高压启动电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高压启动电路，可以直接从输入电压取电，用于给控制器供电端外接的启动电容充电，以启动控制器。本实用新型专利技术的高压启动电路具备多种保护功能，且当电源发生故障后，在保证电源和控制器可靠性的前提下，本实用新型专利技术的高压启动还可以重启控制器。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及开关电源，特别涉及开关电源的高压启动电路。
技术介绍
一般来讲，电源电路都会包含启动电路，以便在电源上电时启动控制器，驱动变压器转换电压，实现电源的正常工作，此时控制器的供电可由辅助绕组提供。如图1所示，传统的电源启动电路，由一个大电阻RST(通常为兆欧量级)接到电源输入电压和启动电容之间来提供一个电流对电容充电以完成控制器的启动。这个大电阻在启动过程结束后，会造成不必要的功耗浪费。这一点在2013年7月10日公开的公开号为CN103199692A的中国专利中有详细的说明，同时该专利还提出了一种低功耗高压启动电路，即用一个高压晶体管从电源输入端取电，给启动电容充电，高压晶体管由另一个电路控制，当控制器完成启动后，就关闭高压晶体管，截断取电路径，节省功耗。与这种高压启动方式类似的还有2014年8月6日公开的公布号CN 103973089 A的中国专利。上述举例的专利中虽然都能在控制器完成启动后，关闭高压取电路径，节省功耗，但是缺少了一些必要的保护功能，例如，在启动电容出现连锡或虚焊等电源生产方面的工艺缺陷时，上述高压启动电路不能提供合理的保护策略，保护控制器和高压启动电路不损坏。1、启动电容连锡的危害启动电容连锡，即控制器供电端与参考地连接，控制器无法完成启动。这种情况下，若没有采取相应保护策略，高压启动电路将失去控制，一直从电源输入端取电。举例而言，电源输入电压为300V，高压启动电流为2mA，高压启动电路将以600mW功率发热，若这些热量长时间持续堆加，将引发启动电路热损坏。2、启动电容虚焊的危害启动电容虚焊，即控制器供电端只存在焊盘电容及布线电容等寄生电容(一般为1pF～3pF)。上述举例专利的高压启动电路的控制信号都是在控制器完成启动后，由控制器或其他电路输出的，而在启动完成到控制信号输出之间不可避免存在传输延时(一般至少为30ns～50ns)。若在启动电容虚焊的情况下，由于控制信号存在传输延时，使得高压启动电路来不及关断，进而导致控制器供电端电压超过其耐受电压，控制器就会过压损坏。现按照一般情况给出以下参数：高压启动电流IC为2mA，上述寄生电容C为2pF，控制器的启动电压VST为18V，控制器供电端耐受电压VBV为30V，则由电容充放电公式可以算出，高压启动电路将控制器供电端电压由启动电压VST充至耐受电压VBV的时间T：T=C·(VBV-VST)IC=12ns<30ns---(1)]]>可见时间T小于上述传输延时，即使不考虑恶劣环境导致传输延时增加的情况，因启动电容虚焊而损坏控制器的风险也不可忽视。此外，为了保证在电源输出短路时，电源停止工作的时间足够长(以充分散热)，启动电路还需要具备在控制器欠压锁定后延迟一段时间再重新开启的功能。若没有这个功能，则控制器一欠压锁定，启动电路马上又给启动电容充电，控制器再一次启动，电源立刻又在输出端短路的情况下工作，造成发热量长时间堆加，导致电源热损坏。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题1、在控制器完成启动后，关闭启动电路，节省功耗；2、在控制器供电端发生短路或断路的情况下，对电路进行保护；3、在控制器欠压锁定后延迟一段时间再重新开启启动电路。(二)技术方案针对上述技术问题，本技术公开一种高压启动电路，用以在启动时提供电流给控制器的供电端VDD及启动电容C3，其包括：晶体管ND1、二极管D1、NMOS管NM1、通断控制模块110、大电流取电模块120、小电流取电模块130、使能模块140和钳位电路150，使能模块140用于控制NMOS管NM1、通断控制模块110和大电流取电模块120的通断，进而改变高压启动电路100的工作状态，在电源刚上电时，控制器尚未启动，其供电端VDD的电压为0V，使能模块140输出低电平信号，使NMOS管NM1关断、通断控制模块110导通，进而晶体管ND1持续导通，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块130后输出，用于为控制器的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电；当供电端VDD的电压达到低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块120开始工作，并通过大电流取电模块120短接小电流取电模块130，使输入电源经晶体管ND1、
二极管D1和大电流取电模块120后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器启动；当控制器启动后，使能模块140将接收到控制器或其他电路发出的使能信号，然后输出高电平信号，使NMOS管NM1导通、通断控制模块110和大电流取电模块120关断，将晶体管ND1栅极电压拉低至参考地电压，由于VDD电压足够高，晶体管ND1的栅源电压能够达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路；此时高压启动电路将不会从输入电压取电，造成额外的功耗浪费。其中，当供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块连接到地，用以通过高压启动电路控制短路电流为低值电流；在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流取电模块工作，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。所述晶体管ND1可以选用高压结型场效应晶体管，也可以选用耗尽型场效应晶体管，用于控制由电源输入电压产生的启动电流的通断，其漏极可以直接与电源输入电压连接，也可以经变压器原边绕组侧与电源输入电压连接。所述NMOS管NM1的栅极与使能模块140的输出连接；漏极与晶体管ND1的栅极连接；源极接地。作为通断控制模块110的一种具体实施方式，所述通断控制模块110，包括PMOS管PM1和电阻R1，PMOS管PM1的源极与晶体管ND1的源极连接；PMOS管PM1的栅极与使能模块140的输出连接；PMOS管PM1的漏极经电阻R1与晶体管ND1的栅极连接。使能模块140输出的低电平信号使得PMOS管PM1导通，晶体管ND1的源极经PMOS管PM1的源、漏极和电阻R1与晶体管ND1的栅极连接，若晶体管ND1的栅极电压没有达到钳位电路150的钳位电压，则晶体管ND1的栅源电压为0V，晶体管ND1有足够大的过驱动电压来提供高值电流。作为通断控制模块110的另一种具体实施方式，所述通断控制模块110，包括电阻R1和二极管D2，电阻R1的一端与晶体管ND1的栅极连接，电阻R1的另一端分别与晶体管ND1的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块140的输出连接。若在所使
用的半导体工艺中，晶体管ND1的阈值电压与PMOS管PM1的阈值电压接近，则存在通断控制模块110在启动过程无法导通的风险，进而影响高压启动电路的性能，因此在这种情况下不能在通断控制模块110中使用PMOS管PM1，而是直接将电阻R1串联在晶体管ND1的源极和栅极之间。二极管D2的作用在于当控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压启动电路，用以在启动时提供电流给控制器的供电端VDD及启动电容C3，其特征在于：包括晶体管ND1、二极管D1、NMOS管NM1、通断控制模块、大电流取电模块、小电流取电模块和使能模块，使能模块用于控制NMOS管NM1、通断控制模块和大电流取电模块的通断，进而改变高压启动电路的工作状态，电源刚上电时，供电端VDD的电压为0V，使能模块控制NMOS管NM1关断、通断控制模块导通，进而使晶体管ND1导通，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块后输出，用于为控制器的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电；当供电端VDD的电压大于低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块开始工作，并通过大电流取电模块短接小电流取电模块，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器启动；当控制器完成启动后，使能模块控制NMOS管NM1导通、通断控制模块关断，使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路。

【技术特征摘要】
1.一种高压启动电路，用以在启动时提供电流给控制器的供电端VDD及启动电容C3，其特征在于：包括晶体管ND1、二极管D1、NMOS管NM1、通断控制模块、大电流取电模块、小电流取电模块和使能模块，使能模块用于控制NMOS管NM1、通断控制模块和大电流取电模块的通断，进而改变高压启动电路的工作状态，电源刚上电时，供电端VDD的电压为0V，使能模块控制NMOS管NM1关断、通断控制模块导通，进而使晶体管ND1导通，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块后输出，用于为控制器的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电；当供电端VDD的电压大于低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块开始工作，并通过大电流取电模块短接小电流取电模块，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器启动；当控制器完成启动后，使能模块控制NMOS管NM1导通、通断控制模块关断，使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路。2.根据权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于：所述高压启动电路，在供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块连接到地，用以通过高压启动电路控制短路电流为低值电流；在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流取电模块工作，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。3.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述NMOS管NM1的栅极与使能模块的输出连接；漏极与晶体管ND1的栅极连接；源极接地。4.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述通断控制模块，包括PMOS管PM1和电阻R1，PMOS管PM1的源极与晶体管ND1的源极连接；PMOS管PM1的栅极与使能模块的输出连接；PMOS管PM1的漏极经电阻R1与晶体管ND1的栅极连接。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛斌，符威，
申请(专利权)人：深圳南云微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44