一种开关电源的快速启动方法和快速启动控制电路技术

本发明专利技术公开了一种开关电源快速启动方法和快速启动控制电路，通过设置转换电压，当开关电源输出电压低于转换电压时，控制电感电流为设定电感电流；当开关电源输出电压高于转换电压时，控制开关电源输出电压稳压工作。一种方案是在启动阶段采用模拟电路方式先控制电感电流为给定电感电流，当输出电压达到转换电压后，再控制输出电压稳定。另一种方案是用MCU控制电路代替模拟电路完成同样控制过程。开关电源快速启动的有益效果是：能使数字电路负载在上电和电压跌落时可靠复位和可靠工作；能使开关电源的功能性负载设备如激光电源、大功率直流伺服电机等快速启动；能在电网电压跌落时减小这种跌落对开关电源的负载的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种开关电源的快速启动方法和快速启动控制电路
本专利技术属于开关电源领域，更具体地，涉及一种开关电源快速启动方法和快速启动控制电路。
技术介绍
由于开关电源输出端存在很大的电容，启动过程包括输出电容充电的过程，电压上升越快导致充电电流越大。为防止产生过大的充电电流，开关电源常规启动方式是采用软启动方式。即在电源启动时，占空比由零慢慢增加直到开关电源输出电压达到额定电压。软启动技术能防止启动时开关电源中的开关器件因过流而损坏，但软启动同时也导致在启动阶段开关电源的输出电压上升缓慢。通常开关电源的软启动导致开关电源的输出电压从零到额定电压的建立时间为几十毫秒到几百毫秒不等。 传统的开关电源普遍采用电压模式(或称电压型)脉宽调制(PWM)技术，而近年来电流模式(或称电流型)PWM技术得到了飞速发展，相比电压模式PWM，电流模式PWM具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得以明显改善。 电压型PWM控制和电流型PWM控制都属于模拟控制，目前数字控制以其诸多的优点在某些方面正逐步取代模拟控制。数字PWM控制器获得了更多的设计自由，可以轻松实现各种复杂、智能的数字算法。 下面应用场合，开关电源的快速启动具有特定的优势: (I)数字电路的上电复位和供电电压跌落后的处理 当开关电源的负载电路是数字电路(包括微处理器及其外围电路)时，为使数字电路在上电后获得确定的稳定的定安全的逻辑状态，其常常由供电电压上升沿产生复位信号。若供电电压上升过于缓慢，会使上电复位后电路的状态不确定。目前解决这一问题的现有方法是采用专门复位电路，对供电电压设置比较门限值，当供电电压超出门限值时，复位电路便产生上升沿陡峭持续时间足够长的复位信号。在实际使用过程中，即使采用这类复位电路，还会存在上电复位发生错误。 另一种情况是，正常工作的数字电路其供电电压突然跌落时，这时数字电路中并接于电源两端的电容可以维持一段时间供电，若供电电压跌落时间超出这一维持时间，数字电路将处于不稳定逻辑状态。解决这一问题的现有方法是采用专门电源监视电路。该电路的功能是当电压跌落时，产生上升沿陡峭持续时间足够长的复位信号，使数字电路复位以获得安全确定的工作状态。即使采用专门电源监视电路，在实际应用中仍然存在供电电压跌落，数字电路状态混乱的情况。 (2)当开关电源的负载是大功率功能设备,如大功率直流电机或大功率激光电源等，开关电源采用软启动方式，这些功能设备就需要很长时间才能启动。在紧急情况下，有时需要这些设备快速投入工作。 (3)电网上别的大功率设备启动时会导致电压跌落，例如大功率直流电机启动导致的电压跌落，这种跌落会影响同一条供电线路上的开关电源。当输入电压跌落后，为了尽量减少对网上设备的影响，需要开关电源能快速启动，快速的使直流电压回升到正常值。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种既能快速启动，又能让开关器件不产生过流的开关电源快速启动方法和快速启动控制电路。 本专利技术提供了一种开关电源快速启动方法，包括下述步骤: (I)在电流上升阶段，以最大允许占空比提升电感电流，直到电感电流达到设定电感电流； (2)在恒流工作阶段，通过控制开关器件的占空比来控制电感电流使得所述电感电流维持在所述设定电感电流，直到开关电源的输出电压为转换电压； (3)在稳压工作阶段，通过控制开关器件的占空比使得所述开关电源的输出电压维持在额定电压从而实现开关电源快速启动。 其中，步骤⑴中，所述最大允许占空比是开关电源主电路所能允许的最大占空比；当所述开关电源主电路中的变换器为降压DC/DC变换器时，所述最大允许占空比为I ;当所述开关电源主电路中的变换器为桥式非隔离变换器、半桥或全桥隔离变换器时，所述最大允许占空比为0.5减去死区时间部分；当所述开关电源主电路中的变换器为单端反激变换器或单端正激变换器时，所述最大允许占空比为0.5。 其中，所述设定电感电流等于最大安全工作电流Ist的(0.5—0.9)倍。 其中，所述转换电压为额定电压的(0.85-1)倍。 本专利技术还提供了一种开关电源快速启动控制电路，包括比较器U1、电压比较器U2、模拟开关U3、电流调节器U6、RS触发器U7、PWM输出模块U8、振荡器U9、电阻Rf、电阻Rj和电容Cf ;所述比较器Ul的第一输入端连接转换电压Vt，所述比较器Ul的第二输入端连接输出电压Vtl ;所述电阻&的一端用于接收输出电压Vtl,所述电阻&的另一端连接至所述电压比较器U2的第一输入端，所述电压比较器U2的第二输入端用于连接参考电压Vf，所述电阻Rf与所述电容Cf依次串联连接在所述电压比较器U2的第一输入端与所述电压比较器U2的输出端之间；所述模拟开关U3的第一输入端连接至所述电压比较器U2的输出端，所述模拟开关U3的第二输入端用于连接设定电感电流Is ;所述模拟开关U3的控制端连接至比较器Ul的输出端；所述电流调节器U6的第一输入端连接至模拟开关U3的输出端，所述电流调节器U6的第二输入端连接电感电流^ ;所述RS触发器U7的R端连接至所述电流调节器U6的输出端，所述RS触发器U7的S端连接所述振荡器U9 ;所述PWM输出模块U8的输入端连接至所述RS触发器U7的Q端，所述PWM输出模块U8的输出端用于输出PWM控制信号并控制开关器件通断。 其中，所述设定电感电流Is等于最大安全工作电流Ist的(0.5—0.9)倍。 其中，所述转换电压Vt为额定电压的(0.85-1)倍。 其中，所述参考电压Vf为开关电源输出电压所需的给定值。 本专利技术还提供了一种开关电源快速启动控制电路，包括MCU控制模块，连接在所述MCU控制模块的输入端的电压采样模块和电流采样模块，以及连接在所述MCU控制模块的输出端的PWM发生器；所述MCU控制模块包括减法器、电压调节器、电压比较器、开关、减法器和电流调节器；所述减法器的第一输入端连接参考电压Vf，第二输入端用于接收输出电压Vtl，所述减法器的输出端连接电压调节器，电压调节器的输出端连接开关的第一输入端，开关的第二输入端用于连接设定电感电流Is，开关的输出端连接减法器的第一输入端，减法器的第二输入端用于连接电感电流Iy减法器的输出端连接电流调节器的输入端，电流调节器的输出端用于输出占空比控制开关器件。 其中，所述设定电感电流Is等于最大安全工作电流Ist的(0.5—0.9)倍。 本专利技术中，在启动阶段首先使开关器件电流快速达到最大安全工作电流，然后维持这一电流，保证单位时间内从输入吸收的能量和向输出提供的能量最大，直到输出电压接近额定输出电压值；这样可以使得开关器件安全工作不过流的同时快速提供能量。 【附图说明】 图1是开关电源以电感为中心的简化结构示意图； 图2是开关电源快速启动过程分析示意图；其中(a)是启动阶段电感峰值电流随时间变化示意图，(b)是启动阶段输出电压随时间变化示意图，(C)是启动阶段占空比随时间变化示意图； 图3是采用电流PWM控制的开关电源快速启动控制电路的原理结构框图； 图4是采用数字PWM控制的开关电源快速启动控制电路的原理结构框图； 图5是采用数字PWM控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源快速启动方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)在电流上升阶段，以最大允许占空比提升电感电流，直到电感电流达到设定电感电流；(2)在恒流工作阶段，通过控制开关器件的占空比来控制电感电流使得所述电感电流维持在所述设定电感电流，直到开关电源的输出电压为转换电压；(3)在稳压工作阶段，通过控制开关器件的占空比使得所述开关电源的输出电压维持在额定电压从而实现开关电源快速启动。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源快速启动方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)在电流上升阶段，以最大允许占空比提升电感电流，直到电感电流达到设定电感电流； (2)在恒流工作阶段，通过控制开关器件的占空比来控制电感电流使得所述电感电流维持在所述设定电感电流，直到开关电源的输出电压为转换电压； (3)在稳压工作阶段，通过控制开关器件的占空比使得所述开关电源的输出电压维持在额定电压从而实现开关电源快速启动。2.如权利要求1所述的开关电源快速启动方法，其特征在于，步骤(I)中，所述最大允许占空比是开关电源主电路所能允许的最大占空比；当所述开关电源主电路中的变换器为降压DC/DC变换器时，所述最大允许占空比为I ;当所述开关电源主电路中的变换器为桥式非隔离变换器、半桥或全桥隔离变换器时，所述最大允许占空比为0.5减去死区时间部分；当所述开关电源主电路中的变换器为单端反激变换器或单端正激变换器时，所述最大允许占空比为0.5。3.如权利要求1所述的开关电源快速启动方法，其特征在于，所述设定电感电流等于最大安全工作电流Ist的(0.5—0.9)倍。4.如权利要求1所述的开关电源快速启动方法，其特征在于，所述转换电压为额定电压的(0.85-1)倍。5.一种开关电源快速启动控制电路，其特征在于，包括比较器U1、电压比较器U2、模拟开关U3、电流调节器U6、RS触发器U7、PWM输出模块U8、振荡器U9、电阻Rf、电阻Rj和电容Cf; 所述比较器Ul的第一输入端连接转换电压vt，所述比较器Ul的第二输入端连接输出电压Vtl;所述电阻&的一端用于接收输出电压Vtl，所述电阻&的另一端连接至所述电压比较器U2的第一输入端，所述电压比较器U2的第二输入端用于连接参考电压Vf，所述电阻Rf与所述电容Cf依次串联连接在所述电压比较器U2的第一输入端与所述电压比较器U2的输出端之间；所述模拟开关U3的第一输入端连接至所述电压比较器U2...

【专利技术属性】
技术研发人员：危立辉，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42