块12可集成于所述控制电路30中,但其中的所述第二电阻因与分压模块连接而无法一起集成于所述控制电路30中;而在所述快速启动电路10还包括所述限流模块13及/或所述关断模块14时,所述限流模块13及/或所述关断模块14也可一起集成于所述控制电路30中。需要注意的是,上述模块是否集成于所述控制电路30中可根据实际设计需求进行选择,本示例并不对此进行限定。

实施例二

如图3和图4所示,相较于实施例一,本实施例所述快速启动电路10的区别在于所述分压模块11及所述快速启动电压产生模块12的具体结构差异。

具体的,如图3和图4所示,所述快速启动电压产生模块12包括:第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一mos管m1、充电电容c1、第一稳压管zd1及第一保护稳压管db1,所述第一电阻r1的一端及所述第二电阻r2的一端均接入所述输入电压vin,所述第一电阻r1的另一端连接于所述第一mos管m1的栅极及所述第一稳压管zd1的阴极,所述第一稳压管zd1的阳极接地,所述第一mos管m1的漏极和所述第二电阻r2的另一端之间串联接入各所述分压单元111的分压开关管,所述第一mos管m1的源极连接于所述第三电阻r3的一端,所述第三电阻r3的另一端连接于所述充电电容c1的一端,同时作为所述快速启动电压产生模块12的输出端,所述充电电容c1的另一端接地,所述第一保护稳压管db1的阴极连接于所述第一mos管m1的栅极,所述第一保护稳压管db1的阳极连接于所述第一mos管m1的源极;其中所述第一mos管m1作为所述快速启动电压产生模块12的启动开关管。需要注意的是,在使用所述第一mos管m1取代所述第一三极管q1时,需要在所述第一mos管m1的栅源之间设置所述第一保护稳压管db1以对所述第一mos管m1做瞬时的过压保护。

具体的,如图3和图4所示,所述分压单元111包括:第四电阻r4'、第二mos管m2'、第二稳压管zd2'及第二保护稳压管db2',所述第四电阻r4'的一端接入所述输入电压vin,所述第四电阻r4'的另一端连接于所述第二mos管m2'的栅极及所述第二稳压管zd2'的阴极,所述第二稳压管zd2'的阳极接地,所述第二mos管m2'的漏极连接于所述第二电阻r2的另一端,所述第二mos管m2'的源极连接于所述第一mos管m1的漏极,所述第二保护稳压管db2'的阴极连接于所述第二mos管m2'的栅极,所述第二保护稳压管db2'的阳极连接于所述第二mos管m2'的源极;在所述分压模块11包括至少两个分压单元111时,各所述第二mos管m2'依次串联,其中第一个所述第二mos管m2'的漏极连接于所述第二电阻r2的另一端,最后一个所述第二mos管m2'的源极连接于所述第一mos管m1的漏极;其中所述第二mos管m2'作为所述分压单元的分压开关管。需要注意的是,在使用所述第二mos管m2'(m2”)取代所述第二三极管q2'(q2”)时,需要在所述第二mos管m2'(m2”)的栅源之间设置所述第二保护稳压管db2'(db2”)以对所述第二mos管m2'(m2”)做瞬时的过压保护,但也正因为所述第二保护稳压管db2'(db2”)的设置,故可以省略保护二极管d1'(d1”)。

综上所述,本发明的一种快速启动电路及电源系统,通过在所述快速启动电压产生模块的启动开关管处串联至少一个分压开关管,利用串联的多个开关管进行分压来降低电源系统对各开关管的耐压要求,实现在高输入电压的应用场合中也可使用具有相对较低耐压值的开关管,进而降低了系统成本,方便系统选型。而且本发明所述快速启动电路自带限流功能,以使电源系统的启动时间不随输入电压的变化而变化,从而实现电源系统的快速启动;同时本发明所述快速启动电路自带关断功能,以在电源系统正常工作后自动切断快速启动电路,从而降低系统功耗。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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