[发明专利]包含功率开关的低电流启动电路

说明书

技术领域

本发明涉及功率开关的控制，尤其涉及含有功率开关的电路装置如开关电源的启动。

背景技术

功率开关用于开关电源如直流-直流电源转换器如降压转换器或SEPIC转换器。该电源转换器可用于包括有可充电电池的电子装置（例如计算机设备）和/或用于包括有LED和/或OLED的固态照明装置的驱动电路的充电器。

该电源转换器包括能量转换器网以及一个或者多个功率开关，其中该一个或者多个功率开关通常工作于开/关模式，因此能量从该电源转换器的输入边转换到该电源转换器的输出边。该能量通常由市电提供。为了使该一个或者多个功率开关工作，需要一个电源电压Vcc。一个或者多个功率开关的电源电压可用电源电压电容来提供。

电源转换器启动过程中，为了提供电源电压Vcc，电源电压电容需要充电。限制电源电压电容的大小（例如因为尺寸和成本的原因）和/或限制所需的启动电流来对电源电压电容充电（例如为了限制市电电压的负载）通常是有必要的。一旦电源电压电容已充分充电以提供电源电压Vcc，通常一个或者多个功率开关仅能开始正常工作。这会导致一个或者多个功率开关和电源转换器具有相对长的启动时间（例如在数秒范围）。

电源电压电容可使用专用功率晶体管充电,该功率晶体管用于在启动过程中将电源电压电容连接到（已整流的）市电电压。使用专用的功率晶体管来启动电源转换器很昂贵，所以减少所需的功率晶体管的数量是有必要的。

本发明致力于解决上述技术问题。特别是本发明描述了从市电电源对电压电容充电（以产生用于功率开关的电源电压）的电子电路。该电子电路允许低启动时间间隔和/或与低电容量电源电压结合使用。更近一步，该电子电路能够利用电源转换器的一个或多个功率开关来对电源电压电容充电，因而不需要额外的专用功率晶体管，也就是说因此降低了电源转换器的成本。

发明内容

在本发明的一个方面，描述了用于对电源电压电容充电的电子电路（在这里也涉及启动电路）。该电源电压电容可用于提供电源电压Vcc（例如12V或者更低）给源极控制功率开关的栅极。该源极控制功率开关可与电源电压电容连接，该电源电压电容用于向功率开关的栅极提供恒定电源电压。该功率开关的源极可用于控制该功率开关的工作模式。例如，该功率开关的源极的脉冲宽度调制（PWM）控制信号可令该功率开关处于第一模式（也涉及为开/关模式）。可选地，该功率开关的源极的连续控制信号可令该功率开关处于第二模式（也涉及为线性模式）。该控制信号可由包含于该电子电路的控制单元产生。

该功率开关可与能量转换网络结合形成开关电源转换器。特别是，当处于第一模式（也就是开/关模式）时该功率开关可形成开关电源转换器。该能量转换网络可包括反激式网络，降压网络和/或SEPIC（单端初级电感转换器）网络。该功率开关可包含晶体管，BJT（双极性结型晶体管）或者IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。

该功率开关可为增强型功率开关（具有正阈值电压）。可选地，该功率开关可为耗尽型功率开关（具有负阈值电压）。通常，在高功率应用中增强型功率开关优于耗尽型功率开关。

功率开关（特别是增强型功率开关）的漏极和栅极可与上拉电阻连接（例如直接连接）。该上拉电阻可具有相对高的电阻（例如在1MΩ范围）以限制流经该上拉电阻的电流（特别是在启动时间间隔后的正常工作期间，以降低能量损耗）。功率开关的漏极可通过例如，通过能量转换网和/或通过整流单元与市电电压连接。例如，功率开关的漏极可通过能量转换网的电感与市电电源连接。功率开关栅极的电压可为已整流的市电电压（如已使用半波或全波整流单元整流的市电电压）。该市电电压可为230V(交流50Hz)的市电或110V(交流60Hz)的市电。

启动电路可包含栅极端口和/或源极端口（例如各自的引脚），该栅极端口和该源极端口可用于将启动电路分别连接到功率开关的栅极和源极。更近一步，启动电路可包含电容接口（例如引脚），该电容接口可用于将启动电路连接到该电源电压电容。