高壓啟動電路的制作方法

高壓啟動電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高壓啟動電路，可以直接從輸入電壓取電，用于給控制器供電端外接的啟動電容充電，以啟動控制器。本實用新型的高壓啟動電路具備多種保護功能，且當電源發生故障后，在保證電源和控制器可靠性的前提下，本實用新型的高壓啟動還可以重啟控制器。
【專利說明】
高壓啟動電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及開關電源，特別涉及開關電源的高壓啟動電路。
【背景技術】
[0002] -般來講，電源電路都會包含啟動電路，以便在電源上電時啟動控制器，驅動變壓 器轉換電壓，實現電源的正常工作，此時控制器的供電可由輔助繞組提供。
[0003] 如圖1所示，傳統的電源啟動電路，由一個大電阻RST(通常為兆歐量級）接到電源 輸入電壓和啟動電容之間來提供一個電流對電容充電以完成控制器的啟動。這個大電阻在 啟動過程結束后，會造成不必要的功耗浪費。這一點在2013年7月10日公開的公開號為CN 103199692A的中國專利中有詳細的說明，同時該專利還提出了一種低功耗高壓啟動電路， 即用一個高壓晶體管從電源輸入端取電，給啟動電容充電，高壓晶體管由另一個電路控制， 當控制器完成啟動后，就關閉高壓晶體管，截斷取電路徑，節省功耗。與這種高壓啟動方式 類似的還有2014年8月6日公開的公布號CN 103973089 A的中國專利。
[0004] 上述舉例的專利中雖然都能在控制器完成啟動后，關閉高壓取電路徑，節省功耗， 但是缺少了一些必要的保護功能，例如，在啟動電容出現連錫或虛焊等電源生產方面的工 藝缺陷時，上述高壓啟動電路不能提供合理的保護策略，保護控制器和高壓啟動電路不損 壞。
[0005] 1、啟動電容連錫的危害
[0006] 啟動電容連錫，即控制器供電端與參考地連接，控制器無法完成啟動。這種情況 下，若沒有采取相應保護策略，高壓啟動電路將失去控制，一直從電源輸入端取電。舉例而 言，電源輸入電壓為300V，高壓啟動電流為2mA，高壓啟動電路將以600mW功率發熱，若這些 熱量長時間持續堆加，將引發啟動電路熱損壞。
[0007] 2、啟動電容虛焊的危害
[0008] 啟動電容虛焊，即控制器供電端只存在焊盤電容及布線電容等寄生電容(一般為 IpF~3pF)。上述舉例專利的高壓啟動電路的控制信號都是在控制器完成啟動后，由控制器 或其他電路輸出的，而在啟動完成到控制信號輸出之間不可避免存在傳輸延時（一般至少 為30ns~50ns)。若在啟動電容虛焊的情況下，由于控制信號存在傳輸延時，使得高壓啟動 電路來不及關斷，進而導致控制器供電端電壓超過其耐受電壓，控制器就會過壓損壞。
[0009] 現按照一般情況給出以下參數:高壓啟動電流I cS2mA，上述寄生電容C為2pF，控 制器的啟動電壓Vst為18V，控制器供電端耐受電壓V bv為30V，則由電容充放電公式可以算 出，高壓啟動電路將控制器供電端電壓由啟動電壓Vst充至耐受電壓V bv的時間T:
[0011] 可見時間T小于上述傳輸延時，即使不考慮惡劣環境導致傳輸延時增加的情況，因 啟動電容虛焊而損壞控制器的風險也不可忽視。
[0012] 此外，為了保證在電源輸出短路時，電源停止工作的時間足夠長（以充分散熱），啟 動電路還需要具備在控制器欠壓鎖定后延遲一段時間再重新開啟的功能。若沒有這個功 能，則控制器一欠壓鎖定，啟動電路馬上又給啟動電容充電，控制器再一次啟動，電源立刻 又在輸出端短路的情況下工作，造成發熱量長時間堆加，導致電源熱損壞。 【實用新型內容】
[0013](-)要解決的技術問題
[0014] 1、在控制器完成啟動后，關閉啟動電路，節省功耗；
[0015] 2、在控制器供電端發生短路或斷路的情況下，對電路進行保護；
[0016] 3、在控制器欠壓鎖定后延遲一段時間再重新開啟啟動電路。
[0017] (二)技術方案
[0018] 針對上述技術問題，本實用新型公開一種高壓啟動電路，用以在啟動時提供電流 給控制器的供電端VDD及啟動電容C3，其包括：晶體管NDl、二極管Dl、匪OS管匪1、通斷控制 模塊110、大電流取電模塊120、小電流取電模塊130、使能模塊140和鉗位電路150,使能模塊 140用于控制匪OS管匪1、通斷控制模塊110和大電流取電模塊120的通斷，進而改變高壓啟 動電路100的工作狀態，
[0019 ]在電源剛上電時，控制器尚未啟動，其供電端VDD的電壓為OV，使能模塊140輸出低 電平信號，使匪OS管匪1關斷、通斷控制模塊110導通，進而晶體管NDl持續導通，使輸入電源 經晶體管NDl、二極管Dl和小電流取電模塊130后輸出，用于為控制器的供電端VDD提供低值 電流，以給啟動電容C3充電；
[0020] 當供電端VDD的電壓達到低預設電壓后，供電端VDD的電壓使大電流取電模塊120 開始工作，并通過大電流取電模塊120短接小電流取電模塊130,使輸入電源經晶體管ND1、 二極管Dl和大電流取電模塊120后輸出，用以為控制器的供電端VDD提供高值電流，以給啟 動電容C3充電直至控制器啟動；
[0021] 當控制器啟動后，使能模塊140將接收到控制器或其他電路發出的使能信號，然后 輸出高電平信號，使匪OS管匪1導通、通斷控制模塊110和大電流取電模塊120關斷，將晶體 管NDl柵極電壓拉低至參考地電壓，由于VDD電壓足夠高，晶體管NDl的柵源電壓能夠達到其 關斷閾值，進而使晶體管NDl關斷，關閉尚壓啟動電路;此時尚壓啟動電路將不會從輸入電 壓取電，造成額外的功耗浪費。其中，
[0022]當供電端VDD短路時，短路電流經小電流取電模塊連接到地，用以通過高壓啟動電 路控制短路電流為低值電流；
[0023] 在控制器保護關斷時，使能模塊的靜態工作所需的能量由啟動電容C3提供給供電 端VDD，在供電端VDD的電壓下降至高預設電壓時，使能模塊重新開啟高壓啟動電路，大電流 取電模塊工作，使輸入電源經晶體管ND 1、二極管D1和大電流取電模塊后輸出，用以為控制 器的供電端VDD提供高值電流，以給啟動電容C3充電直至控制器重新啟動，使能模塊再一次 使晶體管NDl的柵源電壓達到其關斷閾值，進而使晶體管NDl關斷，關閉高壓啟動電路，如此 重復，控制器與高壓啟動電路的交替開啟與關閉，直至控制器檢測到保護消除。
[0024] 所述晶體管NDl可以選用高壓結型場效應晶體管，也可以選用耗盡型場效應晶體 管，用于控制由電源輸入電壓產生的啟動電流的通斷，其漏極可以直接與電源輸入電壓連 接，也可以經變壓器原邊繞組側與電源輸入電壓連接。
[0025]所述NMOS管匪1的柵極與使能模塊140的輸出連接;漏極與晶體管NDl的柵極連接； 源極接地。
[0026]作為通斷控制模塊110的一種【具體實施方式】，所述通斷控制模塊110,包括PMOS管 PMl和電阻Rl，PM0S管PMl的源極與晶體管NDl的源極連接;PMOS管PMl的柵極與使能模塊140 的輸出連接;PMOS管PMl的漏極經電阻R1與晶體管ND 1的柵極連接。使能模塊140輸出的低電 平信號使得PMOS管PMl導通，晶體管NDl的源極經PMOS管PMl的源、漏極和電阻Rl與晶體管 ND 1的柵極連接，若晶體管ND 1的柵極電壓沒有達到鉗位電路150的鉗位電壓，則晶體管ND 1 的柵源電壓為0V，晶體管NDl有足夠大的過驅動電壓來提供高值電流。
[0027] 作為通斷控制模塊110的另一種【具體實施方式】，所述通斷控制模塊110,包括電阻 Rl和二極管D2,電阻Rl的一端與晶體管NDl的柵極連接，電阻Rl的另一端分別與晶體管NDl 的源極及二極管D2的陰極連接，二極管D2的陽極與使能模塊140的輸出連接。若在所使用的 半導體工藝中，晶體管NDl的閾值電壓與PMOS管PMl的閾值電壓接近，則存在通斷控制模塊 110在啟動過程無法導通的風險，進而影響高壓啟動電路的性能，因此在這種情況下不能在 通斷控制模塊110中使用PMOS管PMl，而是直接將電阻Rl串聯在晶體管NDl的源極和柵極之 間。二極管D2的作用在于當控制器完成啟動后，通過使能模塊140輸出的高電平信號給晶體 管NDl源極施加足夠高的電壓，使得晶體管NDl完全截止。
[0028] 作為大電流取電模塊120的一種具體的實施方式，所述大電流取電模塊120包括電 阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管匪2、NM3，和齊納管DZl，電阻R2的一端分別與二極管Dl的陰極 及PMOS管PM2的源極連接，電阻R2的另一端分別與PMOS管PM2的柵極及匪OS管匪2的漏極連 接，匪OS管匪2的源極接地;匪OS管匪2的柵極分別與電阻R3的一端、齊納管DZ1的陰極及 匪OS管匪3的漏極連接，電阻R3的另一端與PMOS管PM2的漏極連接，電阻R3的另一端還引出 作為大電流取電模塊120的輸出，用以為控制器的供電端VDD提供高值電流;齊納管DZl的陽 極接地;NMOS管匪3的源極接地;NMOS管匪3的柵極與使能模塊140的輸出連接，其中，PMOS管 PM2的源極還與小電流取電模塊130的輸入連接，PMOS管PM2的漏極還與小電流取電模塊130 的輸出連接，用以在大電流取電模塊120開始工作后，通過PMOS管PM2短接小電流取電模塊 130。當控制器供電端VDD的電壓達到低預設電壓，即NMOS管匪2的開啟閾值時，NMOS管匪2導 通，將PMOS管PM2的柵極電壓拉低至參考地電壓，PMOS管PM2導通，高值電流由電源輸入端經 晶體管NDl、二極管Dl和PMOS管PM2流出供電端VDD，給啟動電容C3充電。
[0029]作為小電流取電模塊130的一種具體的實施方式，所述小電流取電模塊130包括齊 納管DZ2和電阻R4。在本實用新型中，將兩個陰陽極依次串聯的齊納管等效為齊納管DZ2,齊 納管DZ2的陰極為所述的兩個串聯齊納管空出來的陰極，其陽極為兩者空出來的陽極，類似 地，下文提到的齊納管DZ3是三個陰陽極依次串聯的齊納管等效元件，齊納管DZ2、DZ3的陰 陽極的定義相同，不再贅述。齊納管DZ2的陰極作為小電流取電模塊130的輸入，與二極管Dl 的陰極連接;齊納管DZ2的陽極經電阻R4引出作為小電流取電模塊130的輸出。小電流取電 模塊130只在供電端VDD的電壓低于低預設電壓時工作，給啟動電容C3提供低值電流，依據 實際情況，低值電流可以比高值電流小1~2個數量級。當供電端VDD被短接到參考地時，流 經高壓啟動電路的電流為低值電流，可以大大減少了異常情況下的高壓啟動電路功耗，起 到期望的保護效果。
[0030]作為使能模塊140的一種具體的實施方式，所述使能模塊140包括上電復位電路 141和RS觸發器142，上電復位電路141的輸入端作為使能模塊140的第一輸入端連接供電端 VDD，上電復位電路141的輸出端與RS觸發器142的復位端(R)連接;RS觸發器142的輸出端 (Q)引出作為使能模塊的輸出;RS觸發器142的置位端(S)引出作為使能模塊140的第二輸入 端，用于接收控制器20發出的使能信號。上電復位電路141能夠檢測供電端VDD的電壓，當 VDD電壓小于高預設電壓時，上電復位電路141輸出復位信號經RS觸發器將高壓啟動電路復 位，重新開始給供電端啟動電容C3充電，控制器重新啟動后，使能模塊140再一次接收到使 能信號，關閉高壓啟動電路。此處，高預設電壓小于控制器的欠壓鎖定電壓，使能模塊140能 夠直接從供電端VDD取電且靜態功耗極小，以確保發生電源輸出短路故障，控制器欠壓鎖定 后，能延遲足夠長的時間再重新給啟動電容C3充電，達到充分散熱的效果。所述的延遲時間 與啟動電容C3和使能模塊140的靜態功耗有關，將在下文【具體實施方式】部分進行詳細說明。 [0031]作為鉗位電路150的一種具體的實施方式，所述鉗位電路150,包括齊納管DZ3和 NMOS管NM4，齊納管DZ3的陰極與晶體管NDl的柵極連接，齊納管DZ3的陽極與NMOS管NM4的柵 極和漏極連接，NMOS管NM4的源極接地。
[0032]除非有額外說明，否則本實用新型中出現的晶體管或MOS管的襯底都已經與其源 極相連接，上文及下文不再贅述。
[0033] 以上對本實用新型的方法和電路各技術方案及技術特征的原理、作用等進行了分 析，現將本實用新型的有益效果總結如下：
[0034] 1、高壓啟動電路只有在控制器的啟動過程中消耗能量，控制器啟動后關閉高壓啟 動電路，節省能量；
[0035] 2、當供電端VDD被短接到參考地時，能夠限制高壓啟動電路的功耗，避免高壓啟動 電路過熱損壞；
[0036] 3、當供電端VDD斷路時，能夠限制供電端VDD的電壓，避免控制器過壓損壞；
[0037] 4、當電源輸出短路，控制器欠壓鎖定后，能延遲足夠長的時間再重新給啟動電容 C3充電，減少短路功耗，讓電源充分散熱，避免電源過熱損壞。
【附圖說明】
[0038] 圖1為傳統的電源啟動電路的電路示意圖；
[0039]圖2為本實用新型實施例1的尚壓啟動電路的結構不意圖；
[0040]圖3為本實用新型實施例1的尚壓啟動電路的詳細電路不意圖；
[0041] 圖4為本實用新型實施例1的電源輸出Vqut短路的相關波形示意圖；
[0042] 圖5為本實用新型實施例2的高壓啟動電路的詳細電路示意圖；
[0043] 圖6為本實用新型實施例3高壓啟動電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實 用新型，并不用于限定本實用新型。
[0045] 實施例1
[0046] 圖2所示為本實用新型實施例1的高壓啟動電路100的結構示意圖，其與整流器10、 變壓器T的連接，以控制啟動電流的通斷和大小，不僅可以在正常情況下讓控制器20啟動， 還可以在異常情況下保護各電路不被損壞。高壓啟動電路100包括晶體管ND1、通斷控制模 塊110、二極管Dl、大電流取電模塊120、小電流取電模塊130、使能模塊140、鉗位電路150以 及 NMOS 管 NMl。
[0047]電源剛上電時，供電端VDD的電壓為OV，使能模塊140輸出低電平信號，使匪OS管 匪1關斷、通斷控制模塊110導通，進而使晶體管NDl導通，使輸入電源經晶體管ND1、二極管 D1和小電流取電模塊130后輸出，用于為控制器20的供電端VDD提供低值電流，以給啟動電 容C3充電；
[0048]當供電端VDD的電壓達到低預設電壓后，供電端VDD的電壓使大電流取電模塊120 開始工作，并通過大電流取電模塊120短接小電流取電模塊130,使輸入電源經晶體管ND1、 二極管D1和大電流取電模塊120后輸出，用以為控制器20的供電端VDD提供高值電流，以給 啟動電容C3充電直至控制器20啟動；
[0049]當控制器20完成啟動后，使能模塊140輸出高電平信號，使NMOS管匪1導通、通斷控 制豐旲塊110關斷，進而使晶體管NDl關斷，關閉尚壓啟動電路;其中，
[0050] 當供電端VDD短路時，短路電流經小電流取電模塊130連接到地，用以通過高壓啟 動電路控制短路電流為低值電流。
[0051] 在控制器保護關斷時，使能模塊的靜態工作所需的能量由啟動電容C3提供給供電 端VDD，在供電端VDD的電壓下降至高預設電壓時，使能模塊重新開啟高壓啟動電路，大電流 取電模塊工作，使輸入電源經晶體管ND 1、二極管D1和大電流取電模塊后輸出，用以為控制 器的供電端VDD提供高值電流，以給啟動電容C3充電直至控制器重新啟動，使能模塊再一次 使晶體管NDl的柵源電壓達到其關斷閾值，進而使晶體管NDl關斷，關閉高壓啟動電路，如此 重復，控制器與高壓啟動電路的交替開啟與關閉，直至控制器檢測到保護消除。
[0052]圖3所不為本實用新型實施例1的尚壓啟動電路100的詳細電路不意圖，如圖3所 示，晶體管NDl在實施例1中為高壓耗盡型場效應晶體管，用于控制由電源輸入電壓產生的 啟動電流的通斷，其漏極經變壓器原邊繞組側與電源輸入電壓連接。
[0053]所述NMOS管匪1的柵極與使能模塊140的輸出連接;漏極與晶體管NDl的柵極連接； 源極接地。
[0054] 所述通斷控制模塊110,包括PMOS管PMl和電阻Rl，PM0S管PMl的源極與晶體管NDl 的源極連接;PMOS管PMl的柵極與使能模塊140的輸出連接;PMOS管PMl的漏極經電阻Rl與晶 體管NDl的柵極連接。
[0055] 所述大電流取電模塊120,包括電阻R2、R3，PM0S管PM2,匪OS管匪2、匪3,和齊納管 DZl，電阻R2的一端分別與二極管Dl的陰極及PMOS管PM2的源極連接，電阻R2的另一端分別 與PMOS管PM2的柵極及NMOS管匪2的漏極連接，匪OS管匪2的源極接地;匪OS管匪2的柵極分 別與電阻R3的一端、齊納管DZl的陰極及匪OS管匪3的漏極連接，電阻R3的另一端與PMOS管 PM2的漏極連接，電阻R3的另一端還引出作為大電流取電模塊120的輸出，用以為控制器20 的供電端VDD提供高值電流;齊納管DZl的陽極接地;NMOS管NM3的源極接地;NMOS管NM3的柵 極與使能模塊140的輸出連接，其中，PMOS管PM2的源極還與小電流取電模塊130的輸入連 接，PMOS管PM2的漏極還與小電流取電模塊130的輸出連接，用以在大電流取電模塊120開始 工作后，通過PMOS管PM2短接小電流取電模塊130。
[0056]所述小電流取電模塊130包括齊納管DZ2和電阻R4,齊納管DZ2的陰極作為小電流 取電模塊130的輸入，與二極管Dl的陰極連接;齊納管DZ2的陽極經電阻R4引出作為小電流 取電模塊130的輸出。
[0057]所述使能模塊140包括上電復位電路141和RS觸發器142,上電復位電路141的輸入 端作為使能模塊140的第一輸入端連接供電端VDD，上電復位電路141的輸出端與RS觸發器 142的復位端(R)連接;RS觸發器142的輸出端(Q)引出作為使能模塊的輸出;RS觸發器142的 置位端(S)引出作為使能模塊140的第二輸入端，用于接收控制器20發出的使能信號。
[0058] 所述鉗位電路150,包括齊納管DZ3和匪OS管NM4,齊納管DZ3的陰極與晶體管NDl的 柵極連接，齊納管DZ3的陽極與NMOS管NM4的柵極和漏極連接，NMOS管NM4的源極接地。
[0059]下面結合附圖分別介紹高壓啟動電路100在不同工作條件下的工作過程及原理。 [0060] 1、正常啟動的情況
[00611 a、低值電流充電過程。在電源剛上電時，控制器20尚未啟動，其供電端VDD電壓為 0V，大電流取電模塊120不工作，RS觸發器142沒有供電電壓，因此RS觸發器142輸出端(Q)電 壓也為OV(又可稱為使能模塊140輸出低電平信號），即PMOS管PMl的柵極電壓為0V。根據公 知的半導體器件知識，此時晶體管NDl自然導通，晶體管NDl的源極電壓開始上升;在實施例 1中，晶體管ND 1的閾值電壓的絕對值I Vth_NDi I大于PMOS管PMl的閾值電壓的絕對值I Vth_PMi I， 因此當晶體管NDl的源極電壓上升到I Vth_PM11時，PMOS管PMl導通，晶體管NDl的柵極和源極 建立連接，為下文的鉗位電路150和大電流取電模塊120的正常工作做好準備；電源輸入端 經晶體管NDl、二極管Dl和小電流取電模塊130提供低值電流Ia給啟動電容C3充電。
[0062]根據公知的場效應晶體管漏極電流公式有：
[0063] Ια = β · (VGSL NDl-Vth NDl)2 (2)
[0064] 其中β是與工藝、晶體管尺寸相關的乘法因子，VgSL_ND 1是漏極電流為I CL時晶體管 NDl的柵源電壓，晶體管NDl的閾值電壓。由式（2)可見，當低值電流Ia極小時， VgSL_ND1 * Vth_NDl。如圖3所不，此處Vgsl_ndi還可以用下式描述：
[0065] Vgsl_ndi = Vg_ndi~Vs_ndi
[0066] =Vg_ndi-(Vdi+2 · Vdz+I cl · R4+Vdd) (3)
[0067] ? Vth-NDl
[0068] 其中Vg_ndi、Vs_ndi分別是晶體管NDl的柵極、源極電壓，Vdi是二極管Dl的正向導通電 壓，Vdz是一個齊納管的反向擊穿電壓，R4是電阻R4的電阻值，Vdd是供電端VDD的電壓。在本 實用新型實施例1中，使用鉗位電路150將VG_ND1-位在一個合適的電壓，確保控制器20能正 常啟動的同時，兼顧供電端VDD斷路保護，而在低值電流充電過程中，如式(3)所示￥ 5_^較 大，VG_NDj#達到鉗位電路150的鉗位電壓，即如圖3所示，此時有V G_ND1 = 3 · VDZ+VGS_NM4，代入 式(3)可得：
[0070] 其中VGS_NM4為匪OS管匪4的柵源電壓，同理當匪OS管匪4的漏極電流極小時，V GS_NM4 近似等于其閾值電壓。因此通過調節電阻R4可以就能得到期望的低值電流Ia(例如Ια? 200uA) 〇
[0071] b、高值電流充電過程。當供電端VDD電壓充電至低預設電壓Vset^，大電流取電模 塊120開始工作，提供高值電流Ich給啟動電容C3充電直至控制器20啟動。
[0072]在本實用新型實施例1中，低預設電壓Vsetl即為匪OS管匪2的閾值電壓，當供電端 VDD電壓達到匪OS管匪2的閾值電壓，匪OS管匪2導通，將PMOS管PM2的柵極電壓拉低，使得 PMOS管PM2導通，電源輸入端經晶體管NDl、二極管Dl和PMOS管PM2的源漏溝道提供高值電流 Ich給啟動電容C3充電，供電端VDD的電壓快速上升使得NMOS管匪2完全導通，將PMOS管PM2的 柵極電壓拉低至參考地電壓，PMOS管PM2也完全導通，將小電流取電模塊130短路，高值電流 Ich變成期望值(例如Ich ? 2mA)。如圖3所示，在本實用新型實施例1中，此時晶體管NDl的源 極電壓小至鉗位電路150的鉗位電壓以下，鉗位電路150不工作，而RS觸發器142輸出 端(Q)電壓仍為0V，使得PMOS管PMl處于導通狀態，NMOS管匪1、匪3處于截止狀態，晶體管NDl 的柵源電壓變為0V，故高值電流Ioi的期望值為晶體管NDl柵源電壓為OV時的漏極飽和電流。 [0073] c、高壓啟動電路關閉過程。當控制器20完成啟動后，使能模塊140中RS觸發器142 的置位端(S)接收到控制器20發出的高電平使能信號，RS觸發器142的輸出端(Q)電壓變成 高電平，使得PMOS管PMl處于截止狀態，NMOS管匪1、匪3處于導通狀態，將晶體管NDl和匪OS 管NM2的柵極電壓拉低至參考地電壓，關閉大電流取電模塊120,如式(3)所示，晶體管NDl的 源極電壓Vs_ND1上升，使得其柵源電壓V GS_ND1達到閾值電壓，晶體管NDl自然關斷，此時高壓啟 動電路將不會有額外的功耗浪費。
[0074] 2、供電端VDD短路的情況
[0075]若啟動電容C3連錫或發生其它故障使得控制器20的供電端VDD短路，則綜上所述 只有小電流取電模塊130工作，此時高壓啟動電路100只能給供電端VDD提供低值電流Ια，其 工作原理與低值電流充電過程相同，不再贅述。這樣，在供電端VDD短路情況下，能夠限制高 壓啟動電路1 〇〇的功耗，避免高壓啟動電路1 〇〇過熱損壞。
[0076] 3、供電端VDD斷路的情況
[0077]當供電端VDD斷路時，鉗位電路150能將晶體管ND 1的柵極電壓VG_NDjmii，鉗位電壓 為3 · VdZ+VgS_NM4,因此當晶體管NDl的源極電壓Vs_NDl上升到3 · VDZ+VGS_NM4+Vth_NDl時，晶體管 NDl自然關斷，如圖3所示，此時供電端VDD的電壓約為3 · VDZ+VGS_NM4+Vth_NDi-VD1 ? 21V，在控 制器20的安全電壓范圍內，避免控制器20過壓損壞。上述參數的含義已經在低值電流充電 過程中有詳細說明，這里不再贅述。
[0078] 4、保護關斷的情況，以電源輸出短路為例
[0079] 圖4所示為本實用新型實施例1的電源輸出Vqut短路的相關波形示意圖。如圖4所 示，當電源輸出短路時，控制器20檢測到故障并計時一段時間后（如計時40ms)，檢測到故障 持續存在，控制器20進入保護狀態，關閉主功率開關管SW的驅動信號GATE，輔助繞組NA不能 給控制器20供電，由于控制器20存在靜態功耗，供電端VDD的電壓開始以一個較大的斜率下 降；當供電端VDD的電壓下降到控制器20的欠壓鎖定電壓V uvlq以下時，控制器20關閉，所述 的使能信號變成低電平，此時供電端VDD只給高壓啟動電路的使能模塊140供電，供電端VDD 的電壓以另一個較小的斜率下降；由于此時供電端VDD的電壓仍大于上電復位電路141的高 預設電壓Vset2〈Vm〇,上電復位電路141仍然輸出低電平，RS觸發器142的輸出端(Q)電壓仍保 持為高電平，高壓啟動電路100繼續斷開充電電流，不給啟動電容C3充電；由于使能模塊140 的功耗很小，因此從控制器20的欠壓鎖定電壓V uvlq開始經過足夠長的延遲時間TD后，供電 端VDD的電壓才小于上電復位電路141的高預設電壓Vset2，上電復位電路141輸出高電平，使 得RS觸發器142輸出端(Q)電壓翻轉成低電平，高壓啟動電路IOO重新給供電端VDD提供充電 電流，使控制器20重新啟動，再完成一輪啟動過程。在本實用新型實施例1中，高預設電壓 Vset2大于低預設電壓Vsetl，因此在上述正常啟動情況中，高壓啟動電路100直接從高值電流 啟動過程開始工作。同時，因高預設電壓V se3t2大于低預設電壓Vse3tl，也可稱高預設電壓Vse3t2 為高預設電壓、低預設電壓Vse3tl為低預設電壓。在本.實用新型實施例1中，供電端VDD需要 提供I OOuA來維持使能模塊140的正常工作，則所述延遲時間TD為：
[0081]由式(5)可見，在外圍電路中可以通過調節啟動電容C3來獲得合適的延遲時間TD， 以便在電源輸出短路的情況下，給電源足夠長的時間進行散熱，避免電源過熱損壞。
[0082] 若控制器重啟后仍然檢測到輸出短路故障，則重復進行上述過程;否則，控制器正 常工作，電源正常輸出。如圖4所示，由于輸出短路故障持續了多個周期，每當供電端VDD的 電壓達到控制器20的啟動電壓，控制器20重啟后都會檢測到輸出短路故障，并重復上述的 計時、關閉驅動信號GATE和控制器20欠壓關閉以及之后供電端VDD的電壓小于高預設電壓 Vse3t2時高壓啟動電路重新開啟等過程，如此重復，控制器與高壓啟動電路的交替開啟與關 閉，直至控制器檢測到保護消除。
[0083] 在控制器20啟動至計時結束的過程中，控制器都持續檢測輸出短路故障是否存 在，因此只要輸出短路故障排除，控制器20都會在當次或下一次的啟動至計時結束的過程 中檢測到并消除保護，使電源恢復正常輸出，實現電源的自恢復。
[0084] 實施例2
[0085]圖5所不為本實用新型實施例2的尚壓啟動電路的詳細電路不意圖。如圖5所不，與 實施例1不同的是，在實施例2采用的工藝中，晶體管NDl的閾值電壓與PMOS管PMl的閾值電 壓相近，存在通斷控制模塊210在啟動過程無法導通的風險，進而影響高壓啟動電路200的 性能，因此為了保證高壓啟動電路200的正常使用，在實施例2中，通斷控制模塊210包括二 極管D2和電阻Rl，不使用PMOS管PMl。電阻Rl的一端與晶體管NDl的柵極連接，電阻Rl的另一 端分別與晶體管NDl的源極及二極管D2的陰極連接，二極管D2的陽極與使能模塊140的輸出 連接。所述的通斷控制模塊210以及下文所述的使能模塊240和鉗位電路250在圖5中并未單 獨示出，它們在電路的具體位置與圖2所示的同名結構的位置相同。
[0086]這樣電阻Rl直接串聯在晶體管NDl的源極和柵極之間，高壓啟動電路200上電后， 在晶體管NDl的柵極電壓（相對于參考地)未達到鉗位電路250的鉗位電壓前，晶體管NDl的 柵源電壓為0V，高壓啟動電路200能夠正常完成與實施例1相同的工作過程。當控制器20完 成啟動后，使能模塊240輸出的高電平信號經二極管D2給晶體管NDl源極施加足夠高的電 壓，使得晶體管NDl完全截止，節省能量。
[0087]與實施例1不同之處還在于，晶體管NDl的漏極可以直接或經過電阻RIN與整流器 10的輸出端連接，不經過變壓器T，變壓器T的原邊繞組NP可以與功率開關管SW連接，以完成 電壓轉換，在圖5中未示出。實施例2表明高壓啟動電路200可以通過外接電阻RIN或其他器 件來擴展其應用范圍，例如應用于更高的輸入電壓場合。高壓啟動電路200的工作過程及原 理與實施例1相同，這里不再贅述。
[0088] 實施例3
[0089] 圖6所示為本實用新型實施例3的高壓啟動電路300的結構示意圖。如圖6所示，與 實施例1不同之處在于，高壓啟動電路300的使能模塊340可以根據接收到的除控制器20外 的其他電路發出的使能信號，控制高壓啟動電路300斷開充電電流。高壓啟動電路300的其 他工作過程和工作原理與實施例1相同，這里不再贅述。
[0090] 以上僅是本實用新型的優選實施例，應當指出的是，上述優選實施例不應視為對 本實用新型的限制。本實用新型的高壓啟動電路可應用在直流輸入電壓為40Vdc~700Vdc 的電壓范圍內（對應到交流輸入可為29Vac~494Vac)，但還應認識到，通過增加外部電路或 采用新工藝等其他方式，本實用新型可應用于其它更為廣泛的范圍中。按照本實用新型的 上述內容，利用本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思 想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，例如根據實際工藝修 改相關的電壓或電流表達式，來獲得與本實用新型類似的有益效果，這些均落在本實用新 型權利保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種高壓啟動電路，用以在啟動時提供電流給控制器的供電端VDD及啟動電容C3,其 特征在于:包括晶體管NDl、二極管Dl、匪OS管匪1、通斷控制模塊、大電流取電模塊、小電流 取電模塊和使能模塊，使能模塊用于控制NMOS管匪1、通斷控制模塊和大電流取電模塊的通 斷，進而改變高壓啟動電路的工作狀態， 電源剛上電時，供電端VDD的電壓為0V，使能模塊控制WOS管匪1關斷、通斷控制模塊導 通，進而使晶體管ND 1導通，使輸入電源經晶體管ND 1、二極管D1和小電流取電模塊后輸出， 用于為控制器的供電端VDD提供低值電流，以給啟動電容C3充電； 當供電端VDD的電壓大于低預設電壓后，供電端VDD的電壓使大電流取電模塊開始工 作，并通過大電流取電模塊短接小電流取電模塊，使輸入電源經晶體管ND 1、二極管D1和大 電流取電模塊后輸出，用以為控制器的供電端VDD提供高值電流，以給啟動電容C3充電直至 控制器啟動； 當控制器完成啟動后，使能模塊控制NMOS管匪1導通、通斷控制模塊關斷，使晶體管NDl 的柵源電壓達到其關斷閾值，進而使晶體管NDl關斷，關閉高壓啟動電路。2. 根據權利要求1所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述高壓啟動電路， 在供電端VDD短路時，短路電流經小電流取電模塊連接到地，用以通過高壓啟動電路控 制短路電流為低值電流； 在控制器保護關斷時，使能模塊的靜態工作所需的能量由啟動電容C3提供給供電端 VDD，在供電端VDD的電壓下降至高預設電壓時，使能模塊重新開啟高壓啟動電路，大電流取 電模塊工作，使輸入電源經晶體管ND1、二極管Dl和大電流取電模塊后輸出，用以為控制器 的供電端VDD提供高值電流，以給啟動電容C3充電直至控制器重新啟動，使能模塊再一次使 晶體管NDl的柵源電壓達到其關斷閾值，進而使晶體管NDl關斷，關閉高壓啟動電路，如此重 復，控制器與高壓啟動電路的交替開啟與關閉，直至控制器檢測到保護消除。3. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述匪OS管匪1的柵極與使能 模塊的輸出連接;漏極與晶體管NDl的柵極連接;源極接地。4. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述通斷控制模塊，包括PMOS 管PMl和電阻Rl，PMOS管PMl的源極與晶體管NDl的源極連接;PMOS管PMl的柵極與使能模塊 的輸出連接;PMOS管PMl的漏極經電阻Rl與晶體管NDl的柵極連接。5. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述通斷控制模塊，包括電阻 Rl和二極管D2,電阻Rl的一端與晶體管NDl的柵極連接，電阻Rl的另一端分別與晶體管NDl 的源極及二極管D2的陰極連接，二極管D2的陽極與使能模塊的輸出連接。6. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述大電流取電模塊，包括電 阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管匪2、NM3，和齊納管DZl，電阻R2的一端分別與二極管Dl的陰極 及PMOS管PM2的源極連接，電阻R2的另一端分別與PMOS管PM2的柵極及匪OS管匪2的漏極連 接，匪OS管匪2的源極接地;匪OS管匪2的柵極分別與電阻R3的一端、齊納管DZ1的陰極及 匪OS管匪3的漏極連接，電阻R3的另一端與PMOS管PM2的漏極連接，電阻R3的另一端還引出 作為大電流取電模塊的輸出，用以為控制器的供電端VDD提供高值電流;齊納管DZ1的陽極 接地;NMOS管匪3的源極接地;NMOS管匪3的柵極與使能模塊的輸出連接，其中，PMOS管PM2的 源極還與小電流取電模塊的輸入連接，PMOS管PM2的漏極還與小電流取電模塊的輸出連接， 用以在大電流取電模塊開始工作后，通過PMOS管PM2短接小電流取電模塊。7. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述小電流取電模塊包括齊 納管DZ2和電阻R4，齊納管DZ2的陰極作為小電流取電模塊的輸入，與二極管Dl的陰極連接； 齊納管DZ2的陽極經電阻R4引出作為小電流取電模塊的輸出。8. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述使能模塊包括上電復位 電路和RS觸發器，上電復位電路的輸入端作為使能模塊的第一輸入端，用于連接控制器的 供電端VDD;上電復位電路的輸出端與RS觸發器的復位端連接;RS觸發器的輸出端引出作為 使能模塊的輸出；RS觸發器的置位端引出作為使能模塊的第二輸入端，用于接收控制器發 出的使能信號。9. 根據權利要求1或2所述的高壓啟動電路，其特征在于:還包括與晶體管NDl的柵極連 接的鉗位電路，在供電端VDD斷路時，鉗位電路對晶體管ND 1的柵極電壓進行鉗位。10. 根據權利要求9所述的高壓啟動電路，其特征在于:所述鉗位電路，包括齊納管DZ3 和NMOS管匪4，齊納管DZ3的陰極與晶體管NDl的柵極連接，齊納管DZ3的陽極與NMOS管NM4的 柵極和漏極連接，NMOS管NM4的源極接地。
【文檔編號】H02M1/36GK205490127SQ201620094737
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月30日
【發明人】唐盛斌, 符威
【申請人】深圳南云微電子有限公司