专利名称：开关电源启机电路以及开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电源启机电路以及开关电源。
技术背景请参阅图1，为LLC谐振电路的电路图，该电路包括第一开关管SI、第二开关管S2、控制电路101、电感L、第一电容Cl以及变压器T (为了画图方便，只在图I中画出变压器T的原边)。电感L以及第一电容Cl组成了谐振网络，控制电路101控制第一开关管SI与第二开关管S2分别以50%的占空比互补导通，具体的连接关系如图I所示。在开关电源启机初始时刻，第一开关管SI与第二开关管S2处于断开状态，此时电感L、第一电容Cl以及变压器T的储存能量为零，此时若第一开关管SI闭合，由于电感L、第一电容Cl以及变压器T的储存能量为零，所以相当于输入电压Vin直接加在电感L两端，由电感L、第一电容Cl、变压器T以及第二开关管S2中的寄生二极管D2组成的线路I中电流快速上升，会产生一很大的第一电流，且第一电流的方向从电感L流向第一电容Cl,在第一开关管SI闭合期间，输入电压Vin为第一电容Cl充电，当第一开关管SI断开第二开关管S2闭合期间，第一电流开始逐渐减小，当第一电流减少至零时，第一电容Cl进行放电，此时电感L、第一电容Cl、变压器T以及第二开关管S2组成的线路2中会产生第二电流，且第二电流的方向为从第一电容Cl流向电感L。由于第一开关管SI断开时刻第一电流很大，很可能在第一电流减小至零之前，第二开关管S2到达断开时间，较大的第一电流使第二开关管S2的寄生二极管D2难以立刻关断，若此时第一开关管SI闭合，输入电压Vin会被第一开关管SI和第二开关管S2短路，从而导致第一开关管SI损坏。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种开关电源启机电路以及开关电源。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案—种开关电源启机电路，应用于具有以LLC谐振电路为主电路的开关电源，所述LLC谐振电路包括第一开关管、第二开关管、电感、第一电容以及变压器，所述启机电路包括第一端与所述主电路的输入正端相连，第二端与所述第一电容正极一侧相连，在所述第一开关管与所述第二开关管第一次闭合之前为所述第一电容充电的充电电路。优选的，所述充电电路为第一预设阻值的第一电阻。优选的，所述第一预设阻值是指不影响所述主电路稳态时的工作状态的阻值。 优选的，所述充电电路包括二极管以及第二电容，其中所述二极管的正极与所述主电路的输入正端相连，所述二极管的负极与所述第二电容的一端与相连，所述第二电容的另一端与所述第一开关管和所述第二开关管相连的一端相连；或者，所述第二电容的一端与所述主电路的输入正端相连，所述第二电容的另一端与所述二极管的正极相连，所述二极管的负极与所述第一开关管和所述第二开关管相连的一端相连。优选的，还包括一端与所述充电电路的第二端相连，另一端与所述主电路的输入负端相连，与所述充电电路对输入电压进行分压的钳位电路。优选的，所述充电电路为第一预设阻值的第一电阻； 相应的，所述钳位电路为第二预设阻值的第二电阻。优选的，所述第一预设阻值与所述第二预设阻值相等。一种以LLC谐振电路为主电路的开关电源，包括上述任一项所述电路。经由上述的技术方案可知，采用本实用新型实施例提供的开关电源启机电路，在开关电源启机初始时刻，第一开关管SI与第二开关管S2均处于断开状态时,此时输入电压Vin通过充电电路201为第一电容Cl充电，以使第一电容Cl在第一开关管SI或第二开关管S2第一次闭合前已经具有一定的初始电压，这样，当第一开关管SI第一次闭合时，施加在电感L上的电压为输入电压Vin和第一电容Cl上的初始电压之差，此时流经电感L的电流比直接将输入电压Vin施加在电感L上的第一电流小，且由于在第一开关管SI闭合之前，第一电容Cl已经具有一定的初始电压，所以在第一开关管SI断开时，第一电容Cl上的电压比只有在第一开关管SI闭合时才能由零开始充电的第一电容Cl上的电压大，当第一开关管SI断开且第二开关管S2闭合时，由于第一电容Cl的电压较大,所以流经由电感L、第一电容Cl、变压器T以及第二开关管S2的寄生二极管D2组成的线路I的第三电流(第三电流的方向与第一电流的方向相同)减小的速度就快，第三电流减小至零的时间相对于现有技术较短，只要控制充电电路201中阻值大小得当，就可以使第二开关管S2断开第一开关管SI闭合之前，第三电流已经减小至零，且反向增大，这样在第二开关管S2断开第一开关管SI闭合时，第二开关管S2的寄生二极管D2已经反向关闭，电流会通过第一开关管SI的寄生二极管D1，这样输入电压Vin不会被第一开关管SI和第二开关管S2短路，第一开关管SI不会损坏。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图I为LLC谐振电路的电路图；图2为本实用新型实施例公开的第一种开关电源启机电路的电路图；图3为本实用新型实施例公开的第二种开关电源启机电路的电路图；图4为本实用新型实施例公开的第三种开关电源启机电路的电路图；图5为本实用新型实施例公开的第四种开关电源启机电路的电路图；图6为本实用新型实施例公开的第五种开关电源启机电路的电路图。
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例一本实用新型实施例提供了第一种开关电源启机电路，该开关电源启机电路应用于以LLC谐振电路为主电路的开关电源，LLC谐振电路主电路包括·第一开关管SI、第二开关管S2、控制电路101、电感L、第一电容Cl以及变压器T(变压器T的副边在图I中未示出)。电感L以及第一电容Cl组成了谐振网络，控制电路101控制第一开关管SI与第二开关管S2分别以50%的占空比互补导通。电感L、第一电容Cl以及变压器T串联在一起组成储能网络。LLC谐振电路中各个元器件的连接关系如下控制电路101的一控制端与第一开关管SI的控制端相连，第一开关管SI的第一端为主电路101的输入正端，第一开关管SI的第二端分别与第二开关管S2的第一端以及储能网络的第一端相连，储能网络的第二端与第二开关管S2的第二端相连，且第二开关管S2的第二端为主电路101的输入负端,输入电压Vin的正极作用于主电路101的输入正端，输入电压Vin的负极作用于主电路101的输入负端。由于变压器T的原边为串联电路，因此，储能网络中的电感L、第一电容Cl以及变压器T的连接关系有6种。其中，LLC谐振电路中的电感L和变压器T可以是分别独立的器件，电感L和变压器T也可以是集成磁结构，或者，电感L不是一个独立的器件，而是由变压器T的原边漏感实现的。第一开关管SI为晶体管时，第一端为漏极，第二端为源极，第一开关管SI为三极管时，第一端为集电极，第二端为发射极；第二开关管S2为晶体管时，第一端为漏极，第二端为源极，第二开关管S2为三极管时，第一端为集电极，第二端为发射极。第一种启机电路包括充电电路201。储能网络中电感L、第一电容Cl以及变压器T的连接关系不同，充电电路与LLC谐振电路中各个元器件的连接关系不同，但是不论储能网络中电感L、第一电容Cl以及变压器T的连接关系是那种，充电电路201的第一端与主电路101的输入正端相连，第二端与第一电容Cl正极一侧相连，且用于在第一开关管SI与第二开关管S2第一次闭合之前为第一电容Cl充电。当电感L的第一端与第一开关管SI的第二端相连，电感L的第二端与第一电容Cl的正极相连，第一电容Cl的负极与变压器T的原边的第一端相连，变压器T原边的第二端与第二开关管S2的第二端相连时，上述第一电容Cl的正极一侧可以为电感L的第一端或电感L的第二端。充电电路201与LLC谐振电路中各个元器件的连接关系请参阅图2以及图3所示。[0041 ] 图2为本实用新型实施例公开的第一种开关电源启机电路的电路图，从图2可知，充电电路201的第一端与主电路101的输入正端相连,充电电路201第二端与第一开关管SI的第二端相连。图3为本实用新型实施例公开的第二种开关电源启机电路的电路图，从图3可知，充电电路201的第一端与主电路101的输入正端相连，充电电路201第二端与第一电容Cl正端相连。LLC谐振电路中各个元器件的第二种连接关系如下电感L的第一端与第一开关管SI的第二端相连，电感L的第二端与变压器T原边的第一端相连，变压器T的第二端与第一电容Cl的正极相连,第一电容Cl的负极与主电路101的输入负端相连。当然，可以将图2中电感L的位置可与第一电容Cl的位置互换，此时上述第一电容Cl正极一侧可以为第一电容Cl的正极，若在电感L的位置与第一电容Cl的位置互换的基础上，再将电感L与变压器T的位置互换，那么上述第一电容Cl正极一侧可以为第一电容Cl的正极，可以将图2中电感L的位置与变压器的位置互换，此时上述第一电容Cl的正极一侧可以为第一电容Cl的正极、变压器T的原边的第一端或变压器T的原边的第二端。 当电感L的第一端与第一开关管SI的第二端相连，电感L的第二端与变压器T的原边的第一端相连，变压器T的原边的第二端与第一电容的正极相连，第一电容Cl的负极与第二开关管S2的第二端相连，此时，上述第一电容Cl的正极一侧可以为第一电容Cl的正极、变压器T的原边的第一端或电感L的第一端，充电电路201与LLC谐振电路中各个元器件的连接关系请参阅图4以及图5所示。图4为本实用新型实施例公开的第三种开关电源启机电路的电路图，从图4中可以看出，充电电路201的第一端与主电路101的输入正端相连，充电电路201第二端与电感L的第一端相连。图5为本实用新型实施例公开的第四种开关电源启机电路的电路图，从图5中可以看出，充电电路201的第一端与主电路101的输入正端相连，充电电路201第二端与变压器T的原边的第一端相连。可以将图4中的电感L与变压器T的位置进行互换，此时，上述第一电容Cl的正极一侧可以为变压器T的原边的第一端、电感L的第一端或第一电容Cl的正极。其中，所述的第一电容正极，是指LLC谐振电路在稳态工作时第一电容的电压正极。(稳态工作时，第一电容上的电压为具有纹波的直流电压。)工作原理如下在开关电源启机初始时刻，第一开关管SI与第二开关管S2均处于断开状态时，此时输入电压Vin通过充电电路201为第一电容Cl充电，以使第一电容Cl在第一开关管SI或第二开关管S2第一次闭合前已经具有一定的初始电压，这样，当第一开关管SI第一次闭合时，施加在电感L上的电压为输入电压Vin和第一电容Cl上的初始电压之差,此时流经电感L的电流比直接将输入电压Vin施加在电感L上的第一电流小,且由于在第一开关管SI闭合之前，第一电容Cl已经具有一定的初始电压，所以在第一开关管SI断开时，第一电容Cl上的电压比只有在第一开关管SI闭合时才能由零开始充电的第一电容Cl上的电压大，当第一开关管SI断开且第二开关管S2闭合时，由于第一电容Cl的电压较大，所以流经由电感L、第一电容Cl、变压器T以及第二开关管S2的寄生二极管D2组成的线路I的第三电流(第三电流的方向与第一电流的方向相同)减小的速度就快，第三电流减小至零的时间相对于现有技术较短，只要控制充电电路201中阻值大小得当或者控制电路101开始驱动第一开关管SI和第二开关管S2的时间合适，就可以使第二开关管S2断开第一开关管SI闭合之前，第三电流已经减小至零，且反向增大，这样在第二开关管S2断开第一开关管SI闭合时，第二开关管S2的寄生二极管D2已经反向关闭，电流会通过第一开关管SI的寄生二极管Dl，这样输入电压Vin不会被第一开关管SI和第二开关管S2短路，第一开关管SI不会损坏。上述实施例中的充电电路201可以包括二极管以及第二电容，其中，二极管的正极与主电路101的输入正端相连,负极与第二电容的一端相连,第二电容的另一端与第一开关管SI的第二端(即第一开关管SI和第二开关管S2相 连的一端)相连；或者第二电容的一端与主电路101的输入正端相连，第二电容的另一端与二极管的正极相连，二极管的负极与第一开关管SI和第二开关管S2相连的一端相连。上述实施例中的充电电路201具体可以为第一预设阻值的第一电阻，优选的，第一预设阻值是指不影响所述主电路稳态时的工作状态的阻值。实施例二在开关电源启机初始时刻，第一开关管SI与第二开关管S2均处于断开状态，此时充电电路201已经开始为第一电容Cl进行充电，如果充电的时间太长，可能导致第一电容Cl的电压很高，当第二开关管S2在启机过程中第一次闭合时，由电感L、第一电容Cl、变压器T以及第二开关管S2组成的线路2中，由于第一电容Cl上的电压很大，第四电流降低的速率很快，第二开关管S2的寄生二极管D2导通时间会很短，第四电流很快降为零后反向，产生从零增大的第五电流，且第五电流方向与第二电流的方向相同，由于第一电容Cl的电压较大，所以第五电流的增大的速率也会很快，当第二开关管S2断开时，第五电流的值会很大，此时第一开关管SI闭合，则第五电流开始降低，方向为从电感L和第一电容Cl流过第一开关管SI的寄生二极管D1，由于第五电流值很大，因此，在第一开关管SI断开时，第五电流仍然不能降为零，若此时第二开关管S2导通，则此时相当于输入电压Vin将被第一开关管SI和第二开关管S2短路，以致使第二开关管S2损坏。请参阅图6，为本实用新型实施例公开的第五种开关电源启机电路的电路图，第五种启机电路应用于具有谐振电路主电路的开关电源，LLC谐振电路主电路的组成与连接关系与实施例一中的相同，请参考实施例一中的描述，在此不再赘述。第二种启机电路包括充电电路201以及钳位电路601，其中充电电路201与LLC谐振电路中各个元器件的连接关系与实施例一种的相同，请参见实施例一，在此不再一一赘述。钳位电路601的一端与充电电路201的第二端相连，另一端与主电路101的输入负端相连。钳位电路601与充电电路201对输入电压进行分压。图6中的LLC谐振电路中各个元器件的连接关系为第一种连接关系，当然LLC谐振电路中各个元器件的连接关系还可以为第二种连接关系(只是为了画图方便未示出)，由于充电电路201与LLC谐振电路中各个元器件的连接关系有四种，不论是哪种，钳位电路601与充电电路201的连接关系均为上面所述。工作原理如下在开关电源启机的过程中，且在第一开关管SI与第二开关管S2在第一次闭合之前，输入电压Vin通过充电电路201为第一电容Cl充电，钳位电路301与充电电路301并联在输入电压Vin两端，由于二者的分压作用，第一电容C上的电压不会太高，从而避免了第二开关管S2的损坏。尤其是当充电电路为第一电阻时，当对开关电源的操作不准确，从而导致为第一电容充电的时间过长时，可能会使第二开关管S2损坏，通过钳位电路301将第一电容Cl的电压钳位在安全范围内，从而避免了第二开关管S2的损坏的情况。当充电电路为第一电阻时，钳位电路为第二预设阻值的第二电阻，优选的，第一预设阻值与第二预设阻值相等。当充电电路201包括二极管以及第二电容时，由于第二电容与第一电容Cl对输入电压Vin进行分压，只要选择相应容量的第二电容，第一电容Cl的电压就不会过大，所以针对于充电电路201包括二极管以及第二电容这种情况，开关电源启机电路可以没有钳位电路301，当然这种情况下也可以有钳位电路301。 本实用新型实施例还公开了一种以LLC谐振电路为主电路的开关电源，该开关电源包括上述任一实施例描述的电路。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种开关电源启机电路，应用于具有以LLC谐振电路为主电路的开关电源，所述LLC谐振电路包括第一开关管、第二开关管、电感、第一电容以及变压器，其特征在于，所述启机电路包括 第一端与所述主电路的输入正端相连，第二端与所述第一电容正极一侧相连，在所述第一开关管与所述第二开关管第一次闭合之前为所述第一电容充电的充电电路。
2.根据权利要求I所述电路，其特征在于，所述充电电路为第一预设阻值的第一电阻。
3.根据权利要求2所述电路，其特征在于，所述第一预设阻值是指不影响所述主电路稳态时的工作状态的阻值。
4.根据权利要求I所述电路，其特征在于，所述充电电路包括 二极管以及第二电容，其中 所述二极管的正极与所述主电路的输入正端相连，所述二极管的负极与所述第二电容的一端与相连，所述第二电容的另一端与所述第一开关管和所述第二开关管相连的一端相连； 或者，所述第二电容的一端与所述主电路的输入正端相连，所述第二电容的另一端与所述二极管的正极相连，所述二极管的负极与所述第一开关管和所述第二开关管相连的一端相连。
5.根据权利要求I所述电路，其特征在于，还包括 一端与所述充电电路的第二端相连，另一端与所述主电路的输入负端相连，与所述充电电路对输入电压进行分压的钳位电路。
6.根据权利要求5所述电路，其特征在于，所述充电电路为第一预设阻值的第一电阻； 相应的，所述钳位电路为第二预设阻值的第二电阻。
7.根据权利要求6所述电路，其特征在于，所述第一预设阻值与所述第二预设阻值相坐寸o
8.—种以LLC谐振电路为主电路的开关电源，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述电路。
专利摘要本实用新型提供了一种开关电源启机电路以及开关电源，该开关电源启机电路应用于具有谐振电路主电路的开关电源，该开关电源启机电路包括第一端与所述主电路的输入正端相连，第二端与所述第一电容正极一侧相连，在所述第一开关管与所述第二开关管第一次闭合之前为所述第一电容充电的充电电路。采用本实用新型实施例提供的开关电源启机电路以及开关电源可以避免开关管的损坏。
文档编号H02M3/10GK202798445SQ20122044715
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者张华建, 黄逊 申请人:英飞特电子(杭州)股份有限公司