一种开关电源及其高压启动电路、控制芯片的制作方法

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种开关电源及其高压启动电路、控制芯片。

背景技术：

1、开关电源的控制芯片在开关电源正常工作之前需要高压启动电路进行供电，现有技术中的一种高压启动方案为通过高压启动电阻进行启动，如图1所示，在这种高压启动方案中，高压启动电阻rbus连接于直流母线和电容ccc之间，在开关电源启动阶段，直流母线电压vbus通过启动电阻rbus形成充电电流向电容ccc充电，电容ccc上的电压vcc为控制芯片供电，在开关电源正常工作时，转由辅助绕组naux为控制芯片供电。但这种高压启动方案由于高压启动电阻rbus无法切除，正常工作时特别在高直流母线电压场合存在较大的静态功耗，在直流母线电压较高时，还需要串联多颗电阻分压，并且充电电流非恒流特性。

2、现有技术中第二种高压启动方案为通过耗尽型mosfet qd进行启动，如图2所示，耗尽型mosfet qd连接于直流母线和电容ccc之间，电阻rsg连接于耗尽型mosfet qd的栅极和源极之间，在开关电源启动阶段，通过电阻rsg进行自限流，在开关电源正常工作时，通过辅助绕组正常工作实现耗尽型mosfet qd的可靠关断，但是电阻rsg使用中设计限制较多，正常工作时电阻rsg存在于辅助绕组为控制芯片供电的路径中，损耗依然较大。并且，在光伏储能、电动汽车等高压领域，一般电池最高电压可以高达1100v或者1500v，目前比较常用的高压启动方案是多颗mosfet串联方式，外围电路较为复杂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关电源及其高压启动电路、控制芯片，用以解决现有技术存在的静态功耗大、在较高直流母线电压时开关电源的外围电路较为复杂的技术问题。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种开关电源的高压启动电路，用于在所述开关电源启动阶段为所述开关电源的待供电电路供电，其高压端接收输入电压，供电端连接供电电容以输出供电电压，所述高压启动电路包括：

3、启动晶体管，第一端连接所述高压端；

4、电压上拉元件，连接于所述启动晶体管的第二端和控制端之间；

5、启动调控电路，连接于所述启动晶体管的第二端、控制端和所述供电端之间，根据所述供电电压和所述待供电电路的开通阈值电压的大小，或根据所述待供电电路的开通阈值电压的大小，调控从所述高压端流向所述供电电容的充电电流；

6、其中，所述待供电电路的开通阈值电压为能使所述待供电电路正常工作的供电电压。

7、可选地，所述电压上拉元件包括第一电阻。

8、可选地，所述启动调控电路根据所述供电电压和所述待供电电路的开通阈值电压的大小，或根据所述待供电电路的开通阈值电压的大小，控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗大小，以调控从所述高压端流向所述供电电容的充电电流。

9、可选地，当所述启动调控电路根据所述供电电压和所述待供电电路的开通阈值电压的大小调控从所述高压端流向所述供电电容的充电电流时，所述启动调控电路包括第一启动控制单元，所述第一启动控制单元根据所述供电电压和第一基准电压的比较结果控制是否从所述高压端向所述供电电容提供充电电流，

10、当所述供电电压小于所述第一基准电压时，控制从所述高压端向所述供电电容提供充电电流，

11、当所述供电电压大于所述第一基准电压时，停止从所述高压端向所述供电电容提供充电电流；

12、其中，所述第一基准电压大于等于所述待供电电路的开通阈值电压。

13、可选地，所述第一启动控制单元根据所述供电电压和所述第一基准电压的比较结果控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗大小，以控制是否从所述高压端向所述供电电容提供充电电流，

14、当所述供电电压小于所述第一基准电压时，控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗为高阻抗，

15、当所述供电电压大于所述第一基准电压时，控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗为低阻抗。

16、可选地，所述第一启动控制单元包括：

17、第一开关管，第一端连接所述启动晶体管的控制端，第二端接地；

18、第一比较电路，第一输入端接收所述供电电压，第二输入端接收所述第一基准电压，输出端连接所述第一开关管的控制端。

19、可选地，当所述启动调控电路根据所述待供电电路的开通阈值电压的大小调控从所述高压端流向所述供电电容的充电电流时，所述启动调控电路包括第二启动控制单元，所述第二启动控制单元根据第二电压的大小控制是否从所述高压端向所述供电电容提供充电电流，

20、当所述启动晶体管的控制端电压小于所述第二电压时，控制从所述高压端向所述供电电容提供充电电流，

21、当所述启动晶体管的控制端电压达到所述第二电压时，停止从所述高压端向所述供电电容提供充电电流；

22、其中，所述第二电压大于所述待供电电路的开通阈值电压。

23、可选地，所述第二启动控制单元根据所述第二电压的大小控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗大小，以控制是否从所述高压端向所述供电电容提供充电电流，

24、当所述启动晶体管的控制端电压小于所述第二电压时，控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗为高阻抗，

25、当所述启动晶体管的控制端电压达到所述第二电压时，控制所述启动晶体管的控制端到地之间的阻抗为低阻抗。

26、可选地，所述第二启动控制单元包括：

27、第一稳压二极管，阳极接地，阴极连接所述启动晶体管的控制端；

28、所述第一稳压二极管的稳定电压为所述第二电压。

29、可选地，所述启动调控电路还包括限流单元，当从所述高压端向所述供电电容提供充电电流时，所述限流电路调节所述充电电流的大小。

30、可选地，所述限流单元还包括：

31、第二电阻，第一端连接所述启动晶体管的第二端，第二端连接所述供电端；

32、第二开关管，第一端连接所述启动晶体管的控制端，第二端连接所述第二电阻的第二端，控制端连接所述第二电阻的第一端。

33、可选地，所述启动调控电路还包括：

34、第一单向导通器件，阳极连接所述第二电阻的第二端，阴极连接所述供电端。

35、可选地，所述高压启动电路还包括：

36、防护电路，连接于所述启动晶体管的第二端和地之间，用以减轻所述输入电压在高变化率时对所述启动晶体管第二端的干扰。

37、可选地，所述防护电路包括：

38、第三电阻，第一端连接所述启动晶体管的第二端，第二端连接所述第二电阻的第一端；

39、第三开关管，第一端连接所述第三电阻的第二端，第二端接地；

40、第四电阻，连接于所述第三开关管的控制端和地之间；

41、第一电容，连接于所述启动晶体管的第二端和所述第三开关管的控制端之间。

42、可选地，所述启动晶体管为耗尽型晶体管。

43、可选地，所述启动晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅晶体管或氮化镓晶体管中的任意一种。

44、可选地，所述输入电压为所述开关电源的直流母线电压，或者所述开关电源的功率开关管的开关节点电压。

45、第二方面，提供一种开关电源的控制芯片，所述控制芯片包括控制电路和所述高压启动电路，所述高压启动电路用于在所述开关电源启动阶段为所述控制电路供电。

46、第三方面，提供一种开关电源，所述开关电源包括所述高压启动电路。

47、与现有技术相比，本发明的高压启动电路具有以下优点：

48、(1)静态功耗低；

49、(2)具有较好的恒流充电精度；

50、(3)启动晶体管可以选用金属氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅晶体管或氮化镓晶体管中的任意一种，当采用碳化硅晶体管、氮化镓晶体管等高压宽禁带器件，可以提高开关电源的直流母线电压上限；

51、(4)高压启动电路可以集成在开关电源的控制芯片内部，可以简化应用于电动汽车、光伏等高压领域的开关电源的外围电路，并且高压启动电路的高压端可以连接功率开关管的开关节点，可以减少控制芯片用于连接直流母线的管脚，以进一步简化外围系统；

52、(5)可以通过增加防护电路，提高输入电压高变化速率下高压启动电路的鲁棒性。

53、(6)启动调控电路可以兼容增强型和耗尽型两种启动晶体管，方便器件选择，当选用耗尽型启动晶体管时可以具有更低的静态功耗，并且直流母线电压的下限值可以更低。