專利名稱：一種ac-dc芯片、系統(tǒng)及其高壓啟動控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，尤其涉及一種AC-DC芯片、系統(tǒng)及其高壓啟動控制電路。
背景技術(shù)：
在許多情況下，一般電力(如市電)需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能符合工業(yè)生產(chǎn)和生活使用的需要。為了達到將交流轉(zhuǎn)換成直流、高電壓變成低電壓等的轉(zhuǎn)換目的，手段是多種多樣的。廣義上講，凡是用半導體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換器電路；轉(zhuǎn)變時用自動控制、閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護電路的則稱為開關(guān)電 源。一般而言，AC-DC變換包括整流及離線式變換，市電AC輸入經(jīng)過整流以后變成一個直流高壓，再經(jīng)過DC-DC變換就得到可用的低壓直流電。之所以稱為離線是因為變換器中有高頻變壓器隔離，使輸出的直流離線的緣故。一般的AC-DC系統(tǒng)如圖I所示，虛線框內(nèi)所示為AC-DC芯片200。市電AC輸入經(jīng)過整流以后，得到一個直流高壓。系統(tǒng)剛上電時，VDD的電壓為0，此時電源開關(guān)Ml —直關(guān)閉，輸出電壓也為O。為了給VDD充電，傳統(tǒng)的做法如圖I所示，會采用一個啟動電阻Rr給VDD的外掛電容Cl充電。當輸入VDD的電壓達到啟動電壓閾值時，電源開關(guān)Ml開始開關(guān)動作，而輸出電壓或電流將反饋到FB端口，來控制Ml的打開時間，達到使輸出電壓或電流穩(wěn)定的目的。這樣一個AC-DC系統(tǒng)有一個缺點就是待機功耗較大。若AC電壓為220V，則所得直流電壓約為300V ;若Rr = IM Ω，則充電電流Ir約為300uA，那么其待機功耗約為300VX 300uA = 90mW。在提倡節(jié)能環(huán)保的今天，此種AC-DC系統(tǒng)的待機功耗太大了，這樣的啟動電路已經(jīng)慢慢不適應時代的發(fā)展了。

實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提供一種待機功耗極低的高壓啟動控制電路，以解決現(xiàn)有的AC-DC系統(tǒng)待機功耗過大的問題。改進后的AC-DC系統(tǒng)將圖I所示的原系統(tǒng)中消耗了很大待機功耗的啟動電阻Rr去掉了，取而代之的是在系統(tǒng)內(nèi)部增加的高壓啟動控制電路。本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種AC-DC芯片的高壓啟動控制電路，與AC-DC系統(tǒng)變壓器初級線圈的第二端與所述AC-DC芯片的電源開關(guān)Ml的高電位端的公共連接端相連，用以控制對所述AC-DC芯片外的外掛電容Cl的充電快慢，所述AC-DC芯片的高壓啟動控制電路包括高壓啟動開關(guān)管MO、二極管D0、電阻R0、電流源單元、PMOS管M3、PM0S管M4、NM0S管M5、開關(guān)管M6和比較器UO ；所述高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端接所述AC-DC芯片的電源開關(guān)Ml的高電位端，所述高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端接所述二極管DO的陽極，所述二極管DO的陰極通過所述電阻RO同時接所述電流源單元的輸入端、所述PMOS管M3的源極、所述PMOS管M4的源極和所述開關(guān)管M6的高電位端，所述PMOS管M3的漏極同時接所述PMOS管M3的柵極和所述電流源單元的第一輸出端，所述PMOS管M3的柵極與所述PMOS管M4的柵極相連，所述PMOS管M4的漏極同時接所述NMOS管M5的漏極和所述開關(guān)管M6的控制端，所述NMOS管M5的柵極接所述比較器UO的輸出端，所述NMOS管M5的源極與所述電流源單元的第二輸出端相連并接地，所述比較器UO的同相輸入端接所述開關(guān)管M6的低電位端，所述高壓啟動開關(guān)管MO的控制端與所述開關(guān)管M6的控制端相連，所述比較器UO的反相輸入端接參考電壓，所述外掛電容Cl接在所述比較器UO的同相輸入端與地之間。其中，所述的電流源單元100包括電阻R1、電阻R2、NM0S管M2和NMOS管M7 ;所述電阻Rl的第一端是所述電流源單元100的輸入端，所述電阻Rl的第二端同時接所述NMOS管M2的柵極和所述NMOS管M7的漏極，所述NMOS管M2的漏極作為所述電流源單元100的第一輸出端與所述PMOS管M3的漏極相連，所述NMOS管M2的源極同時接所述NMOS管M7的柵極和所述電阻R2的第一端，所述NMOS管M7的源極與所述電阻R2的第二端相連作為所述電流源單元100的第二輸出端。
進一步的，所述的高壓啟動開關(guān)管MO可以為耗盡型高壓NMOS管，所述耗盡型高壓NMOS管的漏極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端，所述耗盡型高壓NMOS管的源極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端，所述耗盡型高壓NMOS管的柵極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的控制端。所述的高壓啟動開關(guān)管MO也可以為高壓JFET，所述高壓JFET的漏極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端，所述高壓JFET的源極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端，所述高壓JFET的柵極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的控制端。更進一步的，所述開關(guān)管M6為NMOS管，所述NMOS管的柵極為所述開關(guān)管M6的控制端，所述NMOS管的漏極為所述開關(guān)管M6的高電位端，所述匪OS管的源極為所述開關(guān)管M6的低電位端。所述開關(guān)管M6也可以為PMOS管，所述PMOS管的柵極為所述開關(guān)管M6的控制端，所述PMOS管的源極為所述開關(guān)管M6的高電位端，所述PMOS管的漏極為所述開關(guān)管M6的低電位端。本實用新型的另一目的在于提供一種AC-DC芯片，芯片連接在AC-DC系統(tǒng)變壓器初級線圈的第二端與地之間，包括電源開關(guān)Ml和電源控制電路，所述的AC-DC芯片還包括如上所述的高壓啟動控制電路，通過該高壓啟動控制電路調(diào)整對外掛電容Cl充電的電流大小，進而控制AC-DC芯片的上電速度。本實用新型的另一目的還在于提供一種AC-DC系統(tǒng)，所述AC-DC系統(tǒng)包括變壓器T、二極管Dl、二極管D2、電容Cl、電容C2、電阻R4、電感LO和上述的AC-DC芯片，所述變壓器T的初級線圈的第一端接市電高壓輸入端，所述變壓器T的初級線圈的第二端接所述AC-DC芯片上的電源開關(guān)Ml的高電位端，所述AC-DC芯片同時接所述電容Cl的第一端和所述電阻R4的第一端，所述電容Cl的第二端接地，所述電阻R4的第二端接所述二極管Dl的陰極，所述二極管Dl的陽極通過所述電感LO與所述AC-DC芯片上的電源開關(guān)Ml的低電位端相連并接地，所述變壓器T的次級線圈通過所述二極管D2和所述電容C2輸出低壓直流電。本實用新型是在不增加外圍應用元器件的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)AC-DC電路系統(tǒng)中的高壓啟動電阻去掉，在系統(tǒng)芯片內(nèi)增加高壓啟動控制電路，一方面解決了傳統(tǒng)AC-DC系統(tǒng)功耗過大的技術(shù)問題，另一方面，也使電路系統(tǒng)得以簡化，節(jié)省了系統(tǒng)板的空間和成本。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的AC-DC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型提供的高 壓啟動控制電路應用于AC-DC系統(tǒng)后的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實用新型實施例提供的高壓啟動控制電路的具體電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的AC-DC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實用新型提供的高壓啟動控制電路300應用于AC-DC芯片200后的AC-DC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，虛線框內(nèi)為AC-DC芯片200，本實用新型提供的高壓啟動控制電路為圖中300所示部分。與圖I所示的原系統(tǒng)不同的是，將消耗了很大待機功耗的啟動電阻Rr去掉了，取而代之的是在系統(tǒng)芯片內(nèi)部增加的高壓啟動控制電路。通過該高壓啟動控制電路調(diào)整對外掛電容Cl充電的電流大小，進而控制AC-DC芯片的上電速度。圖3是本實用新型實施例提供的高壓啟動控制電路的具體電路結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示一種高壓啟動控制電路，與AC-DC系統(tǒng)變壓器初級線圈的第二端與所述AC-DC芯片的電源開關(guān)Ml的高電位端的公共連接端相連，用以控制對所述AC-DC芯片外的外掛電容Cl的充電快慢，包括高壓啟動開關(guān)管MO、二極管D0、電阻R0、電流源單元100、PM0S管M3、PMOS管M4、NMOS管M5、開關(guān)管M6、比較器UO ;電容Cl是外掛電容；高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端接AC-DC芯片的電源開關(guān)Ml的高電位端，即電源開關(guān)Ml的DRAIN端，高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端接二極管DO的陽極，二極管DO的陰極通過電阻RO同時接電流源單元100的輸入端、PMOS管M3的源極、PMOS管M4的源極和開關(guān)管M6的高電位端，PMOS管M3的漏極同時接PMOS管M3的柵極和電流源單元100的第一輸出端，PMOS管M3的柵極與PMOS管M4的柵極相連，PMOS管M4的漏極同時接NMOS管M5的漏極和開關(guān)管M6的控制端，NMOS管M5的柵極接比較器UO的輸出端，NMOS管M5的源極與電流源單元100的第二輸出端相連并接地，比較器UO的同相輸入端接開關(guān)管M6的低電位端，高壓啟動開關(guān)管MO的控制端與開關(guān)管M6的控制端相連，比較器UO的反相輸入端接參考電壓，外掛電容Cl連接在比較器UO的同相輸入端與地之間。作為本實用新型的一種實施例，電流源單元100包括電阻R1、電阻R2、NM0S管M2和NMOS管M7 ；電阻Rl的第一端是電流源單元100的輸入端，電阻Rl的第二端同時接NMOS管M2的柵極和NMOS管M7的漏極，NMOS管M2的漏極作為電流源單元100的第一輸出端與PMOS管M3的漏極相連，NMOS管M2的源極同時接NMOS管M7的柵極和電阻R2的第一端，NMOS管M7的源極與電阻R2的第二端相連作為電流源單元100的第二輸出端并接地。作為本實用新型的一種實施例，高壓啟動開關(guān)管MO為耗盡型高壓NMOS管，該耗盡型高壓NMOS管的閾值電壓Vth(MO)為負壓，且漏極耐壓可高達700V。將耗盡型高壓NMOS管的漏極作為高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端，耗盡型高壓NMOS管的源極為高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端，耗盡型高壓NMOS管的柵極為高壓啟動開關(guān)管MO的控制端。作為本實用新型的另一種實施例，高壓啟動開關(guān)管MO為高壓JFET，同樣的，其閾值電壓Vth(MO)為負壓，且漏極耐壓可高達700V。高壓JFET的漏極為高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端，高壓JFET的源極為高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端，高壓JFET的柵極為高壓啟動開關(guān)管MO的控制端。作為本實用新型的又一種實施例，開關(guān)管M6為NMOS管，NMOS管的柵極為開關(guān)管M6的控制端,NMOS管的漏極為開關(guān)管M6的高電位端,NMOS管的源極為開關(guān)管M6的低電位端。作為本實用新型的又一種實施例，開關(guān)管M6為PMOS管，PMOS管的柵極為開關(guān)管 M6的控制端,PMOS管的源極為開關(guān)管M6的高電位端,PMOS管的漏極為開關(guān)管M6的低電位端。下面針對圖3所示的高壓啟動控制電路的具體結(jié)構(gòu)，對其工作原理進行說明。其中開關(guān)管M6采用NMOS管、高壓啟動開關(guān)管MO采用耗盡型高壓NMOS管或者高壓JFET時。高壓啟動開關(guān)管MO為耗盡型高壓NMOS管或高壓JFET，開關(guān)管MO的閾值電壓Vth(MO)為負壓，且漏極耐壓可高達700V。系統(tǒng)剛上電時，高壓啟動開關(guān)管MO的柵極電壓Vg = 0，源極電壓Vs = O, Vgs > Vth,高壓啟動開關(guān)管MO導通，二極管DO也導通，電流通過二極管DO和電阻RO進入由電阻R1、電阻R2、NMOS管M2和NMOS管M7組成的電流源100。當電阻RO第二端處的電壓值Vl > Vth (M7)+Vth (M2)時，NMOS管M2和NMOS管M7都導通，其所在的電流源100開始工作，向PMOS管M3輸出電流，且流過PMOS管M3的電流值為 Vgs(M7)/R2。此時比較器UO同相輸入端的電位VDD還較低，使能信號輸出端E N為低電平，NMOS管M5不導通，所以Vgs(MO) = -(VDQ+I*R0)，其中Vdq和I分別為二極管DO的壓降和流過電阻RO的電流。充電期間高壓啟動開關(guān)管MO —直導通，即只要保證Vgs (MO) = -(Vdo+I*RO)
>Vth(MO)，當高壓啟動開關(guān)管MO柵極電壓升高到Vg > Vth (M6)時，因圖中所示的開關(guān)管M6采用的是NMOS管，故NMOS管M6導通。設(shè)計使得流過電阻RO的電流足夠大，那么流過NMOS管M6的電流，也即是對比較器UO同相輸入端的外掛電容Cl充電的電流，就約等于流過電阻RO的電流；所以通過調(diào)整電阻RO的大小，可以限制對外掛電容Cl充電的電流大小，進而在一個較大范圍內(nèi)控制比較器UO的上電速度，即是控制AC-DC芯片的上電速度。流過高壓啟動管MO的電流持續(xù)對比較器UO的外掛電容Cl充電，使同相輸入端電壓VDD —直上升，直到VDD > VR，使得比較器UO的芯片達到啟動電壓，開始正常工作，比較器UO將會翻轉(zhuǎn)，使能信號輸出端EN電平由低變高，NMOS管M5導通。NMOS管M5 —導通，高壓啟動開關(guān)管MO柵極電壓Vg被拉低，使得高壓啟動開關(guān)管MO和NMOS管M6都被關(guān)斷，此時NMOS管M6相當于一個二極管，給PMOS管M3、PM0S管M4提供電流，并且Vl = VDD-Vd (M6)，Vd (M6)是NMOS管M6的寄生二極管的壓降，則Vl跟隨VDD維持較高電壓。二極管DO阻止了高壓啟動開關(guān)管MO的反向?qū)?，即阻止VDD向電源開關(guān)Ml的DRAIN端倒灌電流。此時，該電路工作過程中必須保證Vgs (MO) < Vth (MO)，即0_(V1+VDCI) < Vth (MO)，解這個不等式就是Vl >-Vth(MO)-Vdci，這也說明要使高壓啟動開關(guān)管MO重新開啟的條件是 Vl 彡-Vth (MO) -Vdo,即 VDD ( -Vth (MO) -VD0+Vd (M6)。換言之，當 VDD 滿足VDD
>-Vth(M0)-VD0+Vd(M6)時，才能保證系統(tǒng)開始正常工作后，高壓啟動開關(guān)管MO被關(guān)斷，不會再有電流從高壓啟動開關(guān)管MO進入系統(tǒng)。因圖I所示的傳統(tǒng)電路系統(tǒng)中消耗很大待機功耗的高壓啟動電阻Rr已不復存在，故 采用本實用新型提供的高壓啟動控制電路的AC-DC系統(tǒng)的待機功耗極低。本實用新型提供的AC-DC芯片和AC-DC系統(tǒng)，包括所述的任何一種實施例提供的高壓啟動控制電路。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種AC-DC芯片的高壓啟動控制電路，與AC-DC系統(tǒng)變壓器初級線圈的第二端與所述AC-DC芯片的電源開關(guān)Ml的高電位端的公共連接端相連，用以控制對所述AC-DC芯片外的外掛電容Cl的充電快慢，其特征在于，所述AC-DC芯片的高壓啟動控制電路包括 高壓啟動開關(guān)管MO、二極管DO、電阻RO、電流源單元、PMOS管M 3、PMOS管M4、NM0S管M5、開關(guān)管M6和比較器UO ； 所述高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端接所述AC-DC芯片的電源開關(guān)Ml的高電位端，所述高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端接所述二極管DO的陽極，所述二極管DO的陰極通過所述電阻RO同時接所述電流源單元的輸入端、所述PMOS管M3的源極、所述PMOS管M4的源極和所述開關(guān)管M6的高電位端，所述PMOS管M3的漏極同時接所述PMOS管M3的柵極和所述電流源單元的第一輸出端，所述PMOS管M3的柵極與所述PMOS管M4的柵極相連，所述PMOS管M4的漏極同時接所述NMOS管M5的漏極和所述開關(guān)管M6的控制端，所述NMOS管M5的柵極接所述比較器UO的輸出端，所述NMOS管M5的源極與所述電流源單元的第二輸出端相連并接地，所述比較器UO的同相輸入端接所述開關(guān)管M6的低電位端，所述高壓啟動開關(guān)管MO的控制端與所述開關(guān)管M6的控制端相連，所述比較器UO的反相輸入端接參考電壓，所述外掛電容Cl接在所述比較器UO的同相輸入端與地之間。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓啟動控制電路，其特征在于，所述的電流源單元包括電阻R1、電阻 R2、NMOS 管 M2 和 NMOS 管 M7 ； 所述電阻Rl的第一端是所述電流源單元的輸入端，所述電阻Rl的第二端同時接所述NMOS管M2的柵極和所述NMOS管M7的漏極，所述NMOS管M2的漏極作為所述電流源單元的第一輸出端與所述PMOS管M3的漏極相連，所述NMOS管M2的源極同時接所述NMOS管M7的柵極和所述電阻R2的第一端，所述NMOS管M7的源極與所述電阻R2的第二端相連作為所述電流源單元的第二輸出端。
3.如權(quán)利要求I或2所述的高壓啟動控制電路，其特征在于，所述的高壓啟動開關(guān)管MO為耗盡型高壓NMOS管，所述耗盡型高壓NMOS管的漏極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端，所述耗盡型高壓NMOS管的源極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端，所述耗盡型高壓NMOS管的柵極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的控制端。
4.如權(quán)利要求I或2所述的高壓啟動控制電路，其特征在于，所述的高壓啟動開關(guān)管MO為高壓JFET，所述高壓JFET的漏極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的高電位端，所述高壓JFET的源極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的低電位端，所述高壓JFET的柵極為所述高壓啟動開關(guān)管MO的控制端。
5.如權(quán)利要求I或2所述的高壓啟動控制電路，其特征在于，所述開關(guān)管M6為NMOS管，所述NMOS管的柵極為所述開關(guān)管M6的控制端，所述NMOS管的漏極為所述開關(guān)管M6的高電位端，所述NMOS管的源極為所述開關(guān)管M6的低電位端。
6.如權(quán)利要求I或2所述的高壓啟動控制電路，其特征在于，所述開關(guān)管M6為PMOS管，所述PMOS管的柵極為所述開關(guān)管M6的控制端，所述PMOS管的源極為所述開關(guān)管M6的高電位端，所述PMOS管的漏極為所述開關(guān)管M6的低電位端。
7.一種AC-DC芯片，連接在AC-DC系統(tǒng)變壓器初級線圈的第二端與地之間，包括電源開關(guān)Ml和電源控制電路，所述AC-DC芯片外接一個外掛電容Cl，其特征在于，所述的AC-DC芯片還包括如權(quán)利要求1-6任一項所述的高壓啟動控制電路。
8.一種AC-DC系統(tǒng)，其特征在于，所述AC-DC系統(tǒng)包括變壓器T、二極管D1、二極管D2、電容Cl、電容C2、電阻R4、電感LO和如權(quán)利要求7所述的AC-DC芯片，所述變壓器T的初級線圈的第一端接市電高壓輸入端，所述變壓器T的初級線圈的第二端接所述AC-DC芯片上的電源開關(guān)Ml的高電位端，所述AC-DC芯片同時接所述電容Cl的第一端和所述電阻R4的第一端，所述電容Cl的第二端接地，所述電阻R4的第二端接所述二極管Dl的陰極，所述二極管Dl的陽極通過所述電感LO與所述AC-DC芯片上的電源開關(guān)Ml的低電位端相連并接地，所述變壓器T的次級線圈通過所述二極管D2和所述電容C2輸出低壓直流電。
專利摘要本實用新型屬于電力轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，尤其涉及一種AC-DC芯片、系統(tǒng)及其高壓啟動控制電路。本實用新型利用現(xiàn)有的AC-DC芯片和系統(tǒng)，在不增加外圍應用元器件的基礎(chǔ)上，去掉了傳統(tǒng)電路系統(tǒng)中的高壓啟動電阻，提供了一種待機功耗極低的AC-DC芯片、系統(tǒng)及其高壓啟動控制電路，一方面解決了傳統(tǒng)AC-DC系統(tǒng)待機功耗消耗過大的技術(shù)問題；另一方面，本實用新型也使電路系統(tǒng)得以簡化，也節(jié)省了系統(tǒng)板的空間和成本。
文檔編號H02M1/36GK202550872SQ20112051577
公開日2012年11月21日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張君志 申請人:深圳市富滿電子有限公司