CN103078486A - 一种电源转换器中的高压启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压启动电路，包括高压N型耗尽型晶体管，其漏端接HVDC端口；第一晶体管，其漏端连接耗尽型晶体管的源端；二极管，其正端连接变压器的线圈，负端连接第一晶体管的源端；变压器的线圈，其连接二极管的正端；储能电容，其一端连接二极管的负端；第二晶体管，其漏端连接第一晶体管的栅端和耗尽型晶体管的栅端，其栅端连接SD端口，接受SD端口信号的控制；电阻型器件，其一端连接耗尽型晶体管的源端，另一端连接耗尽型晶体管的栅端。本高压启动电路，避免了使用外置的启动电阻，***集成度较高，且流经N型耗尽管电流较低，有效地降低了启动电路的电流损耗，降低了***的待机功耗，且启动时间较快。

Description

一种电源转换器中的高压启动电路

技术领域

本发明涉及一种电源转换器中的电路，特别的，涉及一种降低***待机损耗的电源转换器中的高压启动电路。

背景技术

开关电源具有体积小，效率高以及电流大的优点，被广泛应用于各种场合。对于对电源进行管理的芯片，一般采用外置启动电阻的方法，实现从高压取电，完成降压和芯片的启动。

图1为电源管理类芯片的启动应用的电路图，其中，1为整流器，2为滤波器，这两者先将市电整流，再进行滤波，形成直流电平。3为外置启动电阻，4为启动电容，5为市电输入的电源管理芯片。其中电源管理芯片5通过启动电阻4从直流线网取电，为启动电容4充电，当启动电容电平达到启动电压时，芯片5开始工作。由此可以看出来，启动电阻3上的电流并不能被关断，这是一路持续消耗的电流。参见公式（1），启动电阻3消耗的功率由高压线网的输入电压（U）和启动电阻3(R)共同决定。所以为了降低这部分损耗，一般产品会选择较大阻值的电阻，用来降低功耗。

$P_{\mathrm{loss}}=\frac{{\mathrm{HVDC}}^2}{R_3}$ 公式（1）

由此可见，由于启动电路无法关断，将造成较高的待机损耗。其次，由于电路本身采用外置的启动电阻，造成***成本较高。第三，为了降低***功耗，将采用较大阻值的电阻，而这将导致***启动较慢。

而随着节能意识的普及，外界客户，特别是美国，欧洲客户对节能所要求的指标越来越高。如何降低***的待机功耗，并降低***的成本，提高待机速度成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中所存在的上述的问题，提出一种降低***待机损耗的电源转换器中的启动电路，以及使用该启动电路的电源转换器。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高压启动电路，其包括高压N型耗尽型晶体管，所述耗尽型晶体管为四端口器件，其中所述耗尽型晶体管的漏端接HVDC端口，从HVDC端口的电源取电；第一晶体管，所述第一晶体管为四端口器件，其中所述第一晶体管的漏端连接所述耗尽型晶体管的源端；二极管，所述二极管正端连接变压器的线圈，负端连接所述第一晶体管的源端；变压器的线圈，所述变压器的线圈连接所述二极管的正端；储能电容，所述储能电容的一端连接所述二极管的负端和所述第一晶体管的源端；第二晶体管，所述第二晶体管为四端口器件，其中所述第二晶体管的漏端连接所述第一晶体管的栅端和所述耗尽型晶体管的栅端，所述第二晶体管的栅端连接SD端口，接受SD端口信号的控制；电阻型器件，所述电阻型器件一端连接所述耗尽型晶体管的源端和所述第一晶体管的漏端，另一端连接所述耗尽型晶体管的栅端和所述第一晶体管的栅端。

本高压启动电路，避免了使用外置的启动电阻，***集成度较高，降低了成本，且流经N型耗尽管电流较低，有效地降低了启动电路的电流损耗，降低了***的待机功耗，且启动时间较快。

优选地，所述耗尽型晶体管是电压控制电流型器件，具有负的阈值电压。

优选地，所述第一晶体管是隔离晶体管，或者非隔离晶体管。

优选地，所述电阻型器件是电阻或者晶体管。

优选地，还具有过压保护电路，所述过压保护电路连接所述第二晶体管的源端和所述二极管的正端，所述第二晶体管的源端和所述二极管的正端为所述过压保护电路提供电源。

当HVDC端的电源上电后，给SD端口赋予低电平，所述耗尽型晶体管和所述第一晶体管通过所述电阻型器件偏置导通，对所述储能电容器充电；当充电一段时间后，给SD端口赋予高电平，打开所述第二晶体管，所述电阻型器件开始有电流通过，所述电阻型器件作为第二晶体管的负载，为所述耗尽型晶体管提供负电压偏置，关断所述第一晶体管。

所述给SD端口赋予高电平的条件为：应用***检测所述储能电容的VDD电压达到启动要求，则***开始工作，给SD端口赋予高电平。

当所述储能电容的电压VDD超过了保护阈值，启动所述过压保护电路，从而关断所述启动电路，结束对所述储能电容的充电动作。

所述储能电容上的电压VDD最高能够被充到HVDC的电压。

本发明还公开了一种电源转换器，其包括如上任意一项所述的高压启动电路。该电源转换器能耗较低，且启动时间较快。

附图说明

图1为现有技术中的电源管理类芯片的启动应用电路图；

图2为根据本发明的一种电源转换器中的启动电路的电路图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、整流器；2、滤波器；3、外置启动电阻；4、启动电容；5、电源管理芯片；6、高压N型耗尽型晶体管；7、电阻型器件；8、第一晶体管；9、第二晶体管；10、过压保护电路；11、储能电容；12、二极管；13线圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

结合图2具体解释本发明的一种电源转换器中的启动电路。

该启动电路是一款可高压启动的电路，包括高压N型耗尽型晶体管6，电阻型器件7，第一晶体管8，第二晶体管9，过压保护电路10，储能电容11，二极管12，变压器的一个线圈13。

启动电路中的高压N型耗尽型晶体管6是一个四端口器件，具有四个端口：漏端，栅端，源端，衬底端，其中耗尽型晶体管的漏端接HVDC（high-voltagedirect current高压直流）端口，从HVDC端连接的电源取电，耗尽型晶体管的源端和衬底端可以相连用作隔离器件，衬底端也可以单独接地以用作非隔离器件。N型耗尽管6具有负的阈值电压，是一个电压控制电流型器件。

第一晶体管8是一个四端口器件，它具有四个端口：漏端，栅端，源端，衬底端。其中第一晶体管8的漏端与高压N型耗尽型晶体管6的源端连接，第一晶体管的源端能够作为供电端口，连接储能电容11以及二极管12的正端。第一晶体管8可以是隔离晶体管，或者非隔离晶体管。

二极管12正端连接在变压器的线圈13，负端连接在第一晶体管8的源端。

储能电容11连接在第一晶体管8的源端，同时储能电容11还连接在二极管12的负端，对二极管提供的电源提供滤波功能。

第二晶体管9是一个四端器件，它具有四个端口：漏端，栅端，源端，衬底端。其中第二晶体管9的漏端连接在第一晶体管8的栅端和高压N型耗尽型晶体管6的栅端，第二晶体管9的栅端连接在SD端口，接受SD端口信号的控制。

电阻型器件7，其一端连接在耗尽型晶体管6的源端，另一端连接在耗尽型晶体管6的栅端，为高压N型耗尽型晶体管6和第一晶体管8提供偏置电压。当第二晶体管9关断时，电阻型器件7为第一晶体管8提供偏置电压；当第二晶体管9打开时，电阻型器件7作为第二晶体管9的负载，将第一晶体管8关断。电阻型器件7可以是电阻或者晶体管。

启动电路的工作机制如下：HVDC端的电源上电后，给SD端口赋予低电平，储能电容11上的电压VDD=0V，高压N型耗尽型晶体管6和第一晶体管8通过电阻型器件7偏置导通，为储能电容11进行充电。在此状态下，电阻型器件7上并无电流流过，因此高压N型耗尽型晶体管6的VGS=0，为零偏置状态，此时的高压N型耗尽型晶体管6可以等效成一个恒流源，从HVDC端口抽取一路恒定电流，通过第一晶体管8为储能电容11充电。

当应用***检测到储能电容11上的电压VDD达到***的启动阈值后，***开始工作，给SD端口赋予高电平，将第二晶体管9打开，由于第二晶体管9的开启，电阻型器件7上开始有电流通过，同时第一晶体管8的栅端电位被拉低。此状态下，第一晶体管8的栅源电压为负，第一晶体管8被关断，高压N型耗型尽晶体管6的电流通过电阻型器件7流进第二个晶体管9。虽然此时高压N型耗尽型晶体管6中还有电流，但由于电阻型器件7带来压降为高压N型耗尽型晶体管6提供了一个负的电压偏置，使得流经高压N型耗尽型晶体管6的电流变得较小，从而达到减小启动电路的功耗的目的。启动电路关闭后，储能电容11上的电压VDD开始下降，直到***开始工作，变压器的一个线圈13通过二极管12为储能电容11提供电流。

由于高压N型耗尽型晶体管6是一个电压控制电流源，所以储能电容11上的电压VDD最高可以充到HVDC的电压。

可见，通过该高压启动电路，避免了使用外置的启动电阻，***集成度较高，降低了成本，且流经高压N型耗尽型晶体管电流较低，有效地降低了启动电路的电流损耗，降低了***的待机功耗，且启动时间较快。

优选地：为了防止***在误操作时，未能及时开启第二晶体管9以关断启动电路，出现对第一晶体管8，第二晶体管9以及电阻型器件7的损坏，增加过压保护电路，以提高启动电路的可靠性。

过压保护电路10与第二晶体管8的源端和二极管12的正端相连。第二晶体管8的源端和二极管12的正端相连为过压保护电路10提供电源。

当储能电容11的电压VDD超过了保护阈值点，启动过压保护电路。该过压保护电路启动的结果为：关断启动电路，使对储能电容11的充电动作结束。

本发明还公开了一种电源转换器，其具有如上所述的高压启动电路，因此使用了本发明的高压启动电路的电源转换器也具有降低启动电路的电流损耗，降低***的待机功耗，且启动时间较快的优点。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种高压启动电路，其包括

高压N型耗尽型晶体管，所述耗尽型晶体管为四端口器件，其中所述耗尽型晶体管的漏端接HVDC端口，从HVDC端口的电源取电；

第一晶体管，所述第一晶体管为四端口器件，其中所述第一晶体管的漏端连接所述耗尽型晶体管的源端；

二极管，所述二极管正端连接变压器的线圈，负端连接所述第一晶体管的源端；

变压器的线圈，所述变压器的线圈连接所述二极管的正端；

储能电容，所述储能电容的一端连接所述二极管的负端和所述第一晶体管的源端；

第二晶体管，所述第二晶体管为四端口器件，其中所述第二晶体管的漏端连接所述第一晶体管的栅端和所述耗尽型晶体管的栅端，所述第二晶体管的栅端连接SD端口，接受SD端口信号的控制；

电阻型器件，所述电阻型器件一端连接所述耗尽型晶体管的源端和所述第一晶体管的漏端，另一端连接所述耗尽型晶体管的栅端和所述第一晶体管的栅端。

2.根据权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于：

所述耗尽型晶体管是电压控制电流型器件，具有负的阈值电压。

3.根据权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于：

所述第一晶体管是隔离晶体管，或者非隔离晶体管。

4.根据权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于：

所述电阻型器件是电阻或者晶体管。

5.根据权利要求1到4中任意一项所述的高压启动电路，其特征在于：

还具有过压保护电路，所述过压保护电路连接所述第二晶体管的源端和所述二极管的正端，所述第二晶体管的源端和所述二极管的正端为所述过压保护电路提供电源。

6.根据权利要求5所述的高压启动电路，其特征在于：

当HVDC端的电源上电后，给SD端口赋予低电平，所述耗尽型晶体管和所述第一晶体管通过所述电阻型器件偏置导通，对所述储能电容器充电；

当充电一段时间后，给SD端口赋予高电平，打开所述第二晶体管，所述电阻型器件开始有电流通过，所述电阻型器件作为第二晶体管的负载，为所述耗尽型晶体管提供负电压偏置，关断所述第一晶体管。

7.根据权利要求6所述的高压启动电路，其特征在于：

所述给SD端口赋予高电平的条件为：应用***检测所述储能电容的VDD电压达到启动阈值，则***开始工作，给SD端口赋予高电平。

8.根据权利要求7所述的高压启动电路，其特征在于：

当所述储能电容的电压VDD超过了保护阈值，启动所述过压保护电路，从而关断所述启动电路，结束对所述储能电容的充电动作。

9.根据权利要求6到8中任意一项所述的高压启动电路，其特征在于：

所述储能电容上的电压VDD最高能够被充到HVDC的电压。

10.一种电源转换器，其包括如权利要求1-9中任意一项所述的高压启动电路。

Images