專利名稱：用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電源、辦公設(shè)備及家用電器等在上電時電源輸入端都會產(chǎn)生較大的啟動沖擊電流?，F(xiàn)在通用的解決方案是在電源輸入端加NTC熱敏電阻，該解決方案在常溫時可降低單次開機(jī)的啟動沖擊電流，但是，由于熱敏電阻的參數(shù)離散性及固有的時間常數(shù)制約，啟動沖 擊電流和啟動時間很難準(zhǔn)確估算，再者，熱敏電阻的殘余電阻較大，在運行中消耗不小的功率會導(dǎo)致溫升較高，也潛藏著可靠性的隱患，尤其頻繁開關(guān)機(jī)時基本喪失限流功能，導(dǎo)致電源、設(shè)備等因啟動沖擊電流過大而損壞。 另一方面，目前要求電源能有盡可能大的電源維持時間Tc(當(dāng)電源輸入端掉電后，繼續(xù)維持輸出標(biāo)稱功率的時間稱為電源維持時間)，在電源維持時間內(nèi)，電源輸出消耗的能量Wp= f VITc，其中，V是電源輸出電壓，I是電源輸出電流，可見Wp ~ Tc。電源維持時間內(nèi)的電源輸出消耗的能量是靠電源輸入端儲能電容儲存的能量提供的，儲能電容儲存的能量Wc= (CV2)/2，而Wp Wc，由此，若需要延長電源維持時間Tc，則必須增大電源輸入端儲能電容的電容值C，而增大電源輸入端儲能電容的電容值C就必然引起電源啟動時較大的電源沖擊電流Ic。Ic=Cdu/dt - (I)從上式(I)中可以看出，電容值C越大，電源沖擊電流Ic就越大。而且，從熱敏電阻的電源沖擊電流公式(I)看到，電源沖擊電流的電流值在相同的輸入電壓條件下，將變得很大且不易精確計算。由此可見，電源輸入端電容的電容值C、啟動沖擊電流Ic、電源維持時間Tc三者密切相關(guān)。電源設(shè)計者的任務(wù)就是將三者通過電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的調(diào)整，做出科學(xué)的契合，顯然單純的應(yīng)用熱敏電阻滿足不了上述要求，必須另辟捷徑解決這一難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可精確控制電源啟動沖擊電流以及延長電源維持時間。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案—種用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置在電源的電源輸入電路中的供電電源與輸入濾波儲能電容之間，其特征在于該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括電容慢充快放電路、切換電壓比較電路和時序開關(guān)電路，其中該電容慢充快放電路的正、負(fù)連接端分別與該供電電源的正、負(fù)輸出端連接，該電容慢充快放電路的輸出端經(jīng)由該切換電壓比較電路與該時序開關(guān)電路的控制端連接，該時序開關(guān)電路的兩個連接端分別與該供電電源的負(fù)輸出端、輸入濾波儲能電容的負(fù)極端連接。所述電容慢充快放電路包括充放電容、快放電阻、慢充電阻和二極管，其中該快放電阻的兩端分別與所述供電電源的正、負(fù)輸出端連接，該二極管與該充放電容串聯(lián)后連接在所述供電電源的正、負(fù)輸出端之間，該二極管的負(fù)極與所述供電電源的正輸出端連接，該充放電容的負(fù)極端與該供電電源的負(fù)輸出端連接，該慢充電阻與該二極管并聯(lián)連接。所述時序開關(guān)電路包括MOSFET管和切換電阻，該切換電阻的兩端分別與該MOSFET管的源極、漏極連接，該MOSFET管的柵極、源極、漏極分別與所述切換電壓比較電路的輸出端、所述供電電源的負(fù)輸出端、所述輸入濾波儲能電容的負(fù)極端連接。所述MOSFET管的柵極與源極之間連接有一個電阻。所述MOSFET管的漏極與源極之間連接有一個穩(wěn)壓二極管。所述切換電壓比較電路為一個穩(wěn)壓二極管或一個電壓比較器。所述充放電容的正、負(fù)極端之間連接有限壓用穩(wěn)壓二極管。所述限壓用穩(wěn)壓二極·管的兩端之間連接有二極管。本實用新型的優(yōu)點是本實用新型為應(yīng)用于電源的電源輸入電路中的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成本低，可靠性高，高效節(jié)能。本實用新型利用充放電容Cl充電電路與放電電路的不同，控制充放電容Cl的充電時間(慢)和放電時間(快)，且采用MOSFET管Ql與切換電阻R2相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，嚴(yán)格控制MOSFET管Ql的導(dǎo)通關(guān)斷時序，將電源輸入電路中的電容能量、電源啟動沖擊電流、電源維持時間三者有機(jī)地揉成一體，對電源實現(xiàn)了既精確控制電源啟動沖擊電流(啟動沖擊功率)，又延長電源維持時間，解決了在電源頻繁開關(guān)機(jī)工況下對供電電源及電源本身的損傷問題。

圖I是本實用新型的組成方框示意圖；圖2是本實用新型的第一實施例的電路連接圖；圖3是本實用新型的第二實施例的電路連接圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100設(shè)置在電源的電源輸入電路中的供電電源200與輸入濾波儲能電容C2之間，圖I只畫出了電源輸入電路部分，而電源輸出電路部分未畫出。在實際應(yīng)用時，供電電源200與電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100之間還可設(shè)有濾波器300，例如EMI濾波器。如圖1，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)100包括電容慢充快放電路101、切換電壓比較電路102和時序開關(guān)電路103，其中該電容慢充快放電路101的正、負(fù)連接端分別與該供電電源200的正、負(fù)輸出端連接，該電容慢充快放電路101的輸出端經(jīng)由該切換電壓比較電路102與該時序開關(guān)電路103的控制端連接，該時序開關(guān)電路103的兩個連接端分別與該供電電源200的負(fù)輸出端、輸入濾波儲能電容C2的負(fù)極端連接。如圖2和圖3，該電容慢充快放電路101包括充放電容Cl、快放電阻R0、慢充電阻Rl和二極管D1，其中該快放電阻RO的兩端分別與供電電源200的正、負(fù)輸出端連接，該二極管Dl與該充放電容Cl串聯(lián)后連接在供電電源200的正、負(fù)輸出端之間，該二極管Dl的負(fù)極與供電電源200的正輸出端連接，該充放電容Cl的負(fù)極端與該供電電源200的負(fù)輸出端連接，該慢充電阻Rl與該二極管Dl并聯(lián)連接，即該慢充電阻Rl的兩端分別與該二極管Dl的正、負(fù)極連接，該充放電容Cl的正極端引出一根導(dǎo)線，作為該電容慢充快放電路101的輸出端。如圖2和圖3，該時序開關(guān)電路103包括MOSFET管Ql和切換電阻R2，該切換電阻R2的兩端分別與該MOSFET管Ql的源極、漏極連接，該MOSFET管Ql的柵極、源極、漏極分別與切換電壓比較電路102的輸出端、供電電源200的負(fù)輸出端、輸入濾波儲能電容C2的負(fù)極端連接。該MOSFET管Ql的柵極與源極之間連接有一個電阻R3。該MOSFET管Ql的漏極與源極之間連接有一個穩(wěn)壓二極管DZ1，穩(wěn)壓二極管DZl的目的是為了提高電路的防浪涌能力，保護(hù)MOSFET管Ql不受損傷。在實際設(shè)計時，切換電壓比較電路102為一個穩(wěn)壓二極管DZ3或一個電壓比較器1021?！と鐖D2，該穩(wěn)壓二極管DZ3的負(fù)極端與該充放電容Cl的正極端連接，該穩(wěn)壓二極管DZ3的正極端與該MOSFET管Ql的柵極連接。如圖3，該充放電容Cl的正極端與該電壓比較器1021的參考電壓輸入端(比較器UlA的8腳)連接，該電壓比較器1021的輸出端與該MOSFET管Ql的柵極連接。如圖2和圖3，為了使MOSFET管Ql柵極電壓穩(wěn)定在一個較合理、安全的開通電壓范圍內(nèi)，充放電容Cl的正、負(fù)極端之間連接有限壓用穩(wěn)壓二極管DZ2。另外，限壓用穩(wěn)壓二極管DZ2的兩端之間連接有二極管D2，二極管D2的目的是為了提高電路的防浪涌能力，保護(hù)限壓用穩(wěn)壓二極管DZ2不受損傷。本實用新型的原理為供電電源200開始供電，對于本實用新型來說，其輸入端剛上電時，MOSFET管Ql處于關(guān)斷狀態(tài)。充放電容Cl通過慢充電阻Rl充電(慢充)，MOSFET管Ql的柵極電位由零開始上升，后級電路的輸入濾波儲能電容C2的充電電流僅通過與MOSFET管Ql并聯(lián)的切換電阻R2來充電，電容C2的充電電流Icr (電容的等效串聯(lián)電阻僅毫歐級，相比電阻R2很小，故可以忽略)具有如下公式(2)Icr=U/R2 - (2)在公式(2)中，U為電源輸入電壓。由公式(2)可以看出，電容C2的充電電流Icr可以精確計算出來，即其值可控。也就是說，只要給出需要限制的電源啟動沖擊電流(或啟動沖擊功率)的值，即確定了電容C2的充電電流Icr的最大值，也就可很方便地計算出切換電阻R2的值了，從而，通過選定切換電阻R2，即可控制電容C2的充電電流Icr的最大值。如圖，電源輸入電壓U經(jīng)慢充電阻Rl給充放電容Cl充電，充放電容Cl的充電電壓Ucc具有如下公式(3)Ucc=U(l-e_tl/Elcl) - (3)由上式(3)可求出充放電容Cl的充電電壓到達(dá)某個具體值Ucc的時間tl，見下式
(4)tl = RlCl X Ln (U/(U-Ucc)- (4)同一型號的MOSFET管Q I全導(dǎo)通的柵源電壓Ugs (on)的離散性很小，若已知Ugs (on),則計算tl時就可用Ugs (on)代替Ucc,得到下式(5):tl = RlCl XLn (U/ (U-Ugs (on))- (5)從式(5)可以看出，時間tl可看成是MOSFET管QI從上電到全導(dǎo)通所需的時間11。因此，在慢充電阻Rl和充放電容Cl 一定的情況下，通過式(5)可求出MOSFET管Ql從上電到全導(dǎo)通所需的時間tl，換句話說，在實際工作中，調(diào)整慢充電阻Rl和充放電容Cl的值，SP可滿足所需的時間tl。一旦MOSFET管Ql全導(dǎo)通，則自動將切換電阻R2短路，這時電源電流只能通過MOSFET管Ql而切換電阻R2幾乎不通過電流。為適應(yīng)不同MOSFET管Ql全導(dǎo)通的柵源電壓Ugs (on)值，本實用新型在充放電容 Cl的正極端與時序開關(guān)電路103的控制端之間設(shè)置有切換電壓比較電路102，該切換電壓比較電路102為一個穩(wěn)壓二極管DZ3 (如圖2)或一級電壓比較器1021 (如圖3)，以確保MOSFET管Ql不經(jīng)過放大區(qū)便可穩(wěn)定工作在開/關(guān)狀態(tài)。穩(wěn)壓二極管DZ3的穩(wěn)壓值Uz建議取大于等于6伏，同樣地，電壓比較器1021的參考電壓值Uz也建議取大于等于6伏，以保證適應(yīng)所有MOSFET管Ql的Ugs (on)值。于是，上式(5)可改為tl=RlClXLn(U/(U_Uz)- (6)這樣，計算tl或者調(diào)整慢充電阻Rl和充放電容Cl就更準(zhǔn)確了。這里必須注意只有當(dāng)切換電阻R2給后級電路中的電容C2充到接近電源輸入電壓U時，MOSFET管Ql才能導(dǎo)通，將切換電阻R2短路。所以，前面求出的tl值必須等于或略小于電源的啟動延時時間t2 (電源給定參數(shù))。這樣，一旦給定了 t2的值，tl值也就相應(yīng)確定了。由此，通過MOSFET管Ql和切換電阻R2的時序配合，可實現(xiàn)對后級電路的啟動沖擊電流的限制。也就是說，通過上述公式，可對切換電阻R2、慢充電阻R1、充放電容Cl、電壓值Uz進(jìn)行選定，從而實現(xiàn)電源上電、MOSFET管Ql關(guān)斷時，經(jīng)由切換電阻R2給電容C2充電，當(dāng)電容C2充電達(dá)到限制的電源啟動沖擊電流時，控制MOSFET管Ql導(dǎo)通，切換電阻R2短路，不再給電容C2充電，實現(xiàn)精確控制電源啟動沖擊電流的目的，防止供電電源及電源本身受到損壞。如圖，當(dāng)電源輸入端斷電時，充放電容Cl經(jīng)由二極管Dl向快放電阻R0、電容C2、變壓器Tl放電(快放)。充放電容Cl上的電壓迅速降低，充放電容Cl的放電電壓Ucf按下式(7)變化Ucf ^ Uz expH3/E0C1)——(7)公式(7)中，快放電阻RO是專為充放電容Cl快速放電提供通道的較小阻值的電阻，以保證為快速頻繁開關(guān)機(jī)做好時間準(zhǔn)備。上式(7)中的Ucf可取為U0，從而通過式(7)可求出充放電容Cl放電時間t3 t3 ^ ROCl X Ln (Uz/U0)- (8 )根據(jù)實際經(jīng)驗，式(8)中的UO近似取值為3V左右為宜，也就是說，當(dāng)充放電容Cl的電壓為3V左右時，即可認(rèn)為充放電容CI放電完畢。因此，調(diào)整快放電阻RO的大小，便可控制放電時間t3的大小，從而可實現(xiàn)延長電源維持時間的目的。但是應(yīng)注意，充放電容Cl放電結(jié)束的時間應(yīng)早于下一次電源上電的時間。[0051]本實用新型的優(yōu)點是本實用新型為應(yīng)用于電源的電源輸入電路中的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成本低，可靠性高，高效節(jié)能。本實用新型利用充放電容Cl充電電路與放電電路的不同，控制充放電容Cl的充電時間(慢)和放電時間(快)，且采用MOSFET管Ql與切換電阻R2相并聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，嚴(yán)格控制MOSFET管Ql的導(dǎo)通關(guān)斷時序，將電源輸入電路中的電容能量、電源啟動沖擊電流、電源維持時間三者有機(jī)地揉成一體，對電源實現(xiàn)了既精確控制電源啟動沖擊電流(啟動沖擊功率)，又延長電源維持時間，解決了在電源頻繁開關(guān)機(jī)工況下對供電電源及電源本身的損傷問題。本實用新型既適用于DC/DC變換器，又適用于AC/DC變換器，既適用于反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，又適用于正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本實用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實用新型保護(hù)范圍之內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求1.ー種用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置在電源的電源輸入電路中的供電電源與輸入濾波儲能電容之間，其特征在于 該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括電容慢充快放電路、切換電壓比較電路和時序開關(guān)電路，其中該電容慢充快放電路的正、負(fù)連接端分別與該供電電源的正、負(fù)輸出端連接，該電容慢充快放電路的輸出端經(jīng)由該切換電壓比較電路與該時序開關(guān)電路的控制端連接，該時序開關(guān)電路的兩個連接端分別與該供電電源的負(fù)輸出端、輸入濾波儲能電容的負(fù)極端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于 所述電容慢充快放電路包括充放電容、快放電阻、慢充電阻和ニ極管，其中該快放電阻的兩端分別與所述供電電源的正、負(fù)輸出端連接，該ニ極管與該充放電容串聯(lián)后連接在所述供電電源的正、負(fù)輸出端之間，該ニ極管的負(fù)極與所述供電電源的正輸出端連接，該充放電容的負(fù)極端與該供電電源的負(fù)輸出端連接，該慢充電阻與該ニ極管并聯(lián)連接。
3.如權(quán)利要求I所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 其特征在干 所述時序開關(guān)電路包括MOSFET管和切換電阻，該切換電阻的兩端分別與該MOSFET管的源極、漏極連接，該MOSFET管的柵極、源極、漏極分別與所述切換電壓比較電路的輸出端、所述供電電源的負(fù)輸出端、所述輸入濾波儲能電容的負(fù)極端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在干 所述MOSFET管的柵極與源極之間連接有ー個電阻。
5.如權(quán)利要求4所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在干 所述MOSFET管的漏極與源極之間連接有ー個穩(wěn)壓ニ極管。
6.如權(quán)利要求I或2或3所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于 所述切換電壓比較電路為一個穩(wěn)壓ニ極管或ー個電壓比較器。
7.如權(quán)利要求6所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在干 所述充放電容的正、負(fù)極端之間連接有限壓用穩(wěn)壓ニ極管。
8.如權(quán)利要求7所述的用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在干 所述限壓用穩(wěn)壓ニ極管的兩端之間連接有ニ極管。
專利摘要本實用新型公開了一種用于控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)于電源的電源輸入電路中的供電電源與輸入濾波儲能電容之間。該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括電容慢充快放電路、切換電壓比較電路和時序開關(guān)電路，電容慢充快放電路的正、負(fù)連接端分別與供電電源的正、負(fù)輸出端連接，電容慢充快放電路的輸出端經(jīng)由切換電壓比較電路與時序開關(guān)電路的控制端連接，時序開關(guān)電路的兩個連接端分別與供電電源的負(fù)輸出端、輸入濾波儲能電容的負(fù)極端連接。本實用新型對電源實現(xiàn)了精確控制電源啟動沖擊電流、延長電源維持時間的目的，解決了在電源頻繁開關(guān)機(jī)工況下對供電電源及電源本身的損傷問題。
文檔編號H02M1/36GK202759375SQ20122025973
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者李浩旭 申請人:北京星原豐泰電子技術(shù)股份有限公司