CN212518788U - 一种用于开关电源的软启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于开关电源的软启动电路，包括稳压器件、光电耦合器、电源端、输出电压采样电阻R1、R2、R3，所述的电阻R1、R2、R3依次串联，所述的光电耦合器一端与电源端连接，另一端接在电阻R2和R3之间，同时与稳压器件的一端连接，所述的稳压器另一端接在电阻R2和R3之间，所述的电路还包括并联在电阻R1两端的软启动电容C1。与现有技术相比，本实用新型具有既能够避免开机浪涌冲击过大，又能够消除启机时的输出电压过冲等优点。

Description

一种用于开关电源的软启动电路

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源，尤其是涉及一种用于开关电源的软启动电路。

背景技术

在常用的开关电源中，有电压控制模式以及加入电流控制模式的双环控制模式，但是不管是什么模式的控制，在上电启机时，由于反馈电路在输出电压较低时还没形成反馈通路，PWM控制器会以大占空比给输出电容进行充电，当输出电压达到设定值时，反馈电路才介入反馈，由于反馈电路响应的滞后，输出电压达到设定值后，功率管的占空比还超过电源达到稳态后所需的占空比，将会导致开机输出电压过冲而超过设定值。

开关电源的工作原理是:电阻R1、R2和R3是输出电压采样电阻，输出电压的分压值Vout×R3/(R1+R2+R3)作为三端稳压器件IC1的输入信号和三端稳压器件IC1内部基准电压2.5V进行比较：当分压值低于2.5V时IC1截止，光耦没有从FB端抽取电流，GATE输出的占空比最大；当分压值大于2.5V时IC1开始导通：由于反馈电路积分特性，分压值偏高且随时间增长，光耦从FB端抽取的电流越多，使FB端电压Vfb下降，GATE输出的占空比变小，输出电压Vout逐渐下降；当分压值偏低且随时间增长，光耦从FB端抽取电流越小，使FB端电压Vfb增加， GATE输出的占空比变大，输出电压Vout逐渐增加。如此，通过光耦与PWM控制器所形成反馈环路的不断调整，最终使输出电压的分压值等于IC1内部的基准值，与之对应，Vout＝IC1内部基准值/R3×(R1+R2+R3)实现了输出电压的稳压。

虽然在上电启机过程中，PWM控制器通过控制CS端口的阈值从零伏逐渐上升，控制占空比从零逐渐增加，从而减小了开机的浪涌电流。但是在输出电压Vout 的上升阶段，三端稳压器件IC1没导通之前，光耦上没有电流，反馈环路是断开的，由于光耦不通过电流，PWM控制器FB端的电压将达到最大值，相对于最终的稳态值来说有非常大的过冲。当输出压Vout上升达到非常接近终稳态值时，IC1开始导通光耦才有电流通过，使FB端的电压开始下降。由于FB端电压需要从最大值下降到FB端的稳态值，电压的摆幅大，所以FB端的电压泄放存在延时，延时时间Td＝(Cci×△Vfb)/Ici，△Vfb为FB端电压的摆幅，Ici为从补偿电容Ca抽取的电流。正是因为这个延迟时间的存在，使得占空比不能及时迅速地减小，从而导致启机时输出电压过冲，特别是在空载情况下尤为严重。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于开关电源的软启动电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于开关电源的软启动电路，包括稳压器件、光电耦合器、电源端、输出电压采样电阻R1、R2、R3，所述的电阻R1、R2、R3依次串联，所述的光电耦合器一端与电源端连接，另一端接在电阻R2和R3之间，同时与稳压器件的一端连接，所述的稳压器另一端接在电阻R2和R3之间，所述的电路还包括并联在电阻 R1两端的软启动电容C1。

优选地，所述的电路还包括稳压二极管ZD1，该稳压二极管ZD1的正极接在电阻R1与输出电压Vout之间，负极与软启动电容C1连接。

优选地，所述的稳压器件为三端稳压器件IC1，其控制极接在电阻R2和R3 之间，负极与光电耦合器连接。

优选地，所述的稳压器件为运算放大器，其输出端与电耦合器连接，正极输入端分别与电源端和接地端连接，负极输入端接在电阻R2和R3之间。

优选地，所述的运算放大器的正极输入端通过电阻R7与电源端连接。

优选地，所述的运算放大器的负极输入端通过电阻R8与接地端连接。

优选地，所述的光电耦合器两端并联有电阻R6。

优选地，所述的光电耦合器一端通过电阻R5与电源端连接。

优选地，所述的光电耦合器另一端依次通过电容C2和电阻R4后接在电阻R2 和R3之间。

优选地，所述的电源端为+5V电源端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型在上电启机时的输出电压Vout上升阶段，有一个非常小的电流给软启动电容充电，三端稳压器件IC1得以提前导通在输出电压达到设定值前能预先控制PWM控制器的占空比大小，从而既能够避免开机浪涌冲击过大，又能够消除启机时的输出电压过冲。

2)本实用新型在输出电压达到稳定阶段后，没有电流流经软启动电路，软启电容不再影响反馈电路的响应特性，软启动电路和反馈电路实现脱离，提高了电源的稳定性。

3)本实用新型当负载发生突变时，软启动电路能迅速参与反馈，从而提供好的负载动态特性。

附图说明

图1为采用软启动电路的单级PFC整体电路；

图2为图1的软启动电容C1上串联稳压二极管ZD1的电路图；

图3为图1的三端稳压器件IC1替换为运放的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型一种用于开关电源的软启动电路，包括稳压器件、光电耦合器、+5V电源端、输出电压采样电阻R1、R2、R3，所述的电阻R1、R2、 R3依次串联，所述的光电耦合器一端与+5V电源端连接，另一端接在电阻R2和 R3之间，同时与稳压器件的一端，所述的稳压器另一端接在电阻R2和R3之间，所述的电路还包括并联在电阻R1两端的软启动电容C1。

图1为采用软启动电路的单级PFC整体电路，基于PF值和稳定性的要求，单级PFC反馈电路的转折频率在18Hz左右，动态响应速度非常慢。输出电压容易过冲，反馈电路一般都要加上软启动电容C1。

其作用如下：上电时，Vout电压上升，电容C1两端电压不能突变保持为零，此时IC1输入端的电压为Vout×R3/(R2+R3)，电源输出电压Vout＝IC1基准值/R3 ×(R2+R3)，由于R2+R3小于R1+R2+R3，故此时的Vout小于最终的设定值＝IC1 基准值/R3×(R1+R2+R3)，也即在输出电压尚未达到设定值时，IC1已提前介入反馈，避免了输出电压因反馈滞后而引起的过冲。然后电容C1充电，其两端电压从0V起逐渐增大到(IC1基准值/R3×R1)时，C1充电结束，输出电压达到了设定值。

图2为改进了图1的电路，在软启动电容C1上串联了一个稳压二极管ZD1 的实施例。

其作用如下：ZD1的VF压降忽略不计，上电时，Vout电压上升，电容C1两端电压不能突变保持为零，此时IC1输入端的电压为Vout×R3/(R2+R3)，电源输出电压Vout＝IC1基准值/R3×(R2+R3)，由于R2+R3小于R1+R2+R3，故此时的Vout小于最终的设定值＝IC1基准值/R3×(R1+R2+R3)，也即在输出电压尚未达到设定值时，IC1已提前介入反馈，避免了输出电压因反馈滞后而引起的过冲。然后电容C1充电，其两端电压从0V起逐渐增大到(IC1基准值/R3×R1)时，C1 充电结束，输出电压达到了设定值。

由于电容C1上串联了稳压二极管ZD1，当电源输出达到设定值后，选择合适的稳压二极管，使稳压二极管的齐纳击穿电压Vz大于输出电压纹波值，ZD1没有电流流过，电容C1没有充放电等效于和电阻R1断开，不会影响反馈电路的特性。

当负载突然变重或变轻，使输出电压变化较大时，超出ZD1齐纳击穿电压Vz 时，就有电流流过ZD1和C1，C1两端的电压不能突变，输出电压的变化值扣去 Vz后将直接加到R2上而不经过R1，根据反馈电阻分压可知，直接加到R2上反馈的增益较高，可改善电源的动态响应速度。

当输入断电后输出电压下降，R2、R3两端的电压下降，流过R2和R3的电流减小，而R1两端的电压被箝位在VC1-Vz上，流过R1的电流基本不变，R1流向 R2、R3电流的减少部分由电容C1提供给R1，C1向R1放电。再次上电后，由于电容C1放电完成，两端电压为零，能再次实现软启功能。

图3为改进了图1电路的实施例2软启动电路；采用运放进行反馈的另一实施例。

其工作原理等同于图2，将三端稳压器件IC1替换为运放。运放的反向输入端用作信号的输入端源自电源输出电压的分压，基准电压由R7和R8对5V进行分压得到，接到运放的同相输入端。

开关电源的软启动装置的工作流程:在上电启机的输出电压上升阶段，供电电源提供一个很小的电流给软启动电容充电，三端稳压器件IC1提前导通以预先控制 PWM控制器的占空比大小，使PWM控制器的占空比逐渐增加，且电压反馈端的电压逐渐上升。

作为本实用新型软启动装置的改进，在上述软启电容回路中串联了稳压二极管。当输出电压达到稳态后，软启动电容两端的电压达到最大值，电流不再对软启动电容进行充电；而软启动电容也受稳压二极管齐纳击穿电压限制无法放电，软启动电路等效于脱离了反馈电路。

作为本实用新型软启动装置的改进，电源输入断电后输出电压下降，软启动电容上的电压高于分压电阻R1电压+稳压管齐纳电压之和后向分压电阻放电，软启动电容两端电压下降，再次上电后软启动电路也能正常工作。

作为本实用新型软启动装置的改进，当负载突然变轻时，软启电路两端电压不能突变，输出电压的增加值将直接跳过R1加到R2上；当负载突然变重时，输出电压下降值减去稳压管齐纳电压值的差值后也加到R2上。根据反馈电阻分压可知，直接加到R2上反馈的增益较高，可改善电源的动态响应速度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于开关电源的软启动电路，包括稳压器件、光电耦合器、电源端、输出电压采样电阻R1、R2、R3，所述的电阻R1、R2、R3依次串联，所述的光电耦合器一端与电源端连接，另一端接在电阻R2和R3之间，同时与稳压器件的一端连接，所述的稳压器另一端接在电阻R2和R3之间，其特征在于，所述的电路还包括并联在电阻R1两端的软启动电容C1。

2.根据权利要求1所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的电路还包括稳压二极管ZD1，该稳压二极管ZD1的正极接在电阻R1与输出电压Vout之间，负极与软启动电容C1连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的稳压器件为三端稳压器件IC1，其控制极接在电阻R2和R3之间，负极与光电耦合器连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的稳压器件为运算放大器，其输出端与电耦合器连接，正极输入端分别与电源端和接地端连接，负极输入端接在电阻R2和R3之间。

5.根据权利要求4所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的运算放大器的正极输入端通过电阻R7与电源端连接。

6.根据权利要求4所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的运算放大器的负极输入端通过电阻R8与接地端连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的光电耦合器两端并联有电阻R6。

8.根据权利要求1所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的光电耦合器一端通过电阻R5与电源端连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的光电耦合器另一端依次通过电容C2和电阻R4后接在电阻R2和R3之间。

10.根据权利要求1所述的一种用于开关电源的软启动电路，其特征在于，所述的电源端为+5V电源端。

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