專利名稱：用于ac/dc開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種集成電路，尤其是一種用于AC/DC開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路。
背景技術(shù)：
電源變換器被廣泛的用于便攜式電子設(shè)備中，電源變換器可以將電源從一種形式變換到另一種形式。例如電源可以從交流(AC)變換到直流(DC)、從DC變換到AC或從DC 變換到DC，電源變換器包括線性變換器和開關(guān)模式變換器兩種主要類型，本實(shí)用新型涉及開關(guān)模式變換器。圖1是一個(gè)AC/DC開關(guān)電源變換器拓?fù)涞暮喕疽鈭D，如圖1所示，交流輸入電壓經(jīng)過整流濾波后轉(zhuǎn)換成直流輸入高壓121，一般要求AC/DC開關(guān)電源變換器在交流輸入電壓85VAC到265VAC范圍內(nèi)能夠正常工作，該交流電壓范圍對應(yīng)的直流電壓范圍是120VDC 到375VDC，即直流輸入高壓121的電壓范圍是120V到375V。電路啟動時(shí)，PWM控制器100沒有開始工作，PWM控制器的輸出端口 IM是低電平， 因此功率開關(guān)106關(guān)斷。直流輸入電壓121通過電阻107對電容104進(jìn)行充電，隨著電容 104上的電壓上升，PWM控制器100的電源電壓輸入端口 VDD的電壓也上升，當(dāng)VDD的電壓上升到使PWM控制器100開始工作時(shí)，PWM控制器100的輸出端口 IM輸出PWM調(diào)制信號， 控制NMOS功率管106的導(dǎo)通和關(guān)斷，NMOS功率管106導(dǎo)通時(shí)，能量儲存在變壓器的初級繞組101中，NMOS功率管106截止時(shí)，能量傳遞給變換器的第一、第二次級繞組102和103，其中第一次級繞組102為負(fù)載提供能量，第二次級繞組103通過二極管105和電容104為PWM 控制器提供工作所需要的能量。PWM控制器100正常工作后，其工作所需要的能量由變壓器第二次級繞組103提供，但是由于無法切斷電阻107的對地通路，會一直存在漏電流，造成功率損失，降低了 AC/ DC的整機(jī)效率。電阻107的值越大，電路啟動完成后，在電阻107上損失的功率就越小，但是電阻107的值太大后，會導(dǎo)致在啟動時(shí)對電容104的充電電流太小，電容104上的電壓上升速度變慢，最終使得AC/DC整機(jī)啟動時(shí)間延長。反之，電阻107的值取小，雖然會縮短AC/ DC整機(jī)啟動時(shí)間，但是損失的功率也隨之增加。因此，非常需要一種高壓啟動的系統(tǒng)和方法，將上述系統(tǒng)啟動時(shí)間和系統(tǒng)效率之間的聯(lián)系隔離開，能夠在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)，不影響系統(tǒng)啟動時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于AC/DC開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述用于AC/DC開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路，包括PWM控制器，所述PWM控制器包括高壓啟動模塊、欠壓鎖定模塊和PWM發(fā)生器，所述高壓啟動模塊的輸入連接直流輸入高壓，高壓啟動模塊還連接PWM發(fā)生器的輸入端，PWM控制器的電源電壓引腳接PWM發(fā)生器的輸入端和欠壓鎖定模塊的輸入端，欠壓鎖定模塊的輸出端接PWM發(fā)生器的輸入端和高壓啟動模塊的輸入端；PWM控制器的電源電壓引腳連接二極管陰極的同時(shí)通過高壓啟動電容接地，二極管陽極接AC/DC開關(guān)電源變換器的第二次級繞組的一端，第二次級繞組另一端接地；AC/DC開關(guān)電源變換器的初級繞組一端接直流輸入高壓，另一端接功率開關(guān)漏極，功率開關(guān)源極接地，柵極接PWM發(fā)生器的輸出端；AC/DC開關(guān)電源變換器的第一次級繞組接負(fù)載。所述高壓啟動模塊包括結(jié)型場效應(yīng)管的漏極接直流輸入高壓，結(jié)型場效應(yīng)管的柵極接地，源極接第一電阻的一端和第一NMOS晶體管漏極；第一NMOS晶體管的柵極接第一電阻的另一端，源極接PMOS晶體管的源極和第二電阻的一端，PMOS晶體管的柵極接電阻的另一端和PWM控制器的電源電壓引腳；PMOS晶體管的漏極接第二 NMOS晶體管的漏極和柵極；第二NMOS晶體管和第三NMOS晶體管柵極相連，源極接地；第三NMOS晶體管的漏極接第一 NMOS晶體管的柵極和第四NMOS晶體管的漏極；NMOS晶體管的柵極接欠壓鎖定模塊輸出的高電平控制信號。高壓啟動模塊產(chǎn)生一路電流信號，對高壓啟動電容進(jìn)行充電，隨著時(shí)間的推移，高壓啟動電容上電壓會增加；欠壓鎖定模塊時(shí)刻監(jiān)測著高壓啟動電容上電壓的變化，當(dāng)高壓啟動電容上的電壓超過某個(gè)閾值電壓時(shí)，輸出控制信號，該控制信號送給PWM發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制信號，同時(shí)也送給高壓啟動模塊用來切斷對高壓啟動電容的充電電流。在高壓啟動模塊中，本實(shí)用新型為其設(shè)計(jì)了一個(gè)負(fù)反饋電路，用來穩(wěn)定對高壓啟動電容的充電電流，使該充電電流與直流輸入高壓無關(guān)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型對現(xiàn)有的高壓啟動電路進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，在PWM 控制器完成啟動后，切斷對電容的充電電流，通過設(shè)置電阻可以自由調(diào)節(jié)對電容的充電電流，并引入負(fù)反饋技術(shù)用來穩(wěn)定對電容的充電電流。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)電路原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型電路框圖；圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的高壓啟動模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型僅僅是以示例的方式被應(yīng)用于AC/DC開關(guān)電源變換器中，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本實(shí)用新型具有更加廣闊的應(yīng)用范圍。如圖2所示，本實(shí)用新型包括PWM控制器100，所述PWM控制器100包括高壓啟動模塊207、欠壓鎖定模塊208和PWM發(fā)生器209，所述高壓啟動模塊207的輸入連接直流輸入高壓121，高壓啟動模塊207還連接PWM發(fā)生器209的輸入端，PWM控制器100的電源電壓引腳VDD接PWM發(fā)生器209的輸入端和欠壓鎖定模塊208的輸入端，欠壓鎖定模塊208 的輸出端接PWM發(fā)生器209的輸入端和高壓啟動模塊207的輸入端；PWM控制器100的電源電壓引腳VDD連接二極管204陰極的同時(shí)通過高壓啟動電容204接地，二極管204陽極接AC/DC開關(guān)電源變換器的第二次級繞組103的一端，第二次級繞組103另一端接地；AC/DC開關(guān)電源變換器的初級繞組101 —端接直流輸入高壓121，另一端接功率開關(guān)106漏極， 功率開關(guān)106源極接地，柵極接PWM發(fā)生器209的輸出端；AC/DC開關(guān)電源變換器的第一次級繞組102接負(fù)載。高壓啟動模塊207被配置用來接受直流輸入高壓和控制信號，并產(chǎn)生一路電流信號，該電流信號對電容進(jìn)行充電，轉(zhuǎn)換成電壓信號；欠壓鎖定模塊208被配置成接受上述電壓信號并產(chǎn)生控制信號；PWM發(fā)生器209被配置成接受上述電壓信號和上述控制信號，并產(chǎn)生調(diào)制信號；功率開關(guān)106被配置成接受上述調(diào)制信號并控制開關(guān)電源變換器的輸入電流。系統(tǒng)上電啟動時(shí)，PWM控制器100的輸出端口輸出低電平，功率開關(guān)106關(guān)斷，變壓器繞組上沒有能量傳遞，因此高壓啟動電容204上電壓為零。直流輸入高壓121通過PWM 控制器100的引腳HV輸入到高壓啟動模塊207上，高壓啟動模塊將輸入高壓轉(zhuǎn)換成一恒定的電流，對高壓啟動電容204進(jìn)行充電，電容204上的電壓隨著時(shí)間的推移上升，即PWM控制器100的電源電壓引腳VDD上的電壓上升，上述電壓為PWM控制器100提供電源電壓，當(dāng)該電壓超過某個(gè)預(yù)先設(shè)定的閾值電壓時(shí)，欠壓鎖定模塊208輸出控制信號給PWM發(fā)生器209 和高壓啟動模塊207，PWM發(fā)生器209受控制信號作用后輸出調(diào)制信號，功率開關(guān)106接受該調(diào)制信號，變壓器開始傳遞能量，變壓器的次級繞組103開始為PWM控制器100提供工作所需要的能量。高壓啟動模塊207受控制信號作用后，切斷對高壓啟動電容204的充電電流。如圖3所示，高壓啟動模塊207包括直流輸入高壓施加到結(jié)型場效應(yīng)管302的漏極，結(jié)型場效應(yīng)管302的柵極接地，源極接第一電阻303的一端和第一 NMOS晶體管304漏極；第一 NMOS晶體管304的柵極接第一電阻303的另一端，源極接PMOS晶體管306的源極和第二電阻303的一端，PMOS晶體管306的柵極接電阻305的另一端和PWM控制器100 的電源電壓引腳VDD ；PMOS晶體管306的漏極接第二 NMOS晶體管308的漏極和柵極 ’第二 NMOS晶體管308和第三NMOS晶體管309柵極相連，源極接地；第三NMOS晶體管309的漏極接第一 NMOS晶體管304的柵極和第四NMOS晶體管310的漏極；NMOS晶體管310的柵極接欠壓鎖定模塊輸出的高電平控制信號311。本實(shí)用新型的工作原理是，系統(tǒng)上電時(shí)，PWM控制器的電源電壓VDD為零，欠壓鎖定模塊208輸出低電平，第四NMOS晶體管310關(guān)斷。隨著直流輸入高壓的增加，結(jié)型場效應(yīng)管302的源極電壓312也跟隨上升，當(dāng)電壓312上升到使第一 NMOS晶體管304的柵極電壓超過其閾值電壓導(dǎo)通后，電流從第一 NMOS晶體管304的源極流出，經(jīng)過第二電阻305后給高壓啟動電容204充電。隨著流經(jīng)第二電阻305的電流增大，PMOS晶體管306導(dǎo)通產(chǎn)生電流，一旦PMOS晶體管306導(dǎo)通后，對高壓啟動電容204的充電電流就穩(wěn)定在Ves3。6/R3。5，當(dāng) V㈣C16變化時(shí)，電路中設(shè)計(jì)的負(fù)反饋環(huán)路會抑制其變化，從而穩(wěn)定對高壓啟動電容的充電電流。負(fù)反饋環(huán)路工作原理是，當(dāng)V㈣^5增大時(shí)，Ids3ci6會增大，使得第二 NMOS晶體管308 的漏源電流增大，第二NMOS晶體管308為了適應(yīng)電流的增大，必然增大其柵源電壓，導(dǎo)致第三NMOS晶體管309的柵源電壓增大。Ves3tl9的增大，同樣會引起Ids■增大，該電流經(jīng)過第一電阻303，因此第一電阻303上的壓降增大，導(dǎo)致第一 NMOS晶體管304的柵極電壓下降，第一 NMOS晶體管304的源極電壓跟隨其柵極電壓下降，最終使得V㈣^5減小，完成一個(gè)負(fù)反饋
5控制過程。其中，V、I、R分別表示其下標(biāo)數(shù)字在附圖中所標(biāo)識的元器件的電壓、電流、電阻。當(dāng)欠壓鎖定模塊208檢測到高壓啟動電容204上的電壓超過其預(yù)先設(shè)計(jì)的閾值時(shí)，欠壓鎖定模塊輸出高電平控制信號311，控制信號311控制NMOS晶體管310導(dǎo)通，NMOS 晶體管304柵極被下拉到地而關(guān)斷，切斷了對高壓啟動電容204的充電電流。此時(shí)，流經(jīng)第一電阻303的電流是V312/R3(13，在直流輸入高壓上升過程中，312處的電壓不會一直跟隨其上升，因?yàn)榻Y(jié)型場效應(yīng)管的柵極接地，隨著HV電壓的不斷上升，其導(dǎo)電溝道會發(fā)生夾斷，因此312處的電壓穩(wěn)定在結(jié)型場效應(yīng)管302的夾斷電壓附近。為了降低切斷高壓啟動電容204充電電流后高壓啟動電路所消耗的靜態(tài)電流，第一電阻303 —般取值較大，例如取值IOM歐姆時(shí)，高壓啟動電流所消耗的靜態(tài)電流是微安級別，大幅降低了系統(tǒng)靜態(tài)功耗。應(yīng)用本實(shí)用新型所提出的高壓啟動電路，可以有效降低開關(guān)電源系統(tǒng)在完成高壓啟動后的靜態(tài)電流，提高整機(jī)效率。而且對高壓啟動電容204的充電電流可以通過電阻進(jìn)行設(shè)置，該電流在負(fù)反饋電路的作用下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.用于AC/DC開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路，包括PWM控制器(100)，其特征是所述PWM控制器(100 )包括高壓啟動模塊(207 )、欠壓鎖定模塊(208 )和PWM發(fā)生器(209 )，所述高壓啟動模塊(207 )的輸入連接直流輸入高壓(121)，高壓啟動模塊(207 )還連接PWM發(fā)生器(209)的輸入端，PWM控制器(100)的電源電壓引腳(VDD)接PWM發(fā)生器(209)的輸入端和欠壓鎖定模塊(208)的輸入端，欠壓鎖定模塊(208)的輸出端接PWM發(fā)生器(209)的輸入端和高壓啟動模塊(207)的輸入端；PWM控制器(100)的電源電壓引腳(VDD)連接二極管(204)陰極的同時(shí)通過高壓啟動電容(204)接地，二極管(204)陽極接AC/DC開關(guān)電源變換器的第二次級繞組(103)的一端，第二次級繞組(103)另一端接地；AC/DC開關(guān)電源變換器的初級繞組(101)—端接直流輸入高壓(121)，另一端接功率開關(guān)(106)漏極，功率開關(guān) (106)源極接地，柵極接PWM發(fā)生器(209)的輸出端；AC/DC開關(guān)電源變換器的第一次級繞組(102)接負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述用于AC/DC開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路，其特征是所述高壓啟動模塊(207)包括結(jié)型場效應(yīng)管(302)的漏極接直流輸入高壓，結(jié)型場效應(yīng)管(302)的柵極接地，源極接第一電阻(303)的一端和第一 NMOS晶體管(304)漏極；第一 NMOS晶體管(304)的柵極接第一電阻(303)的另一端，源極接PMOS晶體管(306)的源極和第二電阻 (303)的一端，PMOS晶體管(306)的柵極接電阻(305)的另一端和PWM控制器(100)的電源電壓引腳(VDD) ；PMOS晶體管(306)的漏極接第二 NMOS晶體管(308)的漏極和柵極 ’第二 NMOS晶體管(308)和第三NMOS晶體管(309)柵極相連，源極接地；第三NMOS晶體管(309) 的漏極接第一 NMOS晶體管(304)的柵極和第四NMOS晶體管(310)的漏極；NMOS晶體管 (310)的柵極接欠壓鎖定模塊輸出的高電平控制信號(311)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于AC/DC開關(guān)電源變換器高壓啟動的電路，包括PWM控制器，PWM控制器包括高壓啟動模塊、欠壓鎖定模塊和PWM發(fā)生器；PWM控制器的電源電壓引腳連接二極管陰極的同時(shí)通過高壓啟動電容接地，二極管陽極接AC/DC開關(guān)電源變換器的第二次級繞組的一端，第二次級繞組另一端接地；AC/DC開關(guān)電源變換器的初級繞組一端接直流輸入高壓，另一端接功率開關(guān)漏極，功率開關(guān)源極接地，柵極接PWM發(fā)生器的輸出端；AC/DC開關(guān)電源變換器的第一次級繞組接負(fù)載。其優(yōu)點(diǎn)是在PWM控制器完成啟動后，切斷對電容的充電電流，通過設(shè)置電阻可以自由調(diào)節(jié)對電容的充電電流，并引入負(fù)反饋技術(shù)用來穩(wěn)定對電容的充電電流。
文檔編號H02M1/36GK202142981SQ20112026580
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者丁國華, 吳建國, 吳霖, 朱勤為, 李盼盼, 胡斌, 譚在超 申請人:無錫硅動力微電子股份有限公司