缓启动电路和开关电源的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种缓启动电路和开关电源。


背景技术：

2.目前，开关电源通常采用开关器件来限制上电时过大的上电冲击电流，以实现缓启动，但是用于限流的开关器件容易被过大的上电电流击穿，从而失效无法起到限流作用。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种缓启动电路，旨在解决开关电源上电时，回路中电流过大造成后端电路损坏的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的缓启动电路，应用于开关电源，所述开关电源包括母线电容，所述母线电容的两端分别与正电压母线和负电压母线连接，所述缓启动电路包括：
5.开关电路，设于所述正电压母线或者所述负电压母线上；
6.限流电路，与所述开关电路并联连接；
7.电流检测电路，用于检测所述正电压母线或者所述负电压母线的电流，并输出母线电流检测信号；以及，
8.放电控制电路，所述放电控制电路的受控端与所述电流检测电路的输出端连接，所述放电控制电路的输入端与所述开关电路的受控端连接，所述放电控制电路的输出端与所述正电压母线或者所述负电压母线连接，所述放电控制电路用于接收所述母线电流检测信号，并输出开关关断信号至所述开关电路；
9.所述开关电路，用于在接收到所述开关关断信号时关断。
10.可选地，所述负电压母线的输入端与开关电源中整流电路的负极输出端连接，所述负电压母线的输出端与所述母线电容连接；
11.所述开关电路包括：第一开关器件，所述第一开关器件的受控端为所述开关电路的受控端，所述第一开关器件的输入端和输出端分别与所述负电压母线的输入端和输出端连接。
12.可选地，所述限流电路包括第一电阻，所述第一电阻的两端分别与所述第一开关器件的输入端和输出端连接。
13.可选地，所述电流检测电路包括第二电阻，所述第二电阻的第一端和第二端分别与所述负电压母线的输入端和所述第一开关器件的输入端连接，所述第二电阻的第二端为所述电流检测电路的输出端。
14.可选地，所述电流检测电路为电流传感器，所述电流传感器的第一端与所述负电压母线的输入端连接、所述电流传感器的第二端与所述第一开关器件的输入端连接，所述电流传感器的第三端为所述电流检测电路的输出端。
15.可选地，所述放电控制电路包括：第三电阻、第四电阻、第一稳压二极管、第二开关
器件，所述第一稳压二极管的阴极为所述放电控制电路的受控端，所述第一稳压二极管的阳极经所述第四电阻与所述第二开关器件的受控端连接，所述第二开关器件的输出端为所述放电控制电路的输出端，所述第二开关器件的输入端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端为所述放电控制电路的输入端。
16.可选地，所述缓启动电路还包括：
17.延时电路，所述延时电路的输入端与所述正电压母线连接；
18.开关控制电路，所述开关控制电路的输入端分别与所述延时电路的输出端、所述放电控制电路的输入端、所述开关电路的受控端连接，所述开关控制电路的输出端与所述负电压母线连接。
19.可选地，所述延时电路包括第五电阻、第二稳压二极管和第一二极管，所述第五电阻的第一端为所述延时电路的输入端，所述第五电阻的第二端与所述第二稳压二极管的阴极连接，所述第二稳压二极管的阳极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极为所述延时电路的输出端。
20.可选地，所述开关控制电路包括第一电容和第三稳压二极管，所述第三稳压二极管的阴极为所述开关控制电路的输入端，所述第三稳压二极管的阳极为所述开关控制电路的输出端，所述第一电容与所述第三稳压二极管并联连接。
21.本实用新型提出一种开关电源，所述开关电源包括：
22.母线电容，所述母线电容的两端分别与正电压母线和负电压母线连接；以及，
23.如上述的缓启动电路，所述缓启动电路经所述正电压母线和所述负电压母线与所述母线电容连接。
24.本实用新型技术方案通过采用开关电路、限流电路、电流检测电路和放电控制电路，并通过使放电控制电路接收电流检测电路输出的母线电流检测信号，并输出开关关断信号至开关电路来使开关电路在接收到开关关断信号时关断，从而实现使限流电路接入正电压母线或者负电压母线并为母线电容充电。本实用新型技术方案通过在开关电源上电，且回路中电流过大时，及时关断开关电路，并通过限流电路进行限流，以避免过大的上电电流在缓启动阶段对后端电路造成损坏，从而实现对后端电路的上电过流保护。此外，本实用新型技术方案还可在开关电源稳态工作，且回路中电流过大时，及时对后端电路进行稳态过流保护，因而可有效提高开关电源的工作可靠性与稳定性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本实用新型缓启动电路一实施例的模块示意图；
27.图2本实用新型缓启动电路另一实施例的模块示意图；
28.图3为本实用新型缓启动电路又一实施例的结构示意图；
29.图4为现有启动电路一实施例的结构示意图；
30.图5为现有启动电路另一实施例的结构示意图；
31.图6为现有开关电源又一实施例的结构示意图。
32.附图标号说明：
[0033][0034]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0036]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0037]
本实用新型提出一种缓启动电路。
[0038]
参照图4和图5，图4和图5为两种解决开关电源上电时，回路过流的现有技术方案。在图4所示技术方案中，控制单元控制第三开关器件q3工作于线性区，以通过较大的导通电阻来抑制上电冲击电流，从而完成开关电源的缓启动，但这种缓启动方式的瞬间冲击能量完全消耗在第三开关器件q3上，当母线电容c2的容值较大或者输入电压很高时，产生的瞬间冲击能量则很容易造成第三开关器件q3的雪崩击穿，从而使得过流保护无法实现。在图5所示技术方案中，第十电阻r10的电压可视为输入电压，输入电压经第七电阻r7、第八电阻r8分压后驱动第四开关器件q4导通，但随着母线电容c2缓慢充电，母线电容c2的电压逐渐增大，第十电阻r10的电压逐渐降低，此时第四开关器件q4由于分压后的电压小于自身驱动
电压的门槛值而关断；在第四开关器件q4导通时，第四开关器件q4经第九电阻r9将第五开关器件q5的驱动电压拉低至低电平，以避免在上电瞬间第五开关器件q5导通以使第十电阻r10被短路；在第四开关器件q4关断后，电源端口通过第十一电阻r11对第三电容c3充电，第三电容c3建立的端电压可视为线性上升并驱动第五开关器件q5缓慢导通，从而完成开关电源的缓启动。但图5所示技术方案在开关电源稳态工作过程中出现输入电压升高或者出现高电压穿越工况时，由于第五开关器件q5长期处于导通状态，瞬间冲击电流很大，起不到限流作用，会导致第五开关器件q5失效。
[0039]
针对上述问题，参照图1至图3，在一实施例中，所述缓启动电路包括：
[0040]
开关电路10，设于所述正电压母线p或者所述负电压母线n上；
[0041]
限流电路20，与所述开关电路10并联连接；
[0042]
电流检测电路30，用于检测所述正电压母线p或者所述负电压母线n的电流，并输出母线电流检测信号；以及，
[0043]
放电控制电路40，所述放电控制电路的受控端与所述电流检测电路30的输出端连接，所述放电控制电路40的输入端与所述开关电路10的受控端连接，所述放电控制电路40的输出端与所述正电压母线p或者所述负电压母线n连接，所述放电控制电路40用于接收所述母线电流检测信号，并输出开关关断信号至所述开关电路10的受控端；
[0044]
所述开关电路10，用于在接收到所述开关关断信号时关断。
[0045]
本实施例中，开关电路10可采用开关器件来构建实现。开关电路10可根据受控端的电位控制自身的导通/关断状态，以控制正电压母线p或者负电压母线n的上电流的流通。具体为，当开关电路10为导通时，正电压母线p或者负电压母线n可将接入的电流正常传输至后端功率变换电路80；当开关电路10为关断时，正电压母线p或者负电压母线n可将接入的电流停止传输至后端功率变换电路80。
[0046]
限流电路20可采用电阻器件来构建实现。限流电路20的整体阻抗可设置为远大于开关电路10的导通阻抗，以在开关电路10关断时，利用自身的大阻抗进行限流；而在开关电路10导通时，使得自身被开关电路10旁路，即短路，以不影响正电压母线p或者负电压母线n正常工作。
[0047]
电流检测电路30可采用电阻器件来构建实现，以利用电阻分流的原理实时检测正电压母线p或者负电压母线n传输的电流大小，并输出电压形式或者电流形式的母线电流检测信号。
[0048]
放电控制电路40可采用开关器件以及电阻器件、电容器件等分立的电子器件来构建实现。放电控制电路40可根据接收到的母线电流检测信号与预设参数，控制其中开关器件的导通或关断状态，以控制开关电路10的受控端电位，从而实现对开关电路10的导通/关断状态控制；其中，预设参数可根据正电压母线p或者负电压母线n的过流阈值来进行设置。具体为：当正电压母线p或者负电压母线n传输的电流值正常时，即母线电流检测信号对应的电流值小于预设参数对应的电流值时，此时放电控制电路40可将开关电路10的受控端电位拉高或者拉低，以使开关电路10导通；当正电压母线p或者负电压母线n传输的电流值过流时，即母线电流检测信号对应的电流值大于预设参数对应的电流值时，此时放电控制电路40可将开关电路10的受控端电位拉低或者拉高，以使开关电路10关断。换而言之，开关关断信号即为拉低或者拉高后的电压信号。
[0049]
如此，本实用新型技术方案可在开关电源上电，且回路中电流过大时，及时将开关电路10关断，以避免过大的上电电流对后端功率变换电路80造成损坏，从而实现对功率变换电路80的上电过流保护。此外，本实用新型还可在开关电源稳态工作，且回路中电流过大时，及时关断开关电路10，以使限流电路20接入正电压母线p或负电压母线n，从而实现通过限流电路20进行限流，进而实现对功率变换电路80的稳态过流保护。换而言之，本实用新型缓启动电路可在开关电源的工作全过程，对后端功率变换电路80进行过流保护，可有效提高开关电源的工作可靠性与稳定性。需要说明的是，本实用新型技术方案相较于图4所述技术方案而言，当母线电容c2的容值较大或者输入电压很高时，电流经限流电路20形成回路，因而开关电路10中的各开关器件不会存在被雪崩击穿的风险；相较于图5所述技术方案而言，当开关电源稳态工作过程中出现输入电压升高或者出现高电压穿越等工况时，由于在开关电路10关断的同时，还接入了限流电路20，瞬间冲击电流会经限流电路20传输，不会导致开关电路10失效。现有技术还存在一种在回路中串联限流电阻的方案，具体可参照图6所示，图6中第十二电阻r12即为限流电阻，但图6所示技术方案在开关电源起机后，第十二电阻r12会持续消耗能量，以使得开关电源的效率降低，且同时还会增加热设计难度，而本技术技术方案在开关电源起机后，由于开关器件的阻抗较低，开关电路10的损耗少，因此有利于提高开关电源的效率并降低热设计难度。
[0050]
参照图1至图3，在一实施例中，所述负电压母线n的输入端与开关电源中整流电路70的负极输出端连接，所述负电压母线n的输出端与所述母线电容c2连接；
[0051]
所述开关电路10包括：第一开关器件q1，所述第一开关器件q1的受控端为所述开关电路10的受控端，所述第一开关器件q1的输入端和输出端分别与所述负电压母线n的输入端和输出端连接。
[0052]
可选地，所述限流电路20包括第一电阻r1，所述第一电阻r1的两端分别与所述第一开关器件q1的输入端和输出端连接。
[0053]
本实施例中，第一开关器件q1可为三极管、mos管、可控硅、光耦或者继电器中的一种或多种组合；在图2和图3所示实施例中，第一开关器件q1为n型mos管。第一开关器件q1设于负电压母线n上，第一开关器件q1用于在导通时，使得负电压母线n的输入端与其输出端连通，从而以使功率变换电路80可形成回路正常工作；在关断时，使得负电压母线n的输入端与其输出端的连通断开，从而以使功率变换电路80无法形成回路，进而停止工作。
[0054]
第一电阻r1的两端中的任意一端可与第一开关器件q1的输入端连接，另一端可与第一开关器件q1的输出端连接。第一电阻r1的阻值可配置为远大于第一开关器件q1的导通阻抗，因而在开关电源正常工作时，负电压母线n上的电流经第一开关器件q1流通传输；在第一开关器件q1关断时，负电压母线n上的电流才经第一电阻r1流通传输，此时第一电阻r1利用自身的大阻抗，实现对功率变换电路80的过流保护。此外，通过配置第一电阻r1的电阻值大小可调节母线电容c2的充电速度。本实用新型技术方案通过利用开关器件的低阻抗和电阻器件的高阻抗，来分别实现开关电路10和限流电路20，电路结构简单，且成本较低，易于实现。
[0055]
参照图1至图3，在一实施例中，所述电流检测电路30包括第二电阻r2，所述第二电阻r2的第一端和第二端分别与所述负电压母线n的输入端和第一开关器件q1的输入端连接，所述第二电阻r2的第二端为所述电流检测电路30的输出端。
[0056]
本实施例中，第二电阻r2设于负电压母线n上。第二电阻r2可利用负电压母线n传输的电流在第一端和第二端形成电压，并由第二端输出电压形式的母线电流检测信号。第二电阻r2的电阻值可配置为较小，以在开关电源正常工作时，第二电阻r2第二端的电压值小于预设过流阈值，以使得放电控制电路40不工作，开关电路10处于导通状态；在回路中电流过大时，第二电阻r2第二端的电压值大于预设过流阈值，以触发放电控制电路40控制开关电路10关断。如此设置，可有效简化电流检测电路30的电路结构，且使得第二电阻r2可利用pcb板上较小的孤岛处进行设置，有利于优化pcb上各电控器件的布局。
[0057]
参照图1至图3，在一实施例中，所述电流检测电路30为电流传感器，所述电流传感器的第一端与所述负电压母线n的输入端连接、所述电流传感器的第二端与所述第一开关器件q1的输入端连接，所述电流传感器的第三端为所述电流检测电路30的输出端。
[0058]
本实施例中，电流传感器设于负电压母线n上。电流传感器可包括：第六电阻r6、第二二极管d2和变压器ct1；其中，变压器ct1可为隔离式变压器ct1。变压器ct1原边的第一端和第二端可分别为电流传感器的第一端和第二端，变压器ct1原边的第一端和与其副边的第一端为同名端，变压器ct1副边的第一端可接地，变压器ct1副边的第二端可经第二二极管d2、第六电阻r6接地，且第六电阻r6和第二二极管d2的公共端为电流传感器的第三端。可以理解的是，变压器ct1原边流经的电流即为负电压母线n传输的电流，因而其副边可根据匝数比感应出相应的感应电流，感应电流可在第六电阻r6的作用下转换为电压信号后，作为母线电流检测信号由第三端输出。当然，在其他实施例中，电流传感器还可采用专用的电流检测芯片或者霍尔传感器件来实现，在此不做赘述。如此设置，取消了第二电阻r2，有利于降低开关电源稳态运行时的功耗。
[0059]
参照图1至图3，在一实施例中，所述放电控制电路40包括：第三电阻r3、第四电阻r4、第一稳压二极管zd1、第二开关器件q2，所述第一稳压二极管zd1的阴极为所述放电控制电路40的受控端，所述第一稳压二极管zd1的阳极经所述第四电阻r4与所述第二开关器件q2的受控端连接，所述第二开关器件q2的输出端为所述放电控制电路40的输出端，所述第二开关器件q2的输入端与所述第三电阻r3的第一端连接，所述第三电阻r3的第二端为所述放电控制电路40的输入端。
[0060]
本实施例中，第二开关器件q2可为三极管、mos管、可控硅、光耦或者继电器中的一种或多种组合，第二开关器件q2的导通电压即为预设过流阈值。在图2和图3所示实施例中，第二开关器件q2为n型mos管，当回路中电流正常时，第二开关器件q2受控端的电位使得自身处于关断状态，以使第一开关器件q1受控端的电位可维持在高电平，从而实现控制第一开关器件q1导通；当回路中电流过流时，第二开关器件q2受控端的电位使得自身处于导通状态，以使第一开关器件q1受控端的电位被下拉至低电平，从而实现控制第一开关器件q1关断。其中，第四电阻r4为限流电阻，以避免过大的母线电流检测信号对第二开关器件q2造成损坏；第三电阻r3为下拉电阻。
[0061]
参照图1至图3，在一实施例中，所述缓启动电路还包括：
[0062]
延时电路50，所述延时电路50的输入端与所述正电压母线p连接；
[0063]
开关控制电路60，所述开关控制电路60的输入端分别与所述延时电路50的输出端、所述放电控制电路40的输入端、所述开关电路10的受控端连接，所述开关控制电路60的输出端与所述负电压母线n连接。
[0064]
可选地，所述延时电路50包括第五电阻r5、第二稳压二极管zd2和第一二极管d1，所述第五电阻r5的第一端为所述延时电路50的输入端，所述第五电阻r5的第二端与所述第二稳压二极管zd2的阴极连接，所述第二稳压二极管zd2的阳极与所述第一二极管d1的阳极连接，所述第一二极管d1的阴极为所述延时电路50的输出端。
[0065]
可选地，所述开关控制电路60包括第一电容c1和第三稳压二极管zd3，所述第三稳压二极管zd3的阴极为所述开关控制电路60的输入端，所述第三稳压二极管zd3的阳极为所述开关控制电路60的输出端，所述第一电容c1与所述第三稳压二极管zd3并联连接。
[0066]
本实施例中，延时电路50和开关控制电路60组成缓启动模块。在此以图2和图3所示实施例为例，对本技术的延时电路50和开关控制电路60的工作过程进行详细说明。
[0067]
在开关电源上电瞬间，由于电容的端电压无法突变，第一电容c1和母线电容c2的电压值依然为0v，此时第一开关器件q1关断，母线电容c2通过第一电阻r1充电。随着上电时间增加，第一电容c1通过第五电阻r5、第二稳压二极管zd2和第一二极管d1组成的延时电路50充电，当第一电容c1的电压值达到第一开关器件q1的导通电压时，使得第一开关器件q1导通，并使得第一电阻r1被短路，由于第一开关器件q1的导通阻抗很低，可以显著降低功耗。在开关电源正常工作时，第二电阻r2或者电流传感器流经的电流较小，母线电流检测信号无法驱动第二开关器件q2导通，放电控制电路40不工作。当整流电路70的输出出现过流时，由于第一电阻r1被旁路，回路中的电流会瞬间增加，此时母线电流检测信号驱动第二开关器件q2导通，以将第一开关器件q1受控端的电位拉低并使其关断，从而使得回路中的电流经第一电阻r1传输并为母线电容c2充电，进而实现对后端功率变化电路80的过流保护。需要说明的是，当母线电容c2充电完成后，回路中电流降低，第二开关器件q2恢复至关断状态，放电控制电路40恢复至不工作状态，第一开关器件q1恢复至导通状态，从而实现实时限流功能，且开关电源进入稳态运行。
[0068]
本实用新型还提出一种开关电源，该开关电源包括母线电容c2和缓启动电路，该缓启动电路的具体结构参照上述实施例，由于本开关电源采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0069]
本实施例中，开关电源还可包括整流电路70和功率变换电路80。其中，功率变换电路80可包括逆变电路等，功率变换电路80的输入端包括正极输入端和负极输入端，整流电路70的输出端包括正极输出端和负极输出端；其中，功率变换电路80的正极输入端经正电压母线p与整流电路70的正极输出端连接，功率变换电路80的负极输入端经负电压母线n与整流电路70的负极输出端连接。母线电容c2可设于功率变换电路80和整流电路70之间，用于滤除功率变换电路80输入电压中的交流分量，以使功率变换电路80可对接入的直流电压进行功率变换后，作为开关电源的输出电压输出。缓启动电路可连接于整流电路70和母线电容c2之间。
[0070]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。