如何設(shè)計開關(guān)電源的啟動電路

一款優(yōu)質(zhì)電源必然具備啟動性能好、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，但你有沒有想過寬壓電源的輸入電壓范圍那么廣，而電源IC芯片又需要穩(wěn)定的工作電壓，我們該如何保證模塊的性能的呢?本文將讓你從本質(zhì)去了解電源模塊。

在為系統(tǒng)提供能量的同時，由于自身在極端惡劣情況下的嚴(yán)重?fù)p耗會給電源的穩(wěn)定性帶來風(fēng)險。好的只在電源系統(tǒng)啟動時為其提供能量，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后便停止工作，那么怎樣才能使即安全可靠又能在輸出電壓建立后停止工作呢?

1、啟動電路設(shè)計構(gòu)思

DC-DC的輸入電壓范圍寬，而電源IC芯片又需要穩(wěn)定的工作電壓，則啟動電路就需要為IC提供安全穩(wěn)定的啟動電壓。如下圖1所示，主要是一個由電阻和穩(wěn)壓管組成的簡單啟動電路，正常工作下該啟動電路功耗較大，尤其在高溫環(huán)境、輸入高壓、輸出滿載的情況下啟動電路發(fā)熱嚴(yán)重極易給系統(tǒng)的穩(wěn)定帶來風(fēng)險，而且還會降低的轉(zhuǎn)換效率。

圖1 簡單啟動電路

因此，啟動電路不適合長時間持續(xù)地為電源IC及保護(hù)電路提供能量，一般只在系統(tǒng)啟動時刻為其提供能量。當(dāng)輸出電壓建立后，則由損耗較小的輔助繞組為芯片及保護(hù)電路提供能量，而此時的啟動電路需停止工作。

2、一種啟動電路設(shè)計

如下圖2所示，為現(xiàn)在開關(guān)電源中常用的啟動電路，該電路采用兩個三極管做二級放大，可等效為三端線性穩(wěn)壓電源，具有啟動速度快、性能安全可靠、輸出電壓建立后立刻停止工作的優(yōu)點(diǎn)。

輸入電壓VIN為NPN三極管Q1提供IB電流使用它處于放大區(qū)，IC為放大電流也為PNP三極管Q2的基極電流，通過對IC電流的控制，可使Q2處于飽和狀態(tài)并以IE的飽和電流向電容C充電，直到 Q2處于半截止或半飽和狀態(tài)。此時，電容就等效成一個恒流源為IC芯片提供能量，當(dāng)電容電壓降到一定值時，啟動電路繼續(xù)為電容充電，直到輔助供電有電壓后，才通過電阻R2、R3之間的分壓使Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，此時啟動電路才停止工作，之后芯片的供電完全由輔助繞組提供。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)啟動電路

如下圖3所示，為圖2電路的實驗波形圖，綠色為IE電流波形，黃色為VDD電壓波形(示波器采用zlgZDS2022)。從圖中可看出開關(guān)電源啟動可分三個階段，第一階段，在上電時IE以近似1mA的電流向電容C充電，當(dāng)VDD電壓達(dá)到UCC28C40門限電壓時進(jìn)入第二階段，此時飽和電流增加至5mA，在為IC供電的同時繼續(xù)為電容充電，當(dāng)輸出電壓建立后進(jìn)入第三階段，此時IE電流為零，啟動電路停止工作，VDD電壓上升至輔助繞組電壓。在啟動的整個過程中，IE的電流都是比較小而且比較平緩，所以該電路安全可靠。

圖3 實驗電路波形圖

由致遠(yuǎn)電子研發(fā)的寬壓開關(guān)電源產(chǎn)品基本都采用了與上面啟動電路類式的結(jié)構(gòu)，這樣既能保證啟動的可靠性，又能降低損耗。

3、如何使啟動電路安全可靠

要讓啟動電路安全可靠地運(yùn)行，除了必要的理論計算以外，更多應(yīng)該注意的是器件的選擇，謹(jǐn)慎的器件選擇能使電路的真實值更加接近計算的理論值。穩(wěn)壓管D1要選擇動態(tài)電阻小、膝點(diǎn)低的，這樣能使Q1基極的電位在輸入電壓大幅度變化下保持一個較小的波動，從而使得供電電壓VDD穩(wěn)定。電阻R1、R2、R3的電阻值在電路能正常工作下盡量取大一些，以減小啟動電路的損耗。R4主要是限制IE電流使得Q2快速達(dá)到飽和點(diǎn)，如果在條件允許下Q2的封裝盡量大一點(diǎn)以增強(qiáng)散熱能力。

輔助繞組的電壓也是影響啟動電路穩(wěn)定的因素，輔助繞組電壓偏低，則會使啟動電路在開關(guān)電源帶載時未能完全管斷，Q2管在高溫高壓滿載情況下很可能會因過熱而燒毀;輔助繞組電壓偏高，在某些異常情況下會使得輔助繞組供電的電壓接近或超過電源IC的額定電壓，對電源IC構(gòu)成威脅。輔助繞組的電壓過高還會對開關(guān)電源的整體效率有一定影響，啟動電路設(shè)計的好壞將會影響整個開關(guān)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

4、選用優(yōu)質(zhì)的隔離電源模塊，降低電路的設(shè)計風(fēng)險

ZLG致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊，具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時ZLG致遠(yuǎn)電子根據(jù)豐富的電源設(shè)計及應(yīng)用經(jīng)驗，可為用戶提供專業(yè)的電源外圍應(yīng)用電路設(shè)計經(jīng)驗參考，提升產(chǎn)品的可靠性。

致遠(yuǎn)電子電源模塊以其效率高、輸入電壓范圍寬、體積小、可靠性高、耐沖擊、隔離特性好，溫度范圍寬等特性，適用于做板級的供電電源，廣泛應(yīng)用于電力、工業(yè)自動化、通訊、醫(yī)療、交通、樓宇自動化、儀器儀表和汽車電子等眾多領(lǐng)域。