CN102761239B - 开关电源控制器的恒定电流高压启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，包括：高压恒流电路，用于以恒定高压启动电流为开关电源控制器的电源端的外接电容充电；恒流控制电路，用于当检测到所述开关电源控制器的电源端电压高于预定启动电压时控制关断所述高压恒流电路，并当检测到所述开关电源控制器的电源端电压低于预定关断电压时控制开通所述高压恒流电路。本发明通过恒定的高压启动电流给开关电源控制器充电，从而实现了开关电源控制器的快速启动，在开关电源控制器实现启动后能有效关断恒定的高压启动电流提高了开关电源***的效率，并在开关电源待机时减少开关电源***的能量损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒定电流高压启动电路，尤其涉及一种开关电源控制器的恒定电流高压启动电路。
背景技术
随着电子技术的发展，开关电源***以优异的性能和广泛的应用成为电源***的主要应用。在提倡节能环保的今天，各种电源***对降低功耗的需求越来越高，各国纷纷针对不同功耗等级的电源***制定出严格的能效标准；如：能源之星规定，50W（瓦）以内电源***的待机功耗不能超过0.3W。
目前，开关电源的典型应用中启动电阻的作用为在启动时流过启动电阻的电流给控制芯片的电源端VCC的外接电容充电。由于该电阻跨接在AC（交流）整流滤波电容与芯片外接电容间，只要AC电源上电，电阻上就会存在电流。如果启动电阻较大则电源***的启动时间会较长，如果启动电阻较小则电阻上持续流过的电流会较大。特别在电源***处于轻载或空载状态时，启动电阻上消耗的功耗占***功耗的比例会大幅增加。一般应用中为了兼顾启动时间和***功耗，启动电阻会选用兆欧级别，但即使如此，高压264V（伏）应用时启动电阻上的功耗也会有几十毫瓦到上百毫瓦。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，在缩短电源***启动时间的同时，降低启动电阻上的能量消耗，提高***效率，降低待机功耗。
为了达到上述目的，本发明提供了一种开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，包括：
高压恒流电路，用于以恒定的高压启动电流为开关电源控制器的电源端的外接电容充电；
恒流控制电路，用于当检测到所述开关电源控制器的电源端电压高于预定启动电压时控制关断所述高压恒流电路，并当检测到所述开关电源控制器的电源端电压低于预定关断电压时控制开通所述高压恒流电路。
实施时，所述高压恒流电路，进一步用于通过稳定电流检测电阻两端电压而提供恒定高压启动电流为开关电源控制器的电源端的外接电容充电。
实施时，所述高压恒流电路包括N型高压场效应管、第一场效应管、第二场效应管、电压钳位模块、电流检测电阻和耐压限流模块，其中，
所述N型高压场效应管的漏极和所述耐压限流模块的一端分别与开关电源控制器的高压端连接；
所述N型高压场效应管的栅极，与所述耐压限流模块的另一端连接，并与所述第一场效应管的漏极和栅极以及第二场效应管的漏极连接；
所述N型高压场效应管的源极与所述电流检测电阻的一端连接；
所述第一场效应管的源极与所述电压钳位模块的一端连接；
所述电压钳位模块的另一端和所述电流检测电阻的另一端，分别与所述开关电源控制器的电源端连接，并通过外接电容与所述开关电源控制器的地端连接；
所述第二场效应管的栅极接入所述恒流控制电路的输出信号；
所述第二场效应管的源极与所述开关电源控制器的地端连接。
实施时，所述电压钳位模块包括电压钳位管；所述耐压限流模块包括耐压限流电阻；所述耐压限流电阻为高压电阻；
所述电压钳位管的漏极和栅极分别与所述第一场效应管的源极连接；
所述电压钳位管的源极与所述开关电源控制器的电源端连接。
实施时，所述电压钳位模块包括电压钳位管；
所述耐压限流模块包括耗尽型N型高压场效应管和限流单元；
所述耗尽型N型高压场效应管的漏极与开关电源控制器的高压端连接；
所述N型高压场效应管的栅极，与所述限流单元的一端和所述耗尽型N型高压场效应管的栅极连接；
所述电压钳位管的漏极和栅极分别与所述第一场效应管的源极连接；
所述耗尽型N型高压场效应管的源极与所述限流单元的另一端连接；
所述电压钳位管的源极与所述开关电源控制器的电源端连接。
实施时，所述限流单元为限流电阻或倒比MOS管。
与现有技术相比，本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路不仅通过恒定的启动电流给开关电源控制器充电实现了控制器的快速启动，在控制器实现启动后能有效关断启动电流提高了开关电源***的效率，并在电源待机时减少***的能量损耗。
附图说明
图1是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第一实施例的结构框图；
图2是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第二实施例的电路图；
图3是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第三实施例的电路图；
图4是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第四实施例的电路图；
图5是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第五实施例的电路图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再做进一步详细的说明。
本发明的具体实施的方式不仅限于下面的描述，现结合附图加以进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第一实施例包括：
高压恒流电路10，与开关电源控制器的高压端HV连接，用于以恒定的高压启动电流为开关电源控制器的电源端VCC的外接电容CVCC充电；
恒流控制电路20，与所述高压恒流电路10连接，用于当检测到所述开关电源控制器的电源端电压高于预定启动电压时控制关断所述高压恒流电路，并当检测到所述开关电源控制器的电源端电压低于预定关断电压时控制开通所述高压恒流电路。
本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第一实施例，通过恒定的高压启动电流给开关电源控制器充电，从而实现了开关电源控制器的快速启动，在开关电源控制器实现启动后能有效关断恒定的高压启动电流提高了开关电源***的效率，并在开关电源待机时减少开关电源***的能量损耗。
实施时，所述高压恒流电路10，进一步用于通过稳定电流检测电阻两端电压而提供恒定高压启动电流为开关电源控制器的电源端的外接电容充电。
图2是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第二实施例的电路图。
本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第二实施例基于本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第一实施例。
如图2所示，在本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第二实施例中，
所述高压恒流电路10包括N型高压场效应管M0、第一场效应管M1、第二场效应管M2、电压钳位模块101、电流检测电阻R1和耐压限流模块102，其中，
所述N型高压场效应管M0的漏极和所述耐压限流模块102的一端分别与开关电源控制器的高压端HV连接；
所述N型高压场效应管M0的栅极，与所述耐压限流模块102的另一端连接，并与所述第一场效应管M1的漏极和栅极以及第二场效应管M2的漏极连接；
所述N型高压场效应管M0的源极与所述电流检测电阻R1的一端连接；
所述第一场效应管M1的源极与所述电压钳位模块101的一端连接；
所述电压钳位模块101的另一端和所述电流检测电阻R1的另一端，分别与所述开关电源控制器的电源端VCC连接，并通过外接电容CVCC与所述开关电源控制器的地端GND连接；
所述第二场效应管M2的栅极接入所述恒流控制电路20的输出信号HVEN；
所述第二场效应管M2的源极与所述开关电源控制器的地端GND连接；
所述恒流控制电路20包括电压检测模块201，其中
所述电压检测模块201的输入端与所述开关电源控制器的电源端VCC连，接，所述电压检测模块201的输出端HVEN与所述高压恒流电路10包括的第二场效应管M2的栅极连接；
所述高压恒流电路10在启动阶段，通过耐压限流模块102提供的电流上拉N型高压场效应管M0的栅极电压并使其导通，启动电流从开关电源控制器的高压端HV流经N型高压场效应管M0的漏极到N型高压场效应管M0的源极，启动电流流过电流检测电阻R1形成一个检测电压，当检测电压超过电压钳位模块101的钳位电压，电压钳位模块101会降低N型高压场效应管M0的栅极电压从而限制其导通，达到限制启动电流大小的目的；
所述电压钳位模块的钳位电压与所述电流检测电阻R1的阻值共同决定高压恒定电流的大小。
图3是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第三实施例的电路图。
本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第三实施例基于本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第二实施例。
如图3所示，在本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第三实施例中，
所述电压钳位模块包括电压钳位管M3；
所述耐压限流模块包括耐压限流电阻R2；
所述电压检测模块为迟滞电压比较器2011；
所述N型高压场效应管M0的漏极和所述耐压限流电阻R2的一端分别与开关电源控制器的高压端HV连接；
所述N型高压场效应管M0的栅极，与所述耐压限流电阻R2的另一端连接，并与所述第一场效应管M1的漏极和栅极以及第二场效应管的漏极连接；
所述N型高压场效应管M0的源极与所述电流检测电阻R1的一端连接；
所述第一场效应管M1的源极与所述电压钳位管M3的漏极和栅极连接；
所述电压钳位管M3的源极和所述电流检测电阻R1的另一端，分别与所述开关电源控制器的电源端VCC连接，并通过外接电容CVCC与所述开关电源控制器的地端GND连接；
所述第二场效应管M2的栅极接入所述恒流控制电路20的输出信号HVEN；
所述第二场效应管M2的源极与所述开关电源控制器的地端GND连接。
在该第三实施例中，所述耐压限流电阻R2为高压电阻，以保证内部电路的正常工作；
并且所述耐压限流电阻R2必须足够大，以保证所述高压恒流电路10关闭时流过所述耐压限流电阻R2的电流足够小，从而减小所述开关电源控制器正常工作时的功耗和待机时的功耗。
在该第三实施例中，所述电压钳位模块101的钳位电压可以是所述电压钳位管M3的阈值电压、二极管的正向导通电压或齐纳二极管的反向电压。
如图3所示，在该第三实施例中，所述恒流控制电路20包括：
迟滞电压比较器2011，输入端与所述开关电源控制器的电源端VCC连接，输出端HVEN与所述高压恒流电路10的第二场效应管M2的栅极连接，用于当检测到所述开关电源控制器的电源端VCC的电压高于预定启动电压时控制关断所述高压恒流电路10，并当检测到所述开关电源控制器的电源端VCC的电压低于预定关断电压时控制开通所述高压恒流电路10。
图4是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第四实施例的电路图。
本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第四实施例基于本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第二实施例。
如图4所示，在本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第四实施例中，
所述电压钳位模块101包括电压钳位管M3；
所述耐压限流模块102包括耗尽型N型高压场效应管M4和限流单元1021；
所述N型高压场效应管M0的漏极和所述耗尽型N型高压场效应管M4的漏极分别与开关电源控制器的高压端HV连接；
所述N型高压场效应管M0的栅极，与所述限流单元1012的一端和所述耗尽型N型高压场效应管M4的栅极连接，并与所述第一场效应管M1的漏极和栅极以及第二场效应管的漏极连接；
所述N型高压场效应管M0的源极与所述电流检测电阻R1的一端连接；
所述第一场效应管M1的源极与所述电压钳位管M3的漏极和栅极连接；
所述耗尽型N型高压场效应管M4的源极与所述限流单元1012的另一端连接；
所述电压钳位管M3的源极和所述电流检测电阻R1的另一端，分别与所述开关电源控制器的电源端VCC连接，并通过外接电容CVCC与所述开关电源控制器的地端GND连接；
所述第二场效应管M2的栅极接入所述恒流控制电路20的输出信号HVEN；
所述第二场效应管M2的源极与所述开关电源控制器的地端GND连接。
在该第四实施例中，所述电压钳位模块101的钳位电压可以是所述电压钳位管M3的阈值电压、二极管的正向导通电压或齐纳二极管的反向电压；
所述电压钳位管M3的阈值电压与所述电流检测电阻R1的阻值共同决定高压恒定电流的大小；
所述限流单元可以为限流电阻或倒比MOS管(金属-氧化层-半导体-场效晶体管)；
所述电压检测模块为迟滞电压比较器2011。
在该第四实施例中，在同一芯片中集成了两个高压器件：N型高压场效应管M0和耗尽型N型高压场效应管M4；
所述N型高压场效应管M0的漏极和所述耗尽型N型高压场效应管M4漏极通过特殊的版图设计整合在一起。
图5是本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第五实施例的电路图。
本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第五实施例基于本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第四实施例。
如图5所示，在本发明所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路的第五实施例中，
所述限流单元为限流电阻R3；
所述电压检测模块为迟滞电压比较器2011。
由上述技术方案可知，本发明所述的开关电源控制器的高压启动电路，在开关电源控制器中集成高压启动电路，不仅通过恒定的高压启动电流给开关电源控制器充电，以实现开关电源控制器的快速启动，而且在开关电源控制器实现启动后能够有效地关断恒定的高压启动电流，以提高开关电源***的效率，并且在开关电源待机时减少开关电源***的能量损耗。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，其特征在于，包括：
高压恒流电路，用于以恒定的高压启动电流为开关电源控制器的电源端的外接电容充电；
恒流控制电路，用于当检测到所述开关电源控制器的电源端电压高于预定启动电压时控制关断所述高压恒流电路，并当检测到所述开关电源控制器的电源端电压低于预定关断电压时控制开通所述高压恒流电路；
所述高压恒流电路包括N型高压场效应管、第一场效应管、第二场效应管、电压钳位模块、电流检测电阻和耐压限流模块，其中，
所述N型高压场效应管的漏极和所述耐压限流模块的一端分别与开关电源控制器的高压端连接；
所述N型高压场效应管的栅极，与所述耐压限流模块的另一端连接，并与所述第一场效应管的漏极和栅极以及第二场效应管的漏极连接；
所述N型高压场效应管的源极与所述电流检测电阻的一端连接；
所述第一场效应管的源极与所述电压钳位模块的一端连接；
所述电压钳位模块的另一端和所述电流检测电阻的另一端，分别与所述开关电源控制器的电源端连接，并通过外接电容与所述开关电源控制器的地端连接；
所述第二场效应管的栅极接入所述恒流控制电路的输出信号；
所述第二场效应管的源极与所述开关电源控制器的地端连接；
所述耐压限流模块包括耗尽型N型高压场效应管和限流单元；
所述耗尽型N型高压场效应管的漏极与开关电源控制器的高压端连接；
所述N型高压场效应管的栅极，与所述限流单元的一端和所述耗尽型N型高压场效应管的栅极连接；
所述耗尽型N型高压场效应管的源极与所述限流单元的另一端连接。
2.如权利要求1所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，其特征在于，所述高压恒流电路，进一步用于通过稳定电流检测电阻两端电压而提供恒定高压启动电流为开关电源控制器的电源端的外接电容充电。
3.如权利要求1所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，其特征在于，
所述电压钳位模块包括电压钳位管；
所述电压钳位管的漏极和栅极分别与所述第一场效应管的源极连接；
所述电压钳位管的源极与所述开关电源控制器的电源端连接。
4.如权利要求3所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，其特征在于，
所述限流单元为限流电阻或倒比MOS管。
5.如权利要求1、3或4所述的开关电源控制器的恒定电流高压启动电路，其特征在于，
所述恒流控制电路包括电压检测模块；
所述电压检测模块的输入端与所述开关电源控制器的电源端连接，所述电压检测模块的输出端与所述高压恒流电路包括的第二场效应管的栅极连接。
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