CN100530914C - 用于开关电源电路的缓启动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于开关电源电路的缓启动单元，该开关电源电路包括一第一电源输入端及一电源主控制芯片。该电源输入端为该开关电源电路提供工作电压。该缓启动单元包括一第一电阻、一第二电阻、一电容、一光耦合器及一工作在放大状态的第一晶体管。该第一晶体管的基极经由该第二电阻及该电容连接在该第一电源输入端，集电极经由该光耦合器及该第一电阻连接在该第一电源输入端，发射极接地。该电源主控制芯片将该光耦合器的输出电流进行脉宽调制，从而输出该开关电源电路的输出电压。

Description

用于开关电源电路的缓启动单元

技术领域

本发明涉及一种用于开关电源电路的缓启动单元。

背景技术

由于开关电源具备轻、薄、耗电小等优点，已被广泛应用在便携式产品、航空与自动化产品、仪器仪表等电子产品中。然而，在开关转换瞬间，由于电路中存在电抗元件，随着电抗元件的能量充放，功率元件会受到过大电流及热能冲击，从而导致元件失效，开关电源电路可靠性降低。因此，为提高开关电源电路可靠性，需设置一缓启动单元(Snubber Circuit)以便抑制过电流产生，有效保护电路元件。

图1是一种现有技术开关电源电路的局部电路图。该开关电源电路10包括一第一输入端11、一第二输入端12、一分压单元13、一稳压单元14、一缓启动单元15、一电源主控制芯片16及一电源输出端17。该第一输入端11及该第二输入端12分别为该开关电源电路10提供+5V及+12V的工作电压。该分压单元13输出一分压值至该稳压单元14，该分压值即为该稳压单元14的稳压参考值。当流经该缓启动单元15的电流过小而导致该开关电源电路10的输出电压过大时，该稳压单元14控制调整流经该缓启动单元15的电流大小，从而使该开关电源电路10的输出电压不超过该稳压参考值。经该缓启动单元15缓冲处理的+5V工作电压，经由该电源主控制芯片16传输至该电源输出端17。该电源输出端17的输出电压经由一变压器(图未示)向负载(图未示)供电。

该分压单元13包括三电阻131、132、133及一分压节点134。该第一输入端11输入的+5V工作电压依次经由该第一电阻131、该分压节点134及该第三电阻133接地。该第二输入端12输入的+12V  作电压依次经由该第二电阻132、该分压节点134及该第三电阻133接地。该分压节点134的输出电压传输至该稳压单元14，其输出电压值即为该稳压单元14的稳压参考值，可依据基尔霍夫定律(Kirchhoff’s Law)进行计算。

该缓启动单元15包括一第四电阻151、一第五电阻152、一二极管153、一电容154及一光耦合器155。第一输入端11输入的+5V工作电压具有二输出通路，其一输出通路依次经由该第四电阻151、该光耦合器155、该二极管153及该电容154接地，另一输出通路经由该第五电阻152及该电容154接地。该二极管153通常为IN4148。

该光耦合器155包括一晶体管156与一发光二极管157。该晶体管156包括一基极(未标示)、一发射极(未标示)及一集电极(未标示)，其基极感应自该发光二极管157出射的光粒子从而使该晶体管156导通，其集电极经由一限流电阻158连接在一工作电压V_ss，发射极输出电流至该电源主控制芯片16。该电源主控制芯片16可将光耦合器155的输出电流与一锯齿波脉冲进行脉宽调制，从而得到与光耦合器155输出电流大小成反比的输出电压至该电源输出端17。

该稳压单元14包括一三端可编程并联稳压器(Three-terminal Shunt Regulator)141及具有滤波功能的RC串联电路(未标示)。该三端可编程并联稳压器141可为TL 431，其包括一阳极1411、一阴极1412及一参考极1413。该阴极1412连接至该RC串联电路的一端，阳极1411接地，参考极1413经由该RC串联电路的另一端连接至该分压节点134。当流经该光耦合器155的电流I过小而导致该电源输出端17的输出电压过大时，该三端可编程并联稳压器141的阴极1412输出一调整电平至该光耦合器155的发光二极管157的阴极端，从而调节该电流I的大小，使该开关电源电路10的输出电压不超过该稳压参考值。

当该开关电源电路10启动时，该二极管153导通，第一输入端11输入的+5V工作电压分别经由该第四电阻151、该光耦合器155及该二极管153所在的输出通路及该第五电阻152所在的输出通路对该电容154充电。随着电容154的充电电压逐渐升高，导致流经该光耦合器155的发光二极管157的电流I逐渐降低，则该发光二极管157发射的光粒子逐渐减少，使该晶体管157的输出电流逐渐降低，从而导致该电源主控制芯片16的输出电压逐渐增加，则该电源输出端17的输出电压逐渐升高，直到该电容154的充电电压升高使得该二极管153反向截止，该开关电源电路10完成缓启动操作。之后，该开关电源电路10稳定输出。同时，该第一输入端11经由该第五电阻152继续对该电容154充电，直到该电容154的充电电压达到+5V为止。

由于上述缓启动单元15的电容154需承受+5V的充电电压，且在其充电过程中需承受较大的充电电流，因此，该电容154仅能选择具有大容量性能的电解电容。然而，电解电容体积较大，导致该缓启动单元15的体积较大，从而导致使用该缓启动单元15的开关电源电路10不适用于小型化、微型化电子器件。

发明内容

为了解决现有技术中因缓启动电路体积过大而导致的开关电源电路体积过大的问题，有必要提供一种具有较小体积的用于开关电源电路的缓启动单元。

一种用于开关电源电路的缓启动单元，该开关电源电路包括一第一电源输入端及一电源主控制芯片。该电源输入端为该开关电源电路提供工作电压。该缓启动单元包括一第一电阻、一第二电阻、一电容、一光耦合器及一工作在放大状态的第一晶体管。该第一晶体管的基极经由该第二电阻及该电容连接在该第一电源输入端，集电极经由该光耦合器及该第一电阻连接在该第一电源输入端，发射极接地。该电源主控制芯片将该光耦合器的输出电流进行脉宽调制，从而输出该开关电源电路的输出电压。

与现有技术相比，该开关电源电路的缓启动单元是由电容、光耦合器、多个电阻以及工作在放大状态的晶体管共同构成。由于该晶体管工作在放大状态，则流经该电容的电流强度较小，且电容的充电电压仅需升高至使该晶体管截止为止，不会立即达到第一电源输入端所提供的工作电压。因此，所需电容的容量较小，仅需使用小容量的瓷片电容即可。由于瓷片电容较电解电容具有体积小的特点，因此，该缓启动单元的体积较小，从而保证使用该缓启动单元的开关电源电路适用于小型化、微型化电子器件。

附图说明

图1是一种现有技术开关电源电路的局部电路图。

图2是本发明开关电源电路一较佳实施方式的局部电路图。

具体实施方式

请参阅图2，是本发明开关电源电路一较佳实施方式的局部电路图。该开关电源电路20包括一第一输入端21、一第二输入端22、一分压单元23、一稳压单元24、一缓启动单元25、一电源主控制芯片26及一电源输出端27。该第一输入端21与该第二输入端22分别为该开关电源电路20提供+5V及+12V的工作电压。该分压单元23输出一分压值至该稳压单元24，该分压值即为该稳压单元24的稳压参考值。当流经该缓启动单元25的电流过小而导致该开关电源电路20的输出电压过大时，该稳压单元24控制调整流经该缓启动单元25的电流大小，从而使该开关电源电路20的输出电压不超过该稳压参考值。经该缓启动单元25缓冲处理的+5V工作电压，再经由该电源主控制芯片26处理后传输至该电源输出端27。该电源输出端27的输出电压经由一变压器(图未示)向负载(图未示)供电。

该分压单元23包括三电阻231、232、233及一分压节点234。该第一输入端21输入的+5V工作电压依次经由该第一电阻231、该分压节点234及该第三电阻233接地。该第二输入端22输入的+12V工作电压依次经由该第二电阻232、该分压节点234及该第三电阻233接地。该分压节点234的输出电压传输至该稳压单元24，其输出电压值即为该稳压单元24的稳压参考值，可依据基尔霍夫定律进行计算。

该缓启动单元25包括一第四电阻251、一第五电阻252、一电容254、一三极管253及一光耦合器255。

该三极管253包括一基极2531、一集电极2532及一发射极2533，其基极2531经由该第五电阻252、该电容254连接在该第一输入端21，集电极2532经由该光耦合器255及该第四电阻251连接在该第一输入端21，发射极2533接地。该三极管253为贴片式NPN型三极管。

该光耦合器255包括一晶体管256与一发光二极管257。该晶体管256包括一基极(未标示)、一发射极(未标示)及一集电极(未标示)，其基极感应自该发光二极管257出射的光粒子从而使该晶体管256导通，其集电极经由一限流电阻258连接至一工作电压V_ss，发射极输出电流至该电源主控制芯片26。该电源主控制芯片26可将光耦合器255的输出电流与一锯齿波脉冲进行脉宽调制，从而得到与光耦合器255输出电流大小成反比的输出电压至该电源输出端27。

该稳压单元24包括一三端可编程并联稳压器241及具有滤波功能的RC串联电路(未标示)。该三端可编程并联稳压器241可为TL431，其包括一阳极2411、一阴极2412及一参考极2413。该阴极2412连接至该RC串联电路的一端，阳极2411接地，参考极2413经由该RC串联电路的另一端连接至该分压节点234。当流经该光耦合器255的电流I过小而导致该电源输出端27输出电压过大时，该三端可编程并联稳压器241的阴极2412输出一调整电平至该光耦合器255的发光二极管257的阴极端，从而调节该电流I的大小，使该开关电源电路20的输出电压不超过该稳压参考值。

当该开关电源电路20启动时，该第一输入端21输入的+5V工作电压经由该电容254及该第五电阻255控制该三极管253。启动瞬间，该电容254相当于短路，则该三极管253的基极电流I_b最大，从而使该三极管253导通。随着该电容254的充电电压逐渐升高，则该基极电流I_b逐渐减小，导致流经该光耦合器255的电流I逐渐减小，则该光耦合器255的发光二极管257出射至该晶体管256基极的光子数目逐渐减少，该光耦合器255的发射极输出电流逐渐减小，该电源主控制芯片26的输出电压逐渐增大。当该电容254的充电电压使基极电流I_b减小从而使该三极管253截止时，该开关电源电路20完成缓启动操作。之后，该第一输入端21输入的+5V工作电压经由该第四电阻251对该光耦合器255继续供电，且该光耦合器255的输出电流稳定，该电源主控制芯片26稳定输出。

仿真实验证明，当选用容量为0.1Mf的电容254时，该开关电源电路20的缓启动过程所需时间为0.4毫秒。

该开关电源电路20的缓启动单元25由电容254、光耦合器255、多个电阻以及工作在放大状态的三极管253共同构成。由于该三极管253工作在放大状态，流经该电容254的电流强度较小，且电容254的充电电压仅需升高至使该三极管253截止为止，不会继续充电至5V。因此，所需电容254的容量较小，仅需使用小容量的瓷片电容即可。由于瓷片电容较电解电容具有体积小的特点，且三极管253也可采用贴片式三极管，因此，该缓启动单元25的体积较小，从而保证使用该缓启动单元25的开关电源电路20适用于小型化、微型化电子器件。

另，上述开关电源电路20缓启动单元25的三极管253也可为PNP型三极管。

Claims (10)

1.一种用于开关电源电路的缓启动单元，该开关电源电路包括一第一电源输入端及一电源主控制芯片，该第一电源输入端为该开关电源电路提供工作电压，该缓启动单元包括一光耦合器，该电源主控制芯片将该光耦合器的输出电流进行脉宽调制，从而输出该开关电源电路的输出电压，其特征在于：该缓启动单元进一步包括一第一电阻、一第二电阻、一电容及一工作在放大状态的第一晶体管，该第一晶体管的基极经由该第二电阻及该电容连接在该第一电源输入端，其集电极经由该光耦合器及该第一电阻连接在该第一电源输入端，发射极接地。

2.如权利要求1所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该电容为瓷片电容，该第一晶体管为贴片式晶体管。

3.如权利要求2所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该第一晶体管为NPN型三极管或PNP型三极管。

4.如权利要求1所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该光耦合器包括一发光二极管与一第二晶体管，该发光二极管出射光粒子驱动该第二晶体管导通。

5.如权利要求1所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该电源主控制芯片的输出电压与该光耦合器的输出电流大小成反比。

6.如权利要求4所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该开关电源电路进一步包括一第二电源输入端，该第二电源输入端的电压值为+12V，该第一电源输入端的电压值为+5V。

7.如权利要求6所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该开关电源电路进一步包括一分压单元与一稳压单元，该分压单元将该第一电源输入端及该第二电源输入端所提供的工作电压进行分压，从而输出一参考值至该稳压单元，该稳压单元包括一三端可编程并联稳压器，该三端可编程并联稳压器的阴极直接与该光耦合器的发光二极管的阴极相连，参考极连接于该分压单元输出参考值处，阳极接地，该三端可编程并联稳压器用于调整该缓启动单元光耦合器的输出电流大小以控制该电源主控制芯片输出电压不超过该参考值。

8.如权利要求7所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该稳压单元进一步包括一具有滤波功能的RC串联电路，该RC串联电路连接于该三端可编程并联稳压器的参考极与阴极之间。

9.如权利要求7所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该分压单元包括一第三电阻、一第四电阻及一第五电阻，该第一电源输入端输入的工作电压依次经由该第三电阻及该第五电阻接地，该第二输入端输入的工作电压依次经由该第四电阻及该第五电阻接地。

10.如权利要求7所述的用于开关电源电路的缓启动单元，其特征在于：该三端可编程并联稳压器为TL431。

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