一种冲击电流抑制电路及开关电源的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种冲击电流抑制电路及开关电源。


背景技术：

2.在开关电源，启机过程中，输出给储能大电容充电过程会产生较大冲击电流。前级整流电路或者pfc电路抗冲击电流能力有限，若不对冲击电流进行抑制，很容易导致前级电路损坏。常规的冲击电流抑制电路采用定制电阻或者热敏电阻串联到充电回路中，这样的电路损耗大，仅适合小功率开关电源。中大功率电源采用继电器或者可控硅并联限流电阻设计，若限流电阻放置低端，容易造成大电容的地不稳定，若放置于储能电容高端，常规需要隔离驱动，需要增设隔离绕组，、电路复杂、成本高。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术的不足，本实用新型提供一种冲击电流抑制电路及开关电源，通过驱动电路自举供电驱动，开关器可跟随后级工作而闭合，后级停止工作而断开，确保二次启机对冲击电流起到抑制作用。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下的技术方案来实现：
5.第一方面，提供一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，所述开关电源包括输入供电电路和依次连接的储能电路、后级桥式电路、后级拓扑电路；所述抑制电路包括：限流器、开关器、驱动电路；
6.所述限流器的第一端与所述开关器的第一端连接后，用于与所述输入供电电路的正输出端连接，所述限流器的第二端与所述开关器的第二端连接后，用于与所述储能电路的正端连接，用于对所述储能电路的充电电流进行限制；
7.所述开关器的第三端与所述驱动电路的第一端连接，用于在所述储能电路充电完成后将所述限流器短路；
8.所述驱动电路的第二端用于与所述储能电路的正端、所述后级桥式电路的第一端连接，所述驱动电路的第三端用于与所述后级桥式电路的第二端、所述后级拓扑电路的正输入端连接；所述驱动电路的第四端用于与低压供电源连接。
9.进一步地，所述驱动电路包括：第二电阻、第一二极管、第二二极管、第二电容和第三电容；所述第二电阻的第一端作为所述驱动电路的第一端与所述开关器的第三端连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一二极管的阴极、第二电容的第一端连接；所述第二电容的第二端作为所述驱动电路的第二端，用于与所述储能电路的正端、所述后级桥式电路的第一端连接；所述第一二极管的阳极分别与所述第三电容的第一端、所述第二二极管的阴极连接；所述第三电容的第二端作为所述驱动电路的第三端，用于与所述后级桥式电路的第二端、所述后级拓扑电路的输入端连接；所述第二二极管的阳极作为所述驱动电路的第四端用于与低压供电源连接。
10.进一步地，所述驱动电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阴极与所述第二
电阻的第二端、所述第一二极管的阴极、第二电容的第一端连接；所述第三二极管的阳极与所述第二电容的第二端连接后作为所述驱动电路的第二端，用于与所述储能电路的正端、所述后级桥式电路的第一端连接。
11.进一步地，所述限流器为第一电阻或限流电路，所述第一电路为功率电阻或热敏电阻。
12.进一步地，所述开关器为mos管、可控硅、继电器或igbt。
13.第二方面，提供一种开关电源，包括输入供电电路、储能电路、后级桥式电路、后级拓扑电路和如上所述的冲击电流抑制电路；所述输入供电电路的正输入端用于与供电系统的正极连接，负输入端用于与供电系统的负极连接正输出端分别与所述限流器的第一端、所述开关器的第一端连接，负输出端分别与所述储能电路的负端、所述后级桥式电路的第三端、所述后级拓扑电路的负输入端连接；
14.所述限流器的第二端与所述开关器的第二端、所述储能电路的正端、所述驱动电路的第二端、所述后级桥式电路的第一端共同连接；
15.所述开关器的第三端与所述后级桥式电路的第一端连接；
16.所述后级桥式电路的第二端与所述驱动电路的第三端、所述后级拓扑电路的正输入端共同连接，用于为所述驱动电路充电，使得所述驱动电路给所述开关器提供驱动电压；
17.所述后级拓扑电路的输出端用于连接应用负载，用于进行功率变换。
18.进一步地，所述后级桥式电路包括第二开关管和第三开关管；所述第二开关管的第一端作为所述后级桥式电路的第一端；所述第二开关管的第二端与所述第三开关管的第二端共同连接后，作为所述后级桥式电路的第二端；所述第三开关管的第二端作为所述后级桥式电路的第三端。
19.进一步地，所述后级拓扑电路为llc拓扑电路、桥式拓扑电路、反激拓扑电路、正激拓扑电路。
20.进一步地，所述输入供电电路为交流整流电路、直流输入供电电路、pfc供电电路，所述输入供电电路的正输出端作为输入供电电路的正输出端，负输出端作为输入供电电路的的负输出端。
21.第三方面，提供一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，包括所述开关电源包括输入供电电路和依次连接的储能电路、后级桥式电路、后级拓扑电路；其特征在于，所述抑制电路包括：限流器、开关器和驱动电路；所述限流器为第一电阻；所述开关器为第一开关管；所述驱动电路包括第二电阻、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管；所述第一电阻的第一端与所述第一开关管的第一端连接后，用于与所述输入供电电路的正输出端连接；所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的第二端、所述第二电容的第二端、所述第三二极管的阳极连接后，分别用于与所述储能电路的正端、所述后级桥式电路的第一端连接；所述第一开关管的第三端与所述第二电阻第一端连接；所述第二电阻的第二端与所述第二电容第一端、所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阴极连接；所述第一二极管的阳极与所述第三电容的第一端、所述第二二极管的阴极连接；所述第二二极管的阳极用于与低压供电源连接；所述第三电容的第二端分别用于与所述后级桥式电路的第二端、所述后级拓扑电路的输入端连接。
22.第四方面，提供一种开关电源，包括：输入供电电路、储能电路、后级桥式电路、后
级拓扑电路和抑制电路，所述抑制电路包括限流器、开关器和驱动电路；所述储能电路为第一电容；所述限流器为第一电阻；所述驱动电路包括第二电阻、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管；所述开关器为第一开关管；所述后级桥式电路包括第二开关管、第三开关管；所述输入供电电路的正输入端用于与供电系统的正极连接，负输入端用于与供电系统的负极连接，正输出端分别与所述第一电阻的第一端、所述第一开关管的第一端连接，负输出端分别与所述第一电容的负端、所述第三开关管的第一端、所述后级拓扑电路的正输入端连接；所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的第二端、所述第一电容的正端、所述第二电容的第二端、所述第三二极管的阳极、所述第二开关管的第一端连接；所述第一开关管的第三端与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端与所述第二电容第一端、所述第一二极管的阴极、所述第三二极管的阴极连接；所述第一二极管的阳极与所述第三电容的第一端、所述第二二极管的阴极连接；所述第二二极管的阳极用于与低压供电源连接；所述第二开关管的第二端与所述第三开关管的第一端、所述第三电容的第二端、所述后级拓扑电路的负输入端连接。
23.本技术的工作原理将结合具体的实施例进行描述，在这里不进行赘述，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
24.(1)限流器和开关器可放置在储能电路正端，从而可以解决因放置于负端，储能电路负端和电路地线存在压降，导致参考地不稳定的问题；
25.(2)驱动电路简单，无需隔离驱动变压器；
26.(3)采用驱动电路自举供电驱动，开关器可跟随后级工作而闭合，后级停止工作而断开，确保二次启机对冲击电流起到抑制作用；
27.(4)第三二极管并联在第二电容两端，当低压供电过压时，可起到反向击穿钳位作用；当后级停止工作时，防止因第一二极管反向漏电，导致第二电容出现负压的作用。
附图说明
28.图1为本实用新型冲击电流抑制电路的一原理框图。
29.图2为本实用新型冲击电流抑制电路的具体电路图。
30.图3为本实用新型冲击电流抑制电路的又一原理框图。
具体实施方式
31.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。
32.请参考图1和图2，在本实施例中，提供一种冲击电流抑制电路，应用于开关电源，输入供电电路和依次连接的储能电路、后级桥式电路、后级拓扑电路；
33.抑制电路包括：限流器、开关器、驱动电路；
34.限流器的第一端与开关器的第一端连接后，用于与输入供电电路的正输出端连接，限流器的第二端与开关器的第二端连接后，用于与储能电路的正端连接，用于对储能电路的充电电流进行限制；具体的，在启机时，输入供电电路给储能电路充电过程，对充电电流的限制作用，防止启机充电过程，冲击电流将器件损坏；
35.开关器的第三端与驱动电路的第一端连接，用于在储能电路充电完成后将限流器短路；具体的，储能电路充电完成后，将限流器短路，防止后级工作时，电流长时间经过限流器，导致限流器损坏；
36.驱动电路的第二端用于与储能电路的正端、后级桥式电路的第一端连接，驱动电路的第三端用于与后级桥式电路的第二端、后级拓扑电路的正输入端连接；驱动电路的第四端用于与低压供电源连接。驱动电路的作用在于将低压的驱动信号通过自举方式，将驱动电压抬升，驱动开关器闭合。
37.作为驱动电路的一个具体实施方式，驱动电路包括：
38.第二电阻r2、第一二极管d2、第二二极管d3、第二电容c2和第三电容c3；第二电阻r2的第一端作为驱动电路的第一端与开关器的第三端连接，第二电阻r2的第二端分别与第一二极管d2的阴极、第二电容c2的第一端连接；第二电容c2的第二端作为驱动电路的第二端，用于与储能电路的正端、后级桥式电路的第一端连接；第一二极管d2的阳极分别与第三电容c3的第一端、第二二极管d3的阴极连接；第三电容c3的第二端作为驱动电路的第三端，用于与后级桥式电路的第二端、后级拓扑电路的输入端的原边绕组的同名端连接；第二二极管d3的阳极作为驱动电路的第四端用于与低压供电源sup连接。
39.作为驱动电路的一个优选实施方式，所述驱动电路还包括第三二极管d4，第三二极管d4的阴极与第二电阻r2的第二端、第一二极管d2的阴极、第二电容c2的第一端连接；第三二极管d4的阳极与第二电容c2的第二端连接后作为所述驱动电路的第二端，用于与所述储能电路的正端、所述后级桥式电路的第一端连接。
40.第三二极管d4并联在第二电容c2两端，当低压供电过压时，可起到反向击穿钳位作用；当后级停止工作时，防止因第一二极管d2反向漏电，导致第二电容c2出现负压的作用。
41.作为限流器的一个具体实施方式，限流器为第一电阻r1或限流电路，第一电路为功率电阻或热敏电阻。在启机时，输入供电电路给储能电路供电过程中，限流器对输入电流起限制作用，使输入充电电流的峰值将被限制在vin/r1以下。
42.作为开关器的一个具体实施方式，开关器可以但不限于为mos管、可控硅、继电器或igbt等开关器件。在储能电路充电完成后，在后级电路工作时，开关器将限流器短路，防止在后级电路工作过程中，输入电流经过限流器，导致损耗或损坏限流器。
43.在具体实施过程中，开关器为第一开关管q1。
44.在一个实施例中，提供一种电流抑制电路，应用于开关电源，包括所述开关电源包括输入供电电路和依次连接的储能电路、后级桥式电路、后级拓扑电路；所述抑制电路包括：限流器、开关器和驱动电路；所述限流器为第一电阻r1；所述开关器为第一开关管q1；所述驱动电路包括第二电阻r2、第二电容c2、第三电容c3、第一二极管d2、第二二极管d3、第三二极管d4；第一电阻r1的第一端与第一开关管q1的第一端连接后，用于与输入供电电路的正输出端连接；第一电阻r1的第二端与第一开关管q1的第二端、第二电容c2的第二端、第三二极管d4的阳极连接后，分别用于与储能电路的正端、后级桥式电路的第一端连接；第一开关管q3的第三端与第二电阻r2第一端连接；第二电阻r2的第二端与第二电容c2第一端、第一二极管d2的阴极、第三二极管d4的阴极连接；第一二极管d2的阳极与第三电容c3的第一端、第二二极管d3的阴极连接；第二二极管d3的阳极用于与低压供电源连接；第三电容c3的
第二端分别用于与后级桥式电路的第二端、后级拓扑电路的输入端连接。
45.在一个实施例中，提供一种开关电源，包括输入供电电路、储能电路、后级桥式电路、后级拓扑电路和如上所述的冲击电流抑制电路；所述输入供电电路的正输入端用于与供电系统的正极连接，负输入端用于与供电系统的负极连接正输出端分别与所述限流器的第一端、所述开关器的第一端连接，负输出端分别与所述储能电路的负端、所述后级桥式电路的第三端、所述后级拓扑电路的负输入端连接；
46.所述限流器的第二端与所述开关器的第二端、所述储能电路的正端、所述驱动电路的第二端、所述后级桥式电路的第一端共同连接；
47.所述开关器的第三端与所述后级桥式电路的第一端连接；
48.所述后级桥式电路的第二端与所述驱动电路的第三端、所述后级拓扑电路的正输入端共同连接，用于为所述驱动电路充电，使得所述驱动电路给所述开关器提供驱动电压；
49.所述后级拓扑电路的输出端用于连接应用负载，用于进行功率变换。具体的，后级拓扑电路作为开关电源的功率变换电路，实现输入输出的电流和电压变换的功能。
50.作为后级桥式电路的一个具体实施方式，后级桥式电路包括第二开关管q2和第三开关管q3；第二开关管q2的第一端作为后级桥式电路的第一端；第二开关管q2的第二端与第三开关q3管的第二端共同连接后，作为后级桥式电路的第二端；第三开关管q3的第二端作为后级桥式电路的第三端。后级桥式电路的第二开关管q2和第三开关管q3交替开关，将第三电容c3电压托举抬高，给第二电容c2充电，给开关器提供驱动电压。
51.作为后级拓扑电路的一个具体实施方式，后级拓扑电路可以但不限于为llc拓扑电路、桥式拓扑电路、反激拓扑电路、正激拓扑电路及其他开关电源的拓扑电路。后级拓扑电路作为本实施例开关电源的功率变换电路，用于实现输入输出电流和电压的变换功能。
52.作为输入供电电路的一个具体实施方式，输入供电电路可以但不限于交流整流电路、直流输入供电电路、pfc供电电路，所述输入供电电路的正输出端作为输入供电电路的正输出端，负输出端作为输入供电电路的的负输出端。目的在于将交流电输入整流为直流电，给后级电路供电。
53.在一个实施例中，提供一种开关电源，包括：输入供电电路、第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一二极管d2、第二二极管d3、第三二极管d4、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和后级拓扑电路；输入供电电路的正输入端用于与供电系统的正极连接，负输入端用于与供电系统的负极连接，正输出端分别与第一电阻r1的第一端、第一开关管q1的第一端连接，负输出端分别与第一电容c1的负端、第三开关管q3的第一端、后级拓扑电路的正输入端连接；第一电阻r1的第二端与第一开关管q1的第二端、第一电容c1的正端、第二电容c2的第二端、第二开关管q3的第一端、第三二极管d4的阳极连接；第一开关管q1的第三端与第二电阻r2的第一端连接；第二电阻r2的第二端与第二电容c2第一端、第一二极管d2的阴极、第三二极管d4的阴极连接；第一二极管d2的阳极与第三电容c3的第一端、第二二极管d3的阴极连接；第二二极d3管的阳极用于与低压供电源sup连接；第二开关管q2的第二端与第三开关管q3的第一端、第三电容c3的第二端、后级拓扑电路的负输入端连接。
54.在具体的实施过程中，所述输入供电电路为整流桥d1，后级拓扑电路为变压器本体t1，限流器为第一电阻r1，开关器为第一开关管q1，储能电路为第一电容c1；也即本实施
例所述的开关电源包括：整流桥d1、第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一二极管d2、第二二极管d3、第三二极管d4、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3和变压器本体t1；整流桥d1的正输入端用于与电网的l线(供电系统的正极)连接，负输入端用于与电网的n线(供电系统的负极)连接，正输出端分别与第一电阻r1的第一端、第一开关管q1的第一端连接，负输出端分别与第一电容c1的负端、第三开关管q3的第一端、变压器本体t1的原边绕组的异名端连接；第一电阻r1的第二端与第一开关管q1的第一端、第一电容c1的正端、第二电容c2的第二端、第二开关管q2的第一端连接；第一开关管q1的第三端与第二电阻r2的第一端连接；第二电阻r2的第二端与第二电容c2第一端、第一二极管d2的阴极连接；第一二极管d2的阳极与第三电容c3的第一端、第二二极管d3的阴极连接；第二二极管d3的阳极用于与低压供电源slp连接；第二开关管q2的第二端与第三开关管q3的第一端、第三电容c3的第二端、变压器本体t1的原边绕组的同名端连接。
55.本实施例的工作原理如下：
56.启机时，后级桥式电路未工作，后级第二开关管q2和第三开关管q3断开，第一开关管q1无驱动，呈断开状态，输入通过整流桥d1，经过限流第一电阻r1给储能电路充电，第一电阻r1对输入冲击电流起到抑制作用，从而输入充电电流的峰值将被限制在vin/r1以下；其中，第一电阻r1起限流作用，储能电路为第一电容c1；
57.当第一电容c1电压上升至后级桥式电路的启动电压后，后级桥式电路开始工作。当第二开关管q2断开，第三开关管q3闭合时，第三开关管q3漏极电位下拉，低压供电源sup通过第二二极管d3给第三电容c3供电，其中，第三电容c3为自举电容；待后级第三开关管q3断开，第二开关管q2闭合，第二开关管q3漏极电位台高至第一电容c1的正极电位，第三电容c3通过第一二极管d2给第二电容c2供电，并通过第二电阻r2驱动第一开关管q1闭合，实现将低压的驱动信号通过自举方式，将驱动电压抬升，驱动第一开关管q1闭合的目的；在充电完成后，后级电路工作时，第一电阻r1被第一开关管q1短路，输入供电电路经过第一开关管q1供电，从而防止在后级电路工作过程，输入电流经过第一电阻r1，导致损耗或损坏第一电阻r1；其中，第一二极管d2起整流的作用，第二电容c2起滤波作用。当后级第二开关管q2再次断开，第三开关管q3闭合，低压供电源sup通过第二二极管d3给第三电容c3供电，第二电容c2通过第二电阻r2持续驱动第一开关管q1，如此反复，维持第一开关管q1在后级桥式电路工作过程常闭状态，目的在于通过第二开关管q2和第三开关管q3交替开关，将第三电容c3电压举高，给第二电容c2供电，实现低压驱动的自举功能。当后级桥式电路停止工作，第三电容c3停止给第二电容c2供电，第二电容c2能量消耗完，停止驱动第一开关管q1，以确保下次启动时，第二电阻r2能再次起到冲击电流抑制作用，从而开关器可跟随后级工作而闭合，后级停止工作而断开，确保二次启机对冲击电流起到抑制作用。
58.具体的，第三二极管d4可以是稳压管或者普通二极管，作为稳压管更优；当低压供电端sup的电压高于第一开关管q1的最大驱动电压时，可以通过第三二极管d4钳位稳压，防止第一开关管q1的栅极过压击穿损坏。由于二极管实际应该过程中，无法做到绝对截止，在后级桥式电路停止工作时，第一二极管d1可能出现漏电的情况，导致第二电容c2出现负压，导致第一开关管q1的栅极负压损坏，从而第三二极管d3可以在后级桥式电路停止工作、第一二极管d1出现漏电时，正向导通，钳位第二电容c2的电压，可避免第一开关管q1的栅极负压损坏。
59.以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的实用新型构思，并不用以限制本实用新型，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在不脱离本实用新型原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。