[發明專利]包含功率開關的低電流啟動電路

有效

• 申請號: 201310155899.X
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103633826A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 霍斯特·克內德根
• 申請（專利權）人: DIALOG半導體有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及功率開關的控制，尤其涉及含有功率開關的電路裝置如開關電源的啟動。

背景技術

功率開關用于開關電源如直流-直流電源轉換器如降壓轉換器或SEPIC轉換器。該電源轉換器可用于包括有可充電電池的電子裝置（例如計算機設備）和/或用于包括有LED和/或OLED的固態照明裝置的驅動電路的充電器。

該電源轉換器包括能量轉換器網以及一個或者多個功率開關，其中該一個或者多個功率開關通常工作于開/關模式，因此能量從該電源轉換器的輸入邊轉換到該電源轉換器的輸出邊。該能量通常由市電提供。為了使該一個或者多個功率開關工作，需要一個電源電壓Vcc。一個或者多個功率開關的電源電壓可用電源電壓電容來提供。

電源轉換器啟動過程中，為了提供電源電壓Vcc，電源電壓電容需要充電。限制電源電壓電容的大小（例如因為尺寸和成本的原因）和/或限制所需的啟動電流來對電源電壓電容充電（例如為了限制市電電壓的負載）通常是有必要的。一旦電源電壓電容已充分充電以提供電源電壓Vcc，通常一個或者多個功率開關僅能開始正常工作。這會導致一個或者多個功率開關和電源轉換器具有相對長的啟動時間（例如在數秒范圍）。

電源電壓電容可使用專用功率晶體管充電,該功率晶體管用于在啟動過程中將電源電壓電容連接到（已整流的）市電電壓。使用專用的功率晶體管來啟動電源轉換器很昂貴，所以減少所需的功率晶體管的數量是有必要的。

本發明致力于解決上述技術問題。特別是本發明描述了從市電電源對電壓電容充電（以產生用于功率開關的電源電壓）的電子電路。該電子電路允許低啟動時間間隔和/或與低電容量電源電壓結合使用。更近一步，該電子電路能夠利用電源轉換器的一個或多個功率開關來對電源電壓電容充電，因而不需要額外的專用功率晶體管，也就是說因此降低了電源轉換器的成本。

發明內容

在本發明的一個方面，描述了用于對電源電壓電容充電的電子電路（在這里也涉及啟動電路）。該電源電壓電容可用于提供電源電壓Vcc（例如12V或者更低）給源極控制功率開關的柵極。該源極控制功率開關可與電源電壓電容連接，該電源電壓電容用于向功率開關的柵極提供恒定電源電壓。該功率開關的源極可用于控制該功率開關的工作模式。例如，該功率開關的源極的脈沖寬度調制（PWM）控制信號可令該功率開關處于第一模式（也涉及為開/關模式）。可選地，該功率開關的源極的連續控制信號可令該功率開關處于第二模式（也涉及為線性模式）。該控制信號可由包含于該電子電路的控制單元產生。

該功率開關可與能量轉換網絡結合形成開關電源轉換器。特別是，當處于第一模式（也就是開/關模式）時該功率開關可形成開關電源轉換器。該能量轉換網絡可包括反激式網絡，降壓網絡和/或SEPIC（單端初級電感轉換器）網絡。該功率開關可包含晶體管，BJT（雙極性結型晶體管）或者IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）。

該功率開關可為增強型功率開關（具有正閾值電壓）。可選地，該功率開關可為耗盡型功率開關（具有負閾值電壓）。通常，在高功率應用中增強型功率開關優于耗盡型功率開關。

功率開關（特別是增強型功率開關）的漏極和柵極可與上拉電阻連接（例如直接連接）。該上拉電阻可具有相對高的電阻（例如在1MΩ范圍）以限制流經該上拉電阻的電流（特別是在啟動時間間隔后的正常工作期間，以降低能量損耗）。功率開關的漏極可通過例如，通過能量轉換網和/或通過整流單元與市電電壓連接。例如，功率開關的漏極可通過能量轉換網的電感與市電電源連接。功率開關柵極的電壓可為已整流的市電電壓（如已使用半波或全波整流單元整流的市電電壓）。該市電電壓可為230V(交流50Hz)的市電或110V(交流60Hz)的市電。

啟動電路可包含柵極端口和/或源極端口（例如各自的引腳），該柵極端口和該源極端口可用于將啟動電路分別連接到功率開關的柵極和源極。更近一步，啟動電路可包含電容接口（例如引腳），該電容接口可用于將啟動電路連接到該電源電壓電容。