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撲結構的制作方法
技術領域：
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撲結構，屬于電源領域。
背景技術：
電源、辦公設備及家用電器等在上電時電源輸入端都會產生較大的啟動沖擊電流。現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的啟動沖擊電流，但是，由于熱敏電阻的參數離散性及固有的時間常數制約，啟動沖 擊電流和啟動時間很難準確估算，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致溫升較高，也潛藏著可靠性的隱患，尤其頻繁開關機時基本喪失限流功能，導致電源、設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(當電源輸入端掉電后，繼續維持輸出標稱功率的時間稱為電源維持時間)，在電源維持時間內，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。電源設計者的任務就是將三者通過電路拓撲結構的調整，做出科學的契合，顯然單純的應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撲結構，該電路拓撲結構可精確控制電源啟動沖擊電流以及延長電源維持時間。為了實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案—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撲結構，該電路拓撲結構設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撲結構包括電容慢充快放電路、切換電壓比較電路和時序開關電路，其中該電容慢充快放電路的正、負連接端分別與該供電電源的正、負輸出端連接，該電容慢充快放電路的輸出端經由該切換電壓比較電路與該時序開關電路的控制端連接，該時序開關電路的兩個連接端分別與該供電電源的負輸出端、輸入濾波儲能電容的負極端連接。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、負輸出端連接，該二極管與該充放電容串聯后連接在所述供電電源的正、負輸出端之間，該二極管的負極與所述供電電源的正輸出端連接，該充放電容的負極端與該供電電源的負輸出端連接，該慢充電阻與該二極管并聯連接。所述時序開關電路包括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、所述供電電源的負輸出端、所述輸入濾波儲能電容的負極端連接。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壓二極管。所述切換電壓比較電路為一個穩壓二極管或一個電壓比較器。所述充放電容的正、負極端之間連接有限壓用穩壓二極管。所述限壓用穩壓二極·管的兩端之間連接有二極管。本實用新型的優點是本實用新型為應用于電源的電源輸入電路中的電路拓撲結構，成本低，可靠性高，高效節能。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相并聯的結構設計，嚴格控制MOSFET管Ql的導通關斷時序，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地揉成一體，對電源實現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機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撲結構100設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。在實際應用時，供電電源200與電路拓撲結構100之間還可設有濾波器300，例如EMI濾波器。如圖1，該電路拓撲結構100包括電容慢充快放電路101、切換電壓比較電路102和時序開關電路103，其中該電容慢充快放電路101的正、負連接端分別與該供電電源200的正、負輸出端連接，該電容慢充快放電路101的輸出端經由該切換電壓比較電路102與該時序開關電路103的控制端連接，該時序開關電路103的兩個連接端分別與該供電電源200的負輸出端、輸入濾波儲能電容C2的負極端連接。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、負輸出端連接，該二極管Dl與該充放電容Cl串聯后連接在供電電源200的正、負輸出端之間，該二極管Dl的負極與供電電源200的正輸出端連接，該充放電容Cl的負極端與該供電電源200的負輸出端連接，該慢充電阻Rl與該二極管Dl并聯連接，即該慢充電阻Rl的兩端分別與該二極管Dl的正、負極連接，該充放電容Cl的正極端引出一根導線，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的負輸出端、輸入濾波儲能電容C2的負極端連接。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壓二極管DZ1，穩壓二極管DZl的目的是為了提高電路的防浪涌能力，保護MOSFET管Ql不受損傷。在實際設計時，切換電壓比較電路102為一個穩壓二極管DZ3或一個電壓比較器1021。·如圖2，該穩壓二極管DZ3的負極端與該充放電容Cl的正極端連接，該穩壓二極管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柵極電壓穩定在一個較合理、安全的開通電壓范圍內，充放電容Cl的正、負極端之間連接有限壓用穩壓二極管DZ2。另外，限壓用穩壓二極管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，保護限壓用穩壓二極管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處于關斷狀態。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從上電到全導通所需的時間tl，換句話說，在實際工作中，調整慢充電阻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。為適應不同MOSFET管Ql全導通的柵源電壓Ugs (on)值，本實用新型在充放電容 Cl的正極端與時序開關電路103的控制端之間設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不經過放大區便可穩定工作在開/關狀態。穩壓二極管DZ3的穩壓值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或者調整慢充電阻Rl和充放電容Cl就更準確了。這里必須注意只有當切換電阻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)。這樣，一旦給定了 t2的值，tl值也就相應確定了。由此，通過MOSFET管Ql和切換電阻R2的時序配合，可實現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進行選定，從而實現電源上電、MOSFET管Ql關斷時，經由切換電阻R2給電容C2充電，當電容C2充電達到限制的電源啟動沖擊電流時，控制MOSFET管Ql導通，切換電阻R2短路，不再給電容C2充電，實現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，當電源輸入端斷電時，充放電容Cl經由二極管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機做好時間準備。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 )根據實際經驗，式(8)中的UO近似取值為3V左右為宜，也就是說，當充放電容Cl的電壓為3V左右時，即可認為充放電容CI放電完畢。因此，調整快放電阻RO的大小，便可控制放電時間t3的大小，從而可實現延長電源維持時間的目的。但是應注意，充放電容Cl放電結束的時間應早于下一次電源上電的時間。[0051]本實用新型的優點是本實用新型為應用于電源的電源輸入電路中的電路拓撲結構，成本低，可靠性高，高效節能。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相并聯的結構設計，嚴格控制MOSFET管Ql的導通關斷時序，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地揉成一體，對電源實現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機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，既適用于反激拓撲結構，又適用于正激拓撲結構。以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，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方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實用新型保護范圍之內。·
權利要求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撲結構，該電路拓撲結構設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 該電路拓撲結構包括電容慢充快放電路、切換電壓比較電路和時序開關電路，其中該電容慢充快放電路的正、負連接端分別與該供電電源的正、負輸出端連接，該電容慢充快放電路的輸出端經由該切換電壓比較電路與該時序開關電路的控制端連接，該時序開關電路的兩個連接端分別與該供電電源的負輸出端、輸入濾波儲能電容的負極端連接。
2.如權利要求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撲結構，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、負輸出端連接，該ニ極管與該充放電容串聯后連接在所述供電電源的正、負輸出端之間，該ニ極管的負極與所述供電電源的正輸出端連接，該充放電容的負極端與該供電電源的負輸出端連接，該慢充電阻與該ニ極管并聯連接。
3.如權利要求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撲結構 其特征在干 所述時序開關電路包括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、所述供電電源的負輸出端、所述輸入濾波儲能電容的負極端連接。
4.如權利要求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撲結構，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撲結構，其特征在干 所述MOSFET管的漏極與源極之間連接有ー個穩壓ニ極管。
6.如權利要求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撲結構，其特征在于 所述切換電壓比較電路為一個穩壓ニ極管或ー個電壓比較器。
7.如權利要求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撲結構，其特征在干 所述充放電容的正、負極端之間連接有限壓用穩壓ニ極管。
8.如權利要求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撲結構，其特征在干 所述限壓用穩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撲結構，該電路拓撲結構設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。該電路拓撲結構包括電容慢充快放電路、切換電壓比較電路和時序開關電路，電容慢充快放電路的正、負連接端分別與供電電源的正、負輸出端連接，電容慢充快放電路的輸出端經由切換電壓比較電路與時序開關電路的控制端連接，時序開關電路的兩個連接端分別與供電電源的負輸出端、輸入濾波儲能電容的負極端連接。本實用新型對電源實現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機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 優先權日2012年6月4日
發明者李浩旭 申請人:北京星原豐泰電子技術股份有限公司