[发明专利]具有提供启动充电电流的常通器件的开关电源启动电路

说明书

一种功率转换器启动电路在启动期间为控制电路建立工作电压，并且之后被禁用，以减少空载功率耗散。该启动电路具有常通特性，以自动提供用于启动电容器的启动充电电流。当启动电容器电压达到工作值时，控制电路开始工作，并产生禁用启动电路的抑制信号，以停止该启动充电电流并减少功率耗散。通过采用常通器件(例如，耗尽型J‑FET)的发射极开关电流源来实现常通特性。电阻分压器网络在稳态操作期间提供用于启动电流源的偏置和监测电源输入电压的点。电荷泵提供足够高于辅助电压的抑制控制信号的电压，以使常通开关晶体管截止。

技术领域

本公开涉及一种具有提供启动充电电流的常通器件的开关电源启动电路。

背景技术

当最初将输入功率施加到开关电源时，为了起动操作的目的，需要向控制电路输送能量。用于此目的的电路通常被称为“启动电路”。因为电源在启动期间还没有产生输出功率，所以启动电路以某种方式从输入端获得电力。开关电源中的挑战之一是当针对控制器件的工作电压限制远低于电源的输入电压范围时，提供初始能量来为控制电路供电。例如，从24V或48V额定直流源接收输入功率的DC/DC转换器就存在这个问题。这也是AC/DC电源中考虑的因素，其中AC/DC电源工作于可高达305VAC的输入电压，且输入电压的典型应用范围为90VAC至264VAC。

为了在输入电压相对于初级侧参考控制电路的正常工作电压较大时启动开关电源，可以通过电阻器或电流源从输入源对电容器充电。一电路监测电容器电压，并且当电容器电压近乎达到该电路的上限工作电压时，接通控制电路。控制电路一旦被启用就可以从充电的电容器汲取能量。当启动完成并且正常操作开始时，功率转换器的正常操作电路可以提供用于将该启动电容器两端的电压维持为控制电路的操作限制内的值所需的能量。

监测启动电容器电压并接通控制电路的电路可以在启动期间仅需要较小电流(例如，500uA至1mA)，且对启动电容器进行馈送的电阻器或电流源的规格被调整为以在启动期间呈现的最小输入电压来提供该电流。该大小调整可以由于在正常操作期间出现的更大最大输入电压下的电路而导致更高功率耗散。此外，不管功率转换器的输出负载如何，即，不论转换器是在线并向负载提供电力，还是离线或“待机”而不向负载提供电力，均发生这种更高的功率耗散。

离线电源受对空载功率损耗进行限制的市场或法规要求的影响。因此，期望的是尽可能多地减少空载功率损耗，包括归因于如上所述的启动电路的损耗。

发明内容

所公开的功率转换器包括启动电路，其在提供在启动时段期间为控制电路建立工作电压的所需功能的同时实现减少的空载功率损耗。所述启动电路具有常通特性，使得一旦输入电压已经上升到足够高，则其自动提供用于启动电容器的启动充电电流，而不需要任何单独供电的控制电路的操作。当启动电容器电压达到工作值时，控制电路开始工作，并产生禁用启动电路的抑制信号，从而停止启动充电电流的流动，并将启动电路的功率耗散降低到期望的低值。通过使用采用常通开关器件(例如，耗尽型结型场效应晶体管(J-FET))的发射极开关电流源来实现常通特性。这种器件具有源-漏沟道，所述源漏沟道在在该器件的栅极上没有控制电压的情况下传导电流，并且当控制电路尚未工作时，该特征被用于在启动期间使用。另外，可以通过对器件的栅极施加足够高的控制或偏置电压来切断源漏通道，并且该特征被用于在启动之后使用以防止电流流动并且减少启动电路在后续正常操作期间的功率耗散。

因此，J-FET是作为启动电流源的一部分使用的开关器件的良好候选。当最初施加电力并且没有来自功率转换器的偏置电压时，可以使用J-FET器件来建立启动电容器充电电流的流动。当控制电路激活并且功率转换器工作时，来自控制电路的电压可以被施加到J-FET的栅极以使其截止并且禁用充电电流。然而，易用的J-FET的一个问题在于相对较低的额定电压(例如，小于50V)，其远低于对于许多启动电流源应用而言需要进行切换的典型电压。因此，在所公开的启动电路中，使用J-FET作为将双极晶体管用作主电流控制元件的发射极开关电流源中的开关。这种配置降低了J-FET所经历的电压，即使在更高电压的应用中也是如此。