一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统，包括输入电路、变压器、输出电路、开关管、电容C和控制电路；设置两个开关管M1和M2以及检测电阻R

A fast start and self powered system of switching power converter

The invention discloses a fast start and self power supply system of a switching power converter, which comprises an input circuit, a transformer, an output circuit, a switch tube, a capacitor C and a control circuit, two switch tubes M1 and M2 and a detection resistance R

【技术实现步骤摘要】
一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统
本专利技术涉及开关电源变换器，尤其涉及一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统，属于集成电路

技术介绍
随着技术的进步和国际电源标准能源之星的标准要求不断提高，系统启动响应时间要尽量短,同时要求系统待机功耗尽量小。传统的启动电路如果想要启动时间短,那么启动电阻的值不能太大,这就会导致电源系统的待机功耗偏大,所以我们需要在启动时间和待机功耗之间进行折中考虑。此外，移动便携式设备的普及和客户使用体验的提升，对电源产品体积希望越小越好，对于厂商来说系统外部元件越少越好，可以有效降低系统成本。传统结构的开关电源系统需要三个绕组：初级绕组、副边绕组和辅助绕组，初级绕组和副边绕组实现电源的隔离和能量传输，辅助绕组主要用于控制电路VCC供电和部分保护检测。图1为传统开关电源启动电路和VCC供电电路，启动时输入电路直接经过启动电阻Rst给VCC电容C充电，若此时输入电压为Vin，则启动电流为Ist＝Vin/Rst，在相同的输入电压和VCC电容，启动电流越大，启动速度越快，而启动电阻上的功耗是Pst＝Vin2/Rst，若要降低待机功耗，满足最新的能效标准，则Rst的值必须取大，但是又会导致传统启动电路的启动电流Ist变小，启动时间变长，如果需要快速启动，则需要减小启动电阻Rst，但这会导致系统的待机功耗Pst变大。所以在传统的启动电路中，启动时间和待机功耗是相互矛盾的。图1所示的传统VCC供电电路在启动完成以后，需要采用变压器的辅助绕组和电容C供电给控制电路，电路变压器架构复杂，外围元器件也多，体积大，成本高。中国专利200810198334.9公开的一种变换器自供电控制电路如图2所示，包括输入电路、变换器、输出电路、开关K1、K2、K3以及电容C和控制电路。控制电路控制开关K1、K2、K3的接通和断开，使输入电路通过变换器与输出电路连接，以达到变换器的能量输出。200810198334.9省去了图1的反馈供电电路，简化了结构，降低了成本。其不足之处在于，其中K1，K2，K3是控制开关，由于K1和K2串联在一起到地，所以K1和K2都走相同的功率级大电流，在实际电路中，K1承受高压和大电流，可以采用外置功率管实现，而K2虽然不承受高压但是必须流经大电流，在实际半导体芯片电路加工中K2必须采用DMOS工艺才能保证其导通能力。根据实际工艺实现方式，K2、K3和控制电路组合成单芯片。因为K2DMOS集成在芯片上，所以会带来芯片整体成本增加和可靠性问题(如DMOS温升发热)。而且在实际工作中，芯片的供电和功率级电路是一个系统，芯片的电源需要通过K1、K2、K3的不停切换来维持供电，逻辑复杂，容易出错。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统，将该系统应用于开关电源中以减小系统待机功耗，同时还能快速启动，减小启动时间，此外VCC自供电电路能够省略辅助绕组，减小电源系统的体积，采用普通半导体工艺就能实现降低芯片成本和整个系统的成本，可将芯片供电电路和功率级电路分开(即图2中K1和K2分开，去掉K3)，安全可靠性增加。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统，包括输入电路、变压器、输出电路、开关管、电容C和控制电路，输入电路连接变压器的初级绕组，输出电路连接变压器的次级绕组，其特征在于，设置两个开关管NMOS管M1和NMOS管M2以及检测电阻RCS，初级绕组的非同名端连接NMOS管M1的漏极和NMOS管M2的漏极，NMOS管M1的源极连接电容C的一端并连接控制电路，作为控制电路的电源电压VCC供电端，电容C的另一端接地，NMOS管M2的源极连接检测电阻RCS的一端和控制电路，检测电阻RCS的另一端接地，控制电路输出控制信号W1和W2，控制信号W1连接NMOS管M1的栅极，控制NMOS管M1的开通和关断，控制信号W2连接NMOS管M2的栅极，控制NMOS管M2的开通和关断，NMOS管M1开通时，NMOS管M2关断，NMOS管M1关断时，NMOS管M2开通。所述控制电路包括VCC启动和采样稳压电路、VCC充电时序控制电路、PWM信号模块、CS限流比较器、RS触发器Ⅰ和驱动模块，VCC启动和采样稳压电路的输入端连接NMOS管M1的源极与电容C的连接端，VCC启动和采样稳压电路的信号流输出端连接VCC充电时序控制电路的输入端，CS限流比较器的正输入端连接NMOS管M2的源极与检测电阻RCS的连接端，CS限流比较器的负输入端连接基准电压Vref，CS限流比较器的输出端连接RS触发器Ⅰ的输入端S，RS触发器Ⅰ的输入端R连接PWM信号模块的输出端，RS触发器Ⅰ的输出端Q连接驱动电路，驱动电路输出控制信号W2连接NMOS管M2的栅极，同时，该控制信号W2还连接VCC充电时序控制电路的另一个输入端，VCC充电时序控制电路输出控制信号W1连接NMOS管M1的栅极。所述VCC启动和采样稳压电路包括电阻R1、电阻R2、比较器Ⅰ和比较器Ⅱ，电阻R1的一端作为VCC启动和采样稳压电路的输入端连接NMOS管M1的源极与电容C的连接端，电阻R1的另一端通过电阻R2接地，比较器Ⅰ的负输入端与比较器Ⅱ的正输入端互连并连接电阻R1与电阻R2的连接端，电阻R2的另一端接地，比较器Ⅰ的正输入端连接VCC采样电压的设定值V1，比较器Ⅱ的负输入端连接采样电压的另一个设定值V2，V1<V2，比较器Ⅰ的输出信号L1和比较器Ⅱ的输出信号L2共同作为VCC启动和采样稳压电路的信号流输出给VCC充电时序控制电路。所述VCC充电时序控制电路包括反相器、延时电路、与门和RS触发器Ⅱ，反相器的输入端连接控制信号W2，反相器的输出端连接延时电路，RS触发器Ⅱ的输入端S连接输出信号L1，RS触发器Ⅱ的输入端R连接输出信号L2，RS触发器Ⅱ的输出端Q连接与门的一个输入端，与门的另一个输入端连接延时电路的输出，与门的输出作为VCC充电时序控制电路的输出端，输出控制信号W1。系统的工作过程：NMOS管M1的初态是开通状态，NMOS管M2的初态是关断状态，系统启动时，NMOS管M1开通，NMOS管M2关断，输入电路通过变压器初级和开通的NMOS管M1快速给电容C充电，当电容C上的电压VCC上升到设定的启动电压值V_start时，系统启动完成，控制电路关断NMOS管M1、开通NMOS管M2，停止给电容C充电，此时芯片工作电流消耗电容C的电荷，电容C上的电压VCC开始下降，当VCC启动和采样稳压电路得到的VCC采样电压下降到设定值V1时，开通NMOS管M1给电容C充电，当电容C上的电压VCC开始上升，当VCC启动和采样稳压电路得到的VCC采样电压上升到设定值V2时，关断NMOS管M1，停止充电，形成一个NMOS管M1的开关周期，维持电容C上的VCC电压。本专利技术的优点及显著效果：(1)本专利技术应用于开关电源时，无需启动电阻，可以降低系统待机功耗，同时还能快速启动，减小启动时间。(2)本专利技术能够省略辅助绕组，减小电源系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统，包括输入电路、变压器、输出电路、开关管、电容C和控制电路，输入电路连接变压器的初级绕组，输出电路连接变压器的次级绕组，其特征在于，设置两个开关管NMOS管M1和NMOS管M2以及检测电阻R

【技术特征摘要】
1.一种开关电源变换器的快速启动和自供电系统，包括输入电路、变压器、输出电路、开关管、电容C和控制电路，输入电路连接变压器的初级绕组，输出电路连接变压器的次级绕组，其特征在于，设置两个开关管NMOS管M1和NMOS管M2以及检测电阻RCS，初级绕组的非同名端连接NMOS管M1的漏极和NMOS管M2的漏极，NMOS管M1的源极连接电容C的一端并连接控制电路，作为控制电路的电源电压VCC供电端，电容C的另一端接地，NMOS管M2的源极连接检测电阻RCS的一端和控制电路，检测电阻RCS的另一端接地，控制电路输出控制信号W1和W2，控制信号W1连接NMOS管M1的栅极，控制NMOS管M1的开通和关断，控制信号W2连接NMOS管M2的栅极，控制NMOS管M2的开通和关断，NMOS管M1开通时，NMOS管M2关断，NMOS管M1关断时，NMOS管M2开通。


2.根据权利要求1所述的开关电源变换器的快速启动和自供电系统，其特征在于，所述控制电路包括VCC启动和采样稳压电路、VCC充电时序控制电路、PWM信号模块、CS限流比较器、RS触发器Ⅰ和驱动模块，VCC启动和采样稳压电路的输入端连接NMOS管M1的源极与电容C的连接端，VCC启动和采样稳压电路的信号流输出端连接VCC充电时序控制电路的输入端，CS限流比较器的正输入端连接NMOS管M2的源极与检测电阻RCS的连接端，CS限流比较器的负输入端连接基准电压Vref，CS限流比较器的输出端连接RS触发器Ⅰ的输入端S，RS触发器Ⅰ的输入端R连接PWM信号模块的输出端，RS触发器Ⅰ的输出端Q连接驱动电路，驱动电路输出控制信号W2连接NMOS管M2的栅极，同时，该控制信号W2还连接VCC充电时序控制电路的另一个输入端，VCC充电时序控制电路输出控制信号W1连接NMOS管M1的栅极。


3.根据权利要求2所述的开关电源变换器的快速启动和自供电系统，其特征在于，所述VCC启动和采样稳压电路包括电阻R1、电阻R2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏元，张洪俞，肖东岳，
申请(专利权)人：南京微盟电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32