CN110011527A - 一种开关电源启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源的启动电路，包括输入端和输出端VCC，所述输入端连接市电整流滤波后输出端的正极，输出端VCC连接电源芯片U1；还包括连接所述输入端的一支分压电路、二极管D3、三极管Q2和稳压二极管Z1；三极管Q2的基极通过电阻R3接入所述一支分压电路与所述输入端之间的连接点，三极管Q2的集电极连接所述连接点和所述电阻R3的一端，三极管Q2的发射极通过二极管D3连接输出端VCC；所述稳压二极管Z1的阴极通过电阻R5与所述二极管D3的阴极、输出端VCC连接；稳压二极管Z1的阳极与电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地连接。本发明开关电源的启动电路通过各个元器件合理的连接，有效地提高了开关电源在启动时的效率。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体为一种开关电源的启动电路。
背景技术
开关电源是将市电转换成为我们所需要的各种直流电压，可输出多路不同电压功率的直流电，广泛应用于各种需要低压直流电的场所和电路应用。现在许多的开关电源的启动电路存在启动不了或是过于复杂的问题，为开关电源的稳定性和实用性带来很多的麻烦。
现有的开关芯片供电电源如图1所示，其工作原理为：U2是一款低待机功耗离线开关电源的自给电流式单片转换器，它将固定频率电流模式PWM控制器和700V的MOSFET集成在一块芯片上，具有软启动、频率抖动、短路电流保护、跳周期、最大峰值电流调整和动态自供电功能。芯片U2、U3，二极管D3、D4，稳压管Z5，电阻R5，电感L1，电容C4、C5、C6组成开关电源的供电电路。其中U2、D3、D4、R5、L1、C5、C6组成的电路是经典的buck降压电路，U3、Z1、C4组成电压反馈电路，将市电整流滤波后310VDC的直流电压降低到约为16VDC的直流电压供芯片U1工作。图1开关电源的启动电路采用buck降压电路，开关管工作的频率较高，很容易带入新的频率段的电磁干扰问题。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、成本低的一种开关电源启动电路。
一种开关电源的启动电路，包括输入端和输出端VCC，所述输入端连接市电整流滤波后输出端的正极，输出端VCC连接电源芯片U1；还包括连接所述输入端的一支分压电路、二极管D3、三极管Q2和稳压二极管Z1；三极管Q2的基极通过电阻R3接入所述一支分压电路与所述输入端之间的连接点，三极管Q2的集电极连接所述连接点和所述电阻R3的一端，三极管Q2的发射极通过二极管D3连接输出端VCC；所述稳压二极管Z1的阴极通过电阻R5与所述二极管D3的阴极、输出端VCC连接；稳压二极管Z1的阳极与电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地连接。
优选的，所述的一支分压电路包括电阻R1、R2，稳压二极管Z2和电解电容E2；所述电阻R1和电阻R2串联后接入输入端，电阻R2与稳压二极管Z2的阴极和电解电容E2的正极相连接，电解电容E2的负极与稳压二极管Z2的阳极、电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连；所述连接点位于电阻R1和R2之间。
优选的，所述三极管Q1为NPN型通用晶体管，Q2为NPN型小功率高压高速开关晶体管。
优选的，所述的稳压管Z1、Z2为12V的稳压管；电源芯片U1型号采用KA3525。
本发明还提供了一种开关电源，包括上述的启动电路，还包括关断电路，所述启动电路包括输入端和输出端VCC，所述输入端连接市电整流滤波后输出端的正极，输出端VCC连接电源芯片U1；还包括连接所述输入端的一支分压电路、二极管D3、三极管Q2和稳压二极管Z1；三极管Q2的基极通过电阻R3接入所述一支分压电路与所述输入端之间的连接点，三极管Q2的集电极连接所述连接点和所述电阻R3的一端，三极管Q2的发射极通过二极管D3连接输出端VCC；所述稳压二极管Z1的阴极通过电阻R5与所述二极管D3的阴极、输出端VCC连接；稳压二极管Z1的阳极与电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地连接；
所述关断电路包括三极管Q1和电容C1，所述电源芯片U1通过电阻R4与三极管Q1的基极和电容C1的一端连接，三极管Q1的集电极与电阻R3和三极管Q2的基极连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管Z1的阳极、电容C1的另一端相连并且还与电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连；所述电源芯片U1用于在启动电路启动后，输出一稳定电压通过所述电阻R4使三极管Q1导通，三极管Q2截止，启动电路关断。
优选的，所述的一支分压电路包括电阻R1、R2，稳压二极管Z2和电解电容E2；所述电阻R1和电阻R2串联后接入输入端，电阻R2与稳压二极管Z2的阴极和电解电容E2的正极相连接，电解电容E2的负极与稳压二极管Z2的阳极、电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连；所述连接点位于电阻R1和R2之间。
优选的，所述三极管Q1为NPN型通用晶体管，Q2为NPN型小功率高压高速开关晶体管。
优选的，所述的稳压管Z1、Z2为12V的稳压管；电源芯片U1型号采用KA3525。
本发明采用的技术方案为：提供一种开关电源的启动电路和关断供电电路；启动电路由电阻R1、R2、R3、R5，电容E2，高压晶体管Q2，普通二极管D3，稳压管Z1、Z2组成完整的开关电源的启动电路。关断电路包括电阻R4，电容C1，普通晶体管Q1，电源芯片U1组成。
晶体管Q2的基极与晶体管Q1的集电极和电阻R3的一端相连，晶体管Q2的集电极和电阻R3的另一端和电阻R1、R2的一端相连，晶体管Q2的发射极和二极管D3的阳极相连；二极管D3的阴极与电源芯片的供电管脚和电阻R5的一端相连和二极管D2的阴极和电解电容E3的正极相连；电阻R5的另一端和稳压管Z1的阴极相连；稳压管Z1的阳极和电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连；电阻R1的另一端和市电整流滤波后的正极相连，电阻R2的另一端与稳压管Z2的阴极和电解电容E2的正极相连；稳压管Z2的阳极和电解电容E2的负极和电源芯片的地和市电整流滤波后的地相连。
晶体管Q1的基极和电阻R4的一端和电容C1的一端相连，晶体管Q1的集电极和晶体管Q2的基极和电阻R3的一端相连，晶体管Q1的发射极和稳压管Z1的阳极和电容C1的另一端相连并和电源芯片的地和市电整流滤波后的地相连；电阻R4的另一端和电源芯片U1的基准电压脚相连。
工作原理：市电接入后，经全桥整流桥整流，电解电容滤波后，得到约为310VDC的
直流电压。电阻R1、R2、稳压管Z2、电解电容E2将整流滤波后的直流电进行分压，c点因为稳
压管Z2稳压后c电的电压为12VDC，分压后a点的电压按照公式计算
约为210VDC；此时三极管Q1处于截止状态，Q2处于导通状态，电阻R3、R5，三极管Q2，二极管
D3，稳压管Z1组成一路分压电路，d点因为稳压管Z1稳压后d点的电压为12VDC，二极管D3防
止电流反向导通，那么分压后b点的电压约为24VDC，三极管Q2、二极管D3处于导通状态，VCC
点的电压约为23VDC，芯片U1启动，即可输出PWM波，驱动MOS管工作。（a点与d点的电压差约
为198VDC，三极管Q2、二极管D3处于导通状态，忽略三极管Q2、二极管D3的压差，电阻R3和R5
进行分压，计算得到VCC点的电压为23VDC，考虑三极管Q2、二极管D3的管压降，b点的电压约
为24VDC）。
开关电源的启动电路完成它的启动工作，电源芯片U1正常工作的同时，VCC点的电压经MOS管工作通过变压器辅助绕组经二极管D2整流、E3滤波之后稳定在设定的电压值，形成稳定的闭环回路；同时电源芯片会输出一个稳定5VDC的电压，此时通过电阻R4三极管Q1导通，b点电压拉低至0V，三极管Q2截止，启动电路关断。
具体实施过程中，经市电整流滤波后的交流电压至少有250VDC，电阻R1、R2进行分压，稳压管Z2起到稳压和保护的作用，保证a点的电压不低于12VDC，稳压管Z1主要起到保护电源芯片电压的作用，保证开关电源启动电路工作的时候，电源芯片的电压不会过高或过低导致电源芯片启动不成功。为了使VCC点电压不过高和过低并使电源芯片能够成功启动，启动电路中的稳压管要求12V稳压管，电源芯片是类似3525芯片有基准电压输出的即可，电阻、二极管常规的即可。
Q1为NPN型通用晶体管，Q2为NPN型小功率高压高速开关硅晶体管。
本发明的有益效果为：该开关电源的启动电路通过各个元器件合理的连接，有效地提高了开关电源在启动时的效率；并且通过电阻分压，晶体管实现电路，降低了电路的成本；同时，稳压管Z1、Z2起到了很好的分压和保护作用。
此外本发明还具备如下优点：
电路简单，原先的电路需要用到专用芯片，还需电感、快恢复二极管组成降压电路，还需要有反馈电路稳定降压输出的电压值，改进后的启动电路由电阻和一个三极管组成，原理简单，精度要求不高，匹配方便。
启动电路安全可靠，原先的电路需要另外加辅助的芯片供电电路，电路里有开关管，使用不当容易造成管子的损坏，使整个电路不能正常工作，改进后的启动电路采用电阻分压和三极管导通，其稳定性较高。
成本较低，常规启动电路另外接一路BUCK降压电路，降压电路使用特定的芯片稳压，成本相对较高，本专利采用低成本的电阻、三极管组成，成本相对较低。
本发明优选的实施例为：为一些电动工具的便携式供电装置提供安全可靠的启动电路，启动电路简单，减小了供电装置的体积。
本发明适用于各种开关电源芯片电路的启动电路。
附图说明
图1是现有的开关电源的相关电路图。
图2是本发明实施例的开关电源的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明实施例的开关电源的电路图如图2所示，开关电源接市电后，经过全桥整流桥D1整流、电解电容E1滤波后，输出整流滤波后的直流电压。该直流电压经过启动电路给电源芯片U1供电，启动电源芯片U1开始启动工作，然后电源芯片U1输出PWM信号，进而控制MOS管工作；同时电源芯片U1输出一稳定电压通过关断电路关断启动电路，由变压器的辅助绕组整流滤波后给电源芯片U1供电。如图2所示，MOS管Q4的漏极与开关电源接市电后，经过全桥整流桥D1整流、电解电容E1滤波后，输出整流滤波后的直流电压的正极相连；MOS管Q4的源极与MOS管Q5的漏极相连并与变压器T1原边的一端相连；MOS管Q5的源极与开关电源接市电后，经过全桥整流桥D1整流、电解电容E1滤波后，输出整流滤波后的直流电压的负极相连以及和电容C11的另一端连接；变压器T1原边的另一端与电容C11的一端相连。所述MOS管Q4和Q5的栅极通过一个驱动芯片或是驱动隔离高频变压器。
本发明实施例的开关电源启动电路包括由电阻R1、R2、稳压二极管Z2、电解电容E2组成一支为所述直流电压进行分压的分压电路、电阻R3、电阻R5、三极管Q2、二极管D3和稳压二极管Z1。所述关断电路包括电阻R4、电解电容C1和三极管Q1。
本发明实施例的开关电源启动电路的电阻R2的一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接启动电路的输入端，该输入端与市电整流滤波后的正极相连，电阻R2的另一端与稳压二极管Z2的阴极和电解电容E2的正极相连；稳压管Z2的阳极和电解电容E2的负极、电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连。
所述晶体管Q2的基极与晶体管Q1的集电极和电阻R3的一端相连，晶体管Q2的集电极和电阻R3的另一端和电阻R1、R2的一端相连，晶体管Q2的发射极和二极管D3的阳极相连；二极管D3的阴极与电源芯片U1的供电管脚、电阻R5的一端、二极管D2的阴极和电解电容E3的正极相连，二极管D3的阴极还与启动电路的输出端VCC连接。电阻R5的另一端和稳压二极管Z1的阴极相连，稳压二极管Z1的阳极和电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连。
晶体管Q1的基极和电阻R4的一端和电容C1的一端相连，晶体管Q1的集电极与晶体管Q2的基极和电阻R3的一端相连，晶体管Q1的发射极与稳压管Z1的阳极和电容C1的另一端相连并和电源芯片的地和市电整流滤波后的地相连；电阻R4的另一端和电源芯片U1的基准电压脚相连。
如图2所示，本发明实施例的工作原理：市电接入后，经全桥整流桥整流，电解电容滤波后，得到约为310VDC的直流电压。电阻R1、R2、稳压管Z2、电解电容E2将整流滤波后的直流电进行分压，c点因为稳压管Z2稳压后c电的电压为12VDC，那么分压后a点的电压约为210VDC；此时三极管Q1处于截止状态，Q2处于导通状态，电阻R3、R5，三极管Q2，二极管D3，稳压管Z1组成一路分压电路，d点因为稳压管Z1稳压后d点的电压为12VDC，二极管D3防止电流反向导通，那么分压后b点的电压约为24VDC，三极管Q2、二极管D3处于导通状态，VCC点的电压约为23VDC，芯片U1启动，即可输出PWM波，驱动MOS管工作。开关电源的启动电路完成它的启动工作，电源芯片U1正常工作的同时，VCC点的电压在电源芯片工作后，输出PWM波驱动MOS管工作，通过变压器T1辅助绕组经二极管D2整流、E3滤波之后稳定在设定的电压值给电源芯片供电，形成稳定的电源芯片供电闭环回路；同时电源芯片会输出一个稳定5VDC的电压，此时通过电阻R4使三极管Q1导通，三极管Q2截止， 启动电路关断。
具体的，VCC点的电压在MOS工作之前，MOS管Q4，Q5是截止状态，此时市电整流滤波后的正负极虽然与MOS管Q4、Q5以及变压器连接，但是没有形成通路，VCC点电压不能给电源芯片供电；当启动电路启动成功后，电源芯片U1输出PWM波驱动MOS管工作，MOS管导通，MOS管和变压器与市电整流滤波输出端形成通路，VCC点电压经过变压器变压、二极管D2和电容E3整流滤波后形成设定的稳定电压给电源芯片继续供电，此时启动电路通过关断电路关闭。VCC点的电压设定值可以根据现有公知技术进行设定得到。
Claims (5)
1.一种开关电源的启动电路，包括输入端和输出端VCC，所述输入端连接市电整流滤波后输出端的正极，输出端VCC连接电源芯片U1；其特征在于：还包括连接所述输入端的一支分压电路、二极管D3、三极管Q2和稳压二极管Z1；三极管Q2的基极通过电阻R3接入所述一支分压电路与所述输入端之间的连接点，三极管Q2的集电极连接所述连接点和所述电阻R3的一端，三极管Q2的发射极通过二极管D3连接输出端VCC；所述稳压二极管Z1的阴极通过电阻R5与所述二极管D3的阴极、输出端VCC连接；稳压二极管Z1的阳极与电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源的启动电路，其特征在于：所述的一支分压电路包括电阻R1、R2，稳压二极管Z2和电解电容E2；所述电阻R1和电阻R2串联后接入输入端，电阻R2与稳压二极管Z2的阴极和电解电容E2的正极相连接，电解电容E2的负极与稳压二极管Z2的阳极、电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连；所述连接点位于电阻R1和R2之间。
3.根据权利要求2所述的一种开关电源的启动电路，其特征在于：所述三极管Q1为NPN型通用晶体管，Q2为NPN型小功率高压高速开关晶体管。
4.根据权利要求2或3所述的一种开关电源的启动电路，其特征在于：所述的稳压管Z1、Z2为12V的稳压管；电源芯片U1型号采用KA3525。
5.一种开关电源，包括权利要求1-4任一一项所述的启动电路，还包括关断电路，所述关断电路包括三极管Q1和电容C1，所述电源芯片U1通过电阻R4与三极管Q1的基极和电容C1的一端连接，三极管Q1的集电极与电阻R3和三极管Q2的基极连接，三极管Q1的发射极与稳压二极管Z1的阳极、电容C1的另一端相连并且还与电源芯片U1的地和市电整流滤波后的地相连；所述电源芯片U1用于在启动电路启动后，输出一稳定电压通过所述电阻R4使三极管Q1导通，三极管Q2截止，启动电路关断。
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