具有提供启动充电电流的常通器件的开关电源启动电路制造技术

一种功率转换器启动电路在启动期间为控制电路建立工作电压，并且之后被禁用，以减少空载功率耗散。该启动电路具有常通特性，以自动提供用于启动电容器的启动充电电流。当启动电容器电压达到工作值时，控制电路开始工作，并产生禁用启动电路的抑制信号，以停止该启动充电电流并减少功率耗散。通过采用常通器件(例如，耗尽型J‑FET)的发射极开关电流源来实现常通特性。电阻分压器网络在稳态操作期间提供用于启动电流源的偏置和监测电源输入电压的点。电荷泵提供足够高于辅助电压的抑制控制信号的电压，以使常通开关晶体管截止。

Switching power supply starting circuit with constant current device for starting charging current

A power converter starting circuit creates a working voltage for the control circuit during startup and is then disabled to reduce no-load power dissipation. The starting circuit has a constant current characteristic to automatically provide the starting charging current for the starting capacitor. When the starting capacitor voltage reaches the work value, the control circuit starts to work, and disable the startup inhibitory signal circuit, to stop the start charging current and reduce power dissipation. Through the use of Changtong devices (e.g., depleted J FET) emitter switched current source to achieve general characteristics. The resistor divider network provides the bias for starting the current source and monitoring the input voltage of the power supply during the steady-state operation. The charge pump provides the voltage of the suppression control signal higher than the auxiliary voltage so that the normally switched transistor can be cut off.

【技术实现步骤摘要】
具有提供启动充电电流的常通器件的开关电源启动电路
本公开涉及一种具有提供启动充电电流的常通器件的开关电源启动电路。
技术介绍
当最初将输入功率施加到开关电源时，为了起动操作的目的，需要向控制电路输送能量。用于此目的的电路通常被称为“启动电路”。因为电源在启动期间还没有产生输出功率，所以启动电路以某种方式从输入端获得电力。开关电源中的挑战之一是当针对控制器件的工作电压限制远低于电源的输入电压范围时，提供初始能量来为控制电路供电。例如，从24V或48V额定直流源接收输入功率的DC/DC转换器就存在这个问题。这也是AC/DC电源中考虑的因素，其中AC/DC电源工作于可高达305VAC的输入电压，且输入电压的典型应用范围为90VAC至264VAC。为了在输入电压相对于初级侧参考控制电路的正常工作电压较大时启动开关电源，可以通过电阻器或电流源从输入源对电容器充电。一电路监测电容器电压，并且当电容器电压近乎达到该电路的上限工作电压时，接通控制电路。控制电路一旦被启用就可以从充电的电容器汲取能量。当启动完成并且正常操作开始时，功率转换器的正常操作电路可以提供用于将该启动电容器两端的电压维持为控制电路的操作限制内的值所需的能量。监测启动电容器电压并接通控制电路的电路可以在启动期间仅需要较小电流(例如，500uA至1mA)，且对启动电容器进行馈送的电阻器或电流源的规格被调整为以在启动期间呈现的最小输入电压来提供该电流。该大小调整可以由于在正常操作期间出现的更大最大输入电压下的电路而导致更高功率耗散。此外，不管功率转换器的输出负载如何，即，不论转换器是在线并向负载提供电力，还是离线或“待机”而不向负载提供电力，均发生这种更高的功率耗散。离线电源受对空载功率损耗进行限制的市场或法规要求的影响。因此，期望的是尽可能多地减少空载功率损耗，包括归因于如上所述的启动电路的损耗。
技术实现思路
所公开的功率转换器包括启动电路，其在提供在启动时段期间为控制电路建立工作电压的所需功能的同时实现减少的空载功率损耗。所述启动电路具有常通特性，使得一旦输入电压已经上升到足够高，则其自动提供用于启动电容器的启动充电电流，而不需要任何单独供电的控制电路的操作。当启动电容器电压达到工作值时，控制电路开始工作，并产生禁用启动电路的抑制信号，从而停止启动充电电流的流动，并将启动电路的功率耗散降低到期望的低值。通过使用采用常通开关器件(例如，耗尽型结型场效应晶体管(J-FET))的发射极开关电流源来实现常通特性。这种器件具有源-漏沟道，所述源漏沟道在在该器件的栅极上没有控制电压的情况下传导电流，并且当控制电路尚未工作时，该特征被用于在启动期间使用。另外，可以通过对器件的栅极施加足够高的控制或偏置电压来切断源漏通道，并且该特征被用于在启动之后使用以防止电流流动并且减少启动电路在后续正常操作期间的功率耗散。因此，J-FET是作为启动电流源的一部分使用的开关器件的良好候选。当最初施加电力并且没有来自功率转换器的偏置电压时，可以使用J-FET器件来建立启动电容器充电电流的流动。当控制电路激活并且功率转换器工作时，来自控制电路的电压可以被施加到J-FET的栅极以使其截止并且禁用充电电流。然而，易用的J-FET的一个问题在于相对较低的额定电压(例如，小于50V)，其远低于对于许多启动电流源应用而言需要进行切换的典型电压。因此，在所公开的启动电路中，使用J-FET作为将双极晶体管用作主电流控制元件的发射极开关电流源中的开关。这种配置降低了J-FET所经历的电压，即使在更高电压的应用中也是如此。在所公开的启动电流源中，常通晶体管(thenormallyontransistor)与用于保持辅助电压的启动电容器串联布置，因此需要将该晶体管的栅极电压驱动为足够高以在启动之外的正常操作开始时使该晶体管截止。电荷泵电路布置在产生时钟信号的控制器和常通晶体管之间，并且包括通过向常通晶体管的栅极提供较高电压信号来对时钟信号进行响应的电容器二极管网络。附图说明根据对如附图所示的本专利技术的特定实施例的以下描述，上述及其他目的、特征和优点将是显而易见的，贯穿不同视图，相同的附图标记用于表示相同的部件。图1是电源的示意性框图；图2至图4是启动电路的备选实施方式的示意图；以及图5至图7是在启动期间电源中的信号的波形图。具体实施方式图1是开关电源的一部分的示意性框图。它包括开关和控制(SW/CNTL)电路10、电力变压器T1、启动电路12以及可选地输入电压源14。变压器T1具有主初级绕组Wpri和次级绕组Wsec以及连接到电容器Caux的第三或“辅助”绕组Waux。开关和控制电路10接收直流(DC)电压Vin以及在电容器Caux上产生的电压Vaux。电压Vin由输入电压源14(如果存在的话)提供，否则其可以是来自单独电压源的输入。电源的相关操作分为两个时段，即，Vin从零上升到正常工作值的初始启动时段以及Vin处于其正常工作值并且电源正向分别供电的电路(未示出)提供稳定DC输出电压的后续稳态操作时段。开关和控制电路10包括从Vaux输入端接收其工作电力的电路(图1中未示出)；示例在下面进行描述。在稳态操作期间，绕组Waux和电容器Caux的组合充当该电路的简单电源。至少在启动时段的初始部分期间，向主初级绕组Wpri提供很少的电流或不提供电流，因此，没有电流或很少的电力可通过绕组Waux使用。启动电路12在该时段期间与Caux一起作为电源操作，直到操作进行到采用绕组Waux的正常稳态机制为可用的并变得可操作的时刻为止。图2示出了根据一个实施例的启动电路12。其主要目的是在建立所有正常工作电压之前的操作初始启动时段期间产生开关和控制电路10(图1)可使用的未调节电源电压Vaux。通过向电容器Caux提供充电电流Ic(Q2)来产生Vaux，该电流由通过晶体管Q2和Q1实现的发射极开关电流源提供。Q1是常通晶体管，并且例如可以实现为耗尽型结型FET(J-FET)。它在启动期间导通以向Caux提供充电电流Ic(Q2)，并且在启动结束时，通过施加正栅极电压Vg(Q1)形式的抑制控制信号而使其不导通。这样有效地禁用了启动电路12，从而降低其功率耗散并相应地提高了电源的整体效率。具体操作如下所述。在图2的电路中，包括控制器U1、电阻器R2、二极管D1和D2以及电容器C1、C2的组件集合用作栅极电压Vg(Q1)的发生器。由于Q1的常通特性，产生Vg(Q1)，以使Q1截止，即，抑制充电电流Ic(Q2)的传导，因此，可以将Vg(Q1)视为抑制控制信号。该电路具有两个不同方面的操作，即，控制和电平转换。主要由控制器U1提供控制。电平转换是指根据控制器U1的低电压输出Q产生高电压信号Vg(Q1)，并由实现为包括U1的组件集合的电荷泵来提供电平转换。在图示的布置中，晶体管Q1是P沟道耗尽型J-FET。当向耗尽型FET的栅极施加零电压时，耗尽型FET导通(接通)，并且当将超过截止电压的电压施加到其栅极时，耗尽型FET截止。当在Vin等于零的启动操作刚开始时，向Vg(Q1)施加零伏，且Q1的作用就像从Q2的发射极连接到返回电位的电阻一样。一旦Q2基极上的电压变得高到足以建立流经Q2的基极-发射极结的电流，Q2开始导通。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源，包括：存储电容器，其耦合到功率磁性元件(power magnetic element)，以在开关电源的稳态操作期间维持辅助电压的稳态值，所述稳态操作之前是启动时段，在所述启动时段中开关电源的输入侧DC电压从零上升到稳态操作值；开关和控制电路，其被配置为在稳态操作期间将能量从输入侧DC电压耦合到功率磁性元件，所述开关和控制电路包括由辅助电压供电的控制电路；以及启动电路，其在启动时段期间被配置和操作为产生辅助电压的启动值，以使得控制电路能够建立稳态操作，所述启动电路包括：(i)耦合在输入侧DC电压和存储电容器之间的启动电流源，以基于不存在抑制控制信号而向存储电容器提供充电电流，所述启动电流源包括具有与存储电容器串联的常通开关晶体管的发射极开关电流源，所述常通开关晶体管在不存在抑制控制信号的情况下传导充电电流，并且在存在抑制控制信号的情况下不传导充电电流；以及(ii)抑制控制信号的发生器，所述发生器在启动时段期间被配置和操作为响应于通过启动电流源的充电行为从而辅助电压到达启动值而产生抑制控制信号，并且在后续稳态操作期间保持抑制控制信号，所述发生器包括电荷泵，所述电荷泵提供抑制控制信号的电压，该电压比辅助电压高到足以使常通开关晶体管截止。...

【技术特征摘要】
2016.05.06 US 15/148,3021.一种开关电源，包括：存储电容器，其耦合到功率磁性元件(powermagneticelement)，以在开关电源的稳态操作期间维持辅助电压的稳态值，所述稳态操作之前是启动时段，在所述启动时段中开关电源的输入侧DC电压从零上升到稳态操作值；开关和控制电路，其被配置为在稳态操作期间将能量从输入侧DC电压耦合到功率磁性元件，所述开关和控制电路包括由辅助电压供电的控制电路；以及启动电路，其在启动时段期间被配置和操作为产生辅助电压的启动值，以使得控制电路能够建立稳态操作，所述启动电路包括：(i)耦合在输入侧DC电压和存储电容器之间的启动电流源，以基于不存在抑制控制信号而向存储电容器提供充电电流，所述启动电流源包括具有与存储电容器串联的常通开关晶体管的发射极开关电流源，所述常通开关晶体管在不存在抑制控制信号的情况下传导充电电流，并且在存在抑制控制信号的情况下不传导充电电流；以及(ii)抑制控制信号的发生器，所述发生器在启动时段期间被配置和操作为响应于通过启动电流源的充电行为从而辅助电压到达启动值而产生抑制控制信号，并且在后续稳态操作期间保持抑制控制信号，所述发生器包括电荷泵，所述电荷泵提供抑制控制信号的电压，该电压比辅助电压高到足以使常通开关晶体管截止。2.根据权利要求1所述的开关电源，其中所述电荷泵电路包括电容器二极管网络以及方波时钟源，并且操作为：(1)在时钟信号的截止时间期间，将电容器充电到大约等于辅助电压减去正向二极管电压降的电压，以及(2)在时钟信号的导通时间期间，对电容器的一个端子施加电压，以相应地升高在电容器另一端子处的电压，所述另一端子被二极管连接到常通晶体管的栅极以向其施加栅极电压。3.根据权利要求1所述的开关电源，包括：驱动器，其被配置并响应于来自控制器的输入时钟信号而操作，以将时钟信号传送到电容器二极管网络，并且所述开关电源还包括：线性调节器电路，以降低传送到控制器的电压，同时通过直接从辅助电压对驱动器供电来保持在辅助电压和返回之间切换的时钟信号。4.根据权利要求1所述的开关电源，包括：PWM控制器，其具有用作驱动电荷泵的时钟源的PWM输出，所述PWM输出是用于控制所述开关和控制电路中的开关器件的相同PWM输出，以及其中(1)当供电时，常通晶体管最初是导通的，从而建立电流流动的路径以对辅助电容器进行充电从而产生辅助电压，以及(2)当辅助电容器两端的电压足以使PWM控制器操作并开始传送PWM脉冲时，PWM脉冲用作用于产生使常通晶体管截止所需...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·朱彻斯，
申请(专利权)人：百富澳门离岸商业服务有限公司，
类型：发明
国别省市：中国澳门,82