一種衝擊電流消除電路的製作方法

2023-10-27 14:46:52

專利名稱：一種衝擊電流消除電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子技術領域，更具體的說，涉及應用於開關電源中的一種衝擊電流消除電路。
背景技術：
在利用開關電源為LED負載供電的過程中，當LED負載接電瞬間，往往會產生一個較大的衝擊電流，該衝擊電流的幅值大於LED負載所能承受的最大電流值，因此，需要對此衝擊電流進行限制或者消除，以防止LED負載及其他電路元件被損壞。參考圖1，所示為現有的一種軟啟動衝擊電流消除電路的電路圖，當開關電源中的變換器Tr的副邊電壓經整流濾波後輸出一電壓，該電壓首先通過電阻Rl*對電容Cl*進行 充電，當電容Cl*充電達到開關管Ql*的導通電壓後，開關管Ql*才緩慢導通，之後，LED電流才會逐漸上升，這樣，利用電容Cl*的充電時間，可延緩開關管Ql*的導通速度，以使得啟動時的LED電流能維持在一個較小值，防止LED負載遭大電流衝擊而損壞。但是這種軟啟動電路最大的不足在於，由於其正嚮導通壓降值是開關管Ql*的閾值電壓，如圖I所示，若其開關管Ql*為三極體時，其導通壓降為Uon = I Iled (R1* + R2*) + 0.7V..................... (I)公式(I)中β為所述開關管Ql*的放大係數，Imi為所述LED負載的驅動電流，從公式(I)中可以看出，所述開關管Ql*的導通壓降至少在O. 7V以上，並且與LED負載的驅動電流有關，當LED的驅動電流較大時，其導通壓降將進一步增大，這麼大的導通壓降值會導致電路產生很大的功率損耗，以致電路的整體輸出效率降低。

發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種衝擊電流消除電路，其通過兩級延時電路來延緩功率開關管的導通速度，以消除衝擊電流對LED負載的影響，使LED啟動電流維持在一個最小值，並且，本發明電路的最小導通壓降較現有技術大大減小，因此，其功率損耗更小，有效提高了電路的整體輸出效率。依據本發明所述的一種衝擊電流消除電路，應用於一開關電源，所述衝擊電流消除電路設置在所述開關電源的輸出端和一 LED負載之間，用以消除所述開關電源在啟動所述LED負載過程中產生的衝擊電流，所述衝擊電流消除電路包括一第一延時電路、第二延時電路和控制電路，其中，所述第一延時電路接收所述開關電源輸出端傳輸的能量，並據此產生一第一控制
信號;所述第二延時電路接收所述第一控制信號，並據以產生一第二控制信號和第三控制信號；在第一延時時間後，所述第一控制信號控制所述第二控制信號至一固定值；
在第二延時時間後，所述第三控制信號根據所述第二控制信號控制所述控制電路開通，以使所述開關電源的輸出能量傳遞至所述LED負載。進一步的，所述第一延時電路包括有第一開關管和第一電容，所述第一開關管的第一端經串聯連接的第一電阻和第二電阻接所述開關電源輸出端的正極，所述第一開關管的第二端接地，其控制端接一串聯連接的第三電阻和第四電阻的公共連接點，其中，所述第三電阻和第四電阻串聯連接在所述LED負載的負極和地之間；所述第一電容的第一端接所述第三電阻和第四電阻的公共連接點，其第二端接地；所述第一電阻和第二電阻的公共連接點的電壓為所述第一控制信號。進一步的，所述第一延時電路包括有一第一三端穩壓二極體，所述第一三端穩壓二極體的參考端接一串聯連接的第五電阻和第六電阻的公共連接點，陰極通過一第七電阻 接所述開關電源的輸出端的正極，其陽極接地，其中，所述第五電阻和第六電阻依次串聯連接在所述開關電源的輸出端的正極和地之間；所述第一三端穩壓二極體的陰極和所述第七電阻的公共連接點的電壓為所述第
一控制信號。進一步的，所述第二延時電路包括第二開關管和第二電容，所述第二開關管的第一端通過一第八電阻接所述開關電源輸出端的正極，其第二端通過第九電阻接地，所述第二開關管的控制端接所述第一電阻和第二電阻的公共連接點；所述第二電容的第一端接所述第二開關管的第二端，其第二端接地；
所述第二電容的第一端的電壓為所述第三控制信號。進一步的，所述第二延時電路包括第三電容，所述第三電容的第一端接一串聯連接的第十電阻和第十一電阻的公共連接點，其中，所述第十電阻和第十一電阻依次串聯連接在所述第一三端穩壓二極體的陰極和地之間，所述第三電容的第二端接地；所述第三電容的第一端的電壓為所述第三控制信號。進一步的，所述控制電路包括一功率開關管和限流電阻，所述功率開關管的第一端接所述LED負載的負極，其第二端接地，所述功率開關管的控制端接收所述第二延時電路輸出的第三控制信號；所述限流電阻第一端與所述功率開關管的第一端連接，其第二端與所述功率開關管的第二端連接。進一步的，還包括一箝位電路，所述箝位電路的第一端與所述第一三端穩壓二極體的陰極連接，其第二端接地。通過本發明的一種衝擊電流消除電路，其通過兩級延時電路來實現功率開關管導通速度的延緩，有效抑制了開關電源在啟動LED負載過程中產生的衝擊電流，避免了 LED負載遭衝擊電流的損壞。並且，本發明電路工作過程中的最小導通壓降可為O. 15V甚至更低，較現有技術的導通壓降大大減小，其功率損耗更小，有效提高了電路的整體輸出效率。


圖I所示為為現有的一種軟啟動衝擊電流消除電路的電路圖；圖2所示為依據本發明的一種衝擊電流消除電路第一實施例的電路圖3所示為依據本發明的一種衝擊電流消除電路第二實施例的電路圖；圖4所示為依據本發明的一種衝擊電流消除電路第三實施例的電路具體實施例方式以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。參考圖2，所示為依據本發明的一種衝擊電流消除電路第一實施例的電路圖，所述衝擊電流消除電路應用於一開關電源中，如圖2所示，所述開關電源用以將一直流電壓供給LED負載，所述LED負載可以由一個或多個LED燈串聯後組成，所述開關電源輸出端的正極與所述LED負載的正極端相連接，所述衝擊電流消除電路設置在所述開關電源的輸出端和所述LED負載之間。從圖2中可以得知，所述開關電源至少還包含有一電解電容C4，用以 在LED負載未接通之前儲存能量。具體的，所述衝擊電流消除電路包括第一延時電路、第二延時電路和控制電路，下面詳細描述在本實施例中所述第一延時電路、第二延時電路和控制電路的具體實現方式。在本實施例中，所述第一延時電路201包括有第一開關管Ql和第一電容Cl,所述第一開關管的第一端經串聯連接的第一電阻Rl和第二電阻R2接所述開關電源輸出端的正極，所述第一開關管Ql的第二端接地，其控制端接一串聯連接的第三電阻R3和第四電阻R4的公共連接點D，其中，所述第三電阻R3和第四電阻R4串聯連接在所述LED負載的負極和地之間；所述第一電容Cl的第一端接所述第三電阻R3和第四電阻R4的公共連接點D，其第二端接地；其中，所述第一電阻Rl和第二電阻R2的公共連接點B的電壓為所述第一控制信號Va。所述第二延時電路202包括第二開關管Q2和第二電容C2，所述第二開關管Q2的第一端通過一第八電阻R8接所述開關電源輸出端的正極，其第二端通過第九電阻R9接地，所述第二開關管Q2的控制端接所述第一電阻Rl和第二電阻R2的公共連接點B ;所述第二電容C2的第一端接所述第二開關管Q2的第二端，其第二端接地；其中，所述第二電容C2的第一端的電壓為所述第三控制信號所述控制電路203包括一功率開關管QM，所述功率開關管Qm的第一端接所述LED負載的負極，其第二端接地，所述功率開關管Qm的控制端接收所述第二延時電路202輸出的第三控制信號，具體地，所述功率開關管Qm的控制端通過一第十二電阻R12與所述第二電容C2的第一端相連接以接收所述第三控制信號Vra，所述第十二電阻R12為驅動電阻，以防止所述功率開關管Qm的柵極電流過大；所述限流電阻&第一端與所述功率開關管Qm的第一端連接，其第二端與所述功率開關管Qm的第二端連接。本實施例中所述第一開關管Q1、第二開關管Q2為雙極型電晶體，所述功率開關管Qm為N型場效應電晶體，所述第一開關管Ql的第一端、第二端和控制端分別為集電極、發射極和基極；所述第二開關管Q2的第一端、第二端和控制端分別為發射極、集電極和基極；所述功率開關管Qm的第一端、第二端和控制端分別為漏極、源極和柵極。本實施例中所述衝擊電流消除電路工作過程為第一開關管Q1、第二開關管Q2和功率開關管Qm初始狀態均為關斷狀態，當LED負載接電瞬間，功率開關管Qm的漏極即圖2中A點會產生一電壓uA，所述A點的電壓即為表徵所述開關電源輸出端輸出的能量，所述電壓uA經第三電阻R3和第四電阻R4分壓後，由第三電阻R3提供的電流對所述第一電容Cl充電，當第一電容Cl兩端電壓達到第一開關管Ql的導通電壓時，所述第一開關管Ql導通，第一開關管Ql的導通會使所述第一電阻Rl和第二電阻R2的公共連接點B的電壓拉低，所述公共連接點B點的電壓為所述第一控制信號Va ;這樣，所述第二開關管Q2的基極接收所述第一控制信號Va，致使所述第二開關管Q2的基極電壓被拉低，從而使第二開關管Q2導通，所述第二開關管Q2導通後，表徵所述開關電源輸出能量的電壓信號經第八電阻R8和第九電阻R9分壓，由第八電阻R8提供電流給所述第二電容C2充電，這裡，所述第八電阻R8提供的電流為所述第二控制信號1。2，其為一穩定的固定值，如圖2所示，其值為所述第八電阻的壓降與其阻值的比值；也即是所述第二控制信號作為充電電流給所述第二電容C2充電。所述第二電容C2的第一端電壓為所述第三控制信號VC3，當第三控制信號Va充電達到所述功率開關管Qm的導通電壓時，所述功率開關管Qm導通，此時，LED電流才會因為功率開關管Qm導通而上升，因此，由上述過程可知，由於所述第一電容Cl的充電時間的延時，會帶來第一開關管Ql的導通速度的延緩，然後由於第二電容C2充電時間的延時會延緩功率開關管Qm的導通速度，這樣，足以保證啟動時的衝擊電流被有效抑制，所述功率開關管Qm在所 述衝擊電流消除之後才接通所述LED負載，達到了安全啟動的目的。進一步的，所述衝擊電流消除電路還包括一限流電阻&，所述限流電阻&用以在所述功率開關管Qm導通之前，使所述LED負載和開關電源的輸出形成一迴路，並且，所述限流電阻的阻值為較大，這樣，在所述LED負載未正式啟動前，由限流電阻&限制所述LED負載流過一較微小的電流，達到緩啟動的效果，對啟動過程中的衝擊電流也能有更好的抑制作用。此外，從根據圖2所示的衝擊電流消除電路可以推出，本實施例的電路工作過程中的開關管的導通壓降Um為Uon = Ube X ...................... i2J公式(2)中Ube為第一開關管Ql導通時的基射極電壓,一般為O. 7V。另外,本實施例在電路設計中，電阻R3的阻值要遠小於電阻R4的阻值，因此電路中的導通壓降Um UBE，即大約為O. 7V，其導通壓降不受LED負載驅動電流的影響，要小於現有技術中的導通壓降，因此，其開關管的功率損耗會更小，電源利用效率得到進一步的提高。綜上所述，依照本發明實施例所公開的一種衝擊電流消除電路，可通過延緩功率開關管的導通速度，消除啟動過程中的衝擊電流對LED負載的影響，使LED電流維持在一個最小值，並且，本發明電路的最小導通壓降較現有技術大大減小，因此，其功率損耗更小，有效提高了電路的整體輸出效率。參考圖3，所示為依據本發明的一種衝擊電流消除電路第二實施例的電路圖，本實施例中的控制電路303與圖2所示實施例中的控制電路結構相同，在此不重複闡述，下面詳細介紹本實施例中的第一延時電路和第二延時電路的具體實現方式。在本實施例中，所述第一延時電路301包含有一第一三端穩壓二極體D2,所述第一三端穩壓二極體D2的參考端接一串聯連接的第五電阻R5和第六電阻R6的公共連接點E，陰極通過一第七電阻R7接所述開關電源的輸出端的正極，其陽極接地，其中，所述第五電阻R5和第六電阻R6依次串聯連接在所述開關電源的輸出端的正極和地之間；所述第一三端穩壓二極體D2的陰極和所述第七電阻R7的公共連接點F的電壓為所述第一控制信號να。所述第二延時電路302包含有第三電容C3，所述第三電容C3的第一端接一串聯連接的第十電阻RlO和第十一電阻Rll的公共連接點G，其中，所述第十電阻RlO和第十一電阻Rll依次串聯連接在所述第一三端穩壓二極體的陰極和地之間，所述第三電容的第二端接地；所述第三電容C3的第一端的電壓為所述第三控制信號Vra。所述控制電路303中的功率開關管Qm與所述第三電容C3的第一端連接以接收所述第三控制信號Vra。本實施例中所述衝擊電流消除電路工作過程為功率開關管Qm初始狀態為關斷狀態，在所述LED負載沒有接電時，所述開關電源的輸出能量存儲在電解電容C4中，當LED負載接通之後，表徵所述開關電源輸出能量的電壓信號經所述第五電阻R5和第六電阻R6分壓後得到電壓VE，在初始時，所述電壓Ve會較大，根據三端穩壓二極體的特性，其陰極的電壓Vf就會較小，也即是所述第一控制信號Va較小；所述第二延時電路接收所述第一控制信號Va，所述第一控制信號Va即電壓Vf經第十電阻RlO和第十一電阻Rll分壓，由第十電阻RlO提供電流給第三電容C3充電，這裡，所述第十電阻RlO提供的電流為所述第二控制信號 1。2，其值為第十電阻的壓降與其阻值的比值，所述第二控制信號1。2作為充電電流給所述第三電容充電，但此時由於第二控制信號Ic2較小，因此所述第三電容C3的兩端電壓也較小，即所述第三控制信號Vra較小，不足以驅動所述功率開關管Qm導通，所述功率開關管Qm仍保持關斷狀態。在所述LED負載接電後，由限流電阻RyLED負載和開關電源的輸出端構成一迴路，在本發明實施例中，所述限流電阻&的阻值為較大，這樣，所述LED負載中會限制為流過一較微小的電流，之後，所述電解電容C4儲存的能量會逐漸轉移到LED負載和所述限流電阻&上，因此，所述第五電阻R5和第六電阻R6的公共連接點E的電壓也會減小，根據三端穩壓二極體的特性，其陰極的電壓Vf就會增大，即第一控制信號Va增大，此時，所述第二控制信號1。2隨之增大，並且達到一個穩定的固定值，如圖3所示，其值為所述開關電源的輸出電壓與所述第七電阻R7、第十電阻RlO和第十一電阻Rll之和的比值。所述第二控制信號Ira作為充電電流繼續給第三電容C3充電，所述第三電容C3的第一端電壓增大，當第三控制信號Vc3充電達到所述功率開關管Qm的導通電壓時，所述功率開關管Qm導通，此時，LED電流才會因為功率開關管Qm導通而上升。從上述過程可以看出，由於所述第三電容C3的充電時間的延時，會帶來功率開關管Qm的導通速度的延緩，這樣，足以保證啟動時的衝擊電流被有效抑制，開關電源能夠安全啟動，並且本發明中實施例中使所述LED負載在啟動前流過一較微小的電流，達到緩啟動的效果，對啟動過程中的衝擊電流也能有更好的抑制作用。此外，根據圖3所示的衝擊電流消除電路，本實施例電路在工作過程中的開關管的導通壓降為Uon=Rds onX Iled.......................(3)公式(3)中Rds m為功率開關管Qm的漏極到源極的導通電阻值，Iled為所述LED負載的驅動電流值，通過選擇較小的Rds—m值的場效應電晶體，可將功率開關管的功耗控制到最小。例如，常規的場效應電晶體的Rds—。 值為O. 3 Ω，在LED負載驅動電流為500mA的情況下，其導通電壓僅為O. 15V，遠遠小於現有技術中的導通壓降，因此，其開關管的功率損耗會更小，開關電源的整機利用效率得到大幅提高。參考圖4，所示為依據本發明的一種衝擊電流消除電路第三實施例的電路圖，本實施例在圖3所示實施例的基礎上進一步包括一箝位電路404,所述箝位電路404的第一端與所述第一三端穩壓二極體D2的陰極連接，其第二端接地。所述箝位電路具有一箝位電壓值，其用以將所述三端穩壓二極體D2的陰極電壓箝位至所述箝位電壓。本實施例中所述箝位電路具體為一穩壓二極體D3，所述穩壓二極體D3的陰極與所述三端穩壓二極體D2的陰極連接，其陽極接地。本領域技術人員可知，所述箝位電路也可以為其他具有相同功能的電路替代。本實施例通過所述箝位電路404的設置，可使所述開關電源的輸出電壓變化時，不用改變第七電阻R7、第十電阻RlO和第十一電阻Rll的阻值，以使所述功率開關管Qm的柵極電壓不會過高，保證所述功率開關管安全導通且不造成能量的浪費。綜上所述，依照本發明所公開的一種衝擊電流消除電路，可通過兩級延時電路延緩功率開關管的導通速度，消除了啟動過程中的衝擊電流對LED負載的影響，使LED啟動電流維持在一個最小值，保證開關電源的安全啟動，並且，本發明電路的最小導通壓降較現有技術大大減小，因此，其功率損耗更小，有效提高了電路的整體輸出效率。以上對依據本發明的優選實施例的一種衝擊電流消除電路進行了詳盡描述，在本 發明中所述的開關管可由雙極型電晶體和場效應電晶體相互替代，具體要求可根據用戶需要自己設置。另外，本領域普通技術人員據此可以推知其他相同功能的技術或者結構以及元器件等均可應用於所述實施例。依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。
權利要求
1.一種衝擊電流消除電路，應用於ー開關電源，所述衝擊電流消除電路設置在所述開關電源的輸出端和一 LED負載之間，用以消除所述開關電源在啟動所述LED負載過程中產生的衝擊電流，其特徵在於，所述衝擊電流消除電路包括一第一延時電路、第二延時電路和控制電路，其中， 所述第一延時電路接收所述開關電源輸出端傳輸的能量，並據此產生ー第一控制信號; 所述第二延時電路接收所述第一控制信號，並據以產生ー第二控制信號和第三控制信號; 在第一延時時間後，所述第一控制信號控制所述第二控制信號至一固定值； 在第二延時時間後，所述第三控制信號根據所述第二控制信號控制所述控制電路開通，以使所述開關電源的輸出能量傳遞至所述LED負載。
2.根據權利要求I所述的ー種衝擊電流消除電路，其特徵在於，所述第一延時電路包括有第一開關管和第一電容， 所述第一開關管的第一端經串聯連接的第一電阻和第二電阻接所述開關電源輸出端的正極，所述第一開關管的第二端接地，其控制端接一串聯連接的第三電阻和第四電阻的公共連接點，其中，所述第三電阻和第四電阻串聯連接在所述LED負載的負極和地之間；所述第一電容的第一端接所述第三電阻和第四電阻的公共連接點，其第二端接地；所述第一電阻和第二電阻的公共連接點的電壓為所述第一控制信號。
3.根據權利要求I所述的ー種衝擊電流消除電路，其特徵在於，所述第一延時電路包括有一第一三端穩壓ニ極管， 所述第一三端穩壓ニ極管的參考端接一串聯連接的第五電阻和第六電阻的公共連接點，陰極通過ー第七電阻接所述開關電源的輸出端的正極，其陽極接地，其中，所述第五電阻和第六電阻依次串聯連接在所述開關電源的輸出端的正極和地之間； 所述第一三端穩壓ニ極管的陰極和所述第七電阻的公共連接點的電壓為所述第一控制信號。
4.根據權利要求2所述的ー種衝擊電流消除電路，其特徵在於，所述第二延時電路包括第二開關管和第二電容， 所述第二開關管的第一端通過ー第八電阻接所述開關電源輸出端的正極，其第二端通過第九電阻接地，所述第二開關管的控制端接所述第一電阻和第二電阻的公共連接點；所述第二電容的第一端接所述第二開關管的第二端，其第二端接地； 所述第二電容的第一端的電壓為所述第三控制信號。
5.根據權利要求3所述的ー種衝擊電流消除電路，其特徵在於，所述第二延時電路包括第三電容， 所述第三電容的第一端接一串聯連接的第十電阻和第十一電阻的公共連接點，其中，所述第十電阻和第十一電阻依次串聯連接在所述第一三端穩壓ニ極管的陰極和地之間，所述第三電容的第二端接地； 所述第三電容的第一端的電壓為所述第三控制信號。
6.根據權利要求I所述的ー種衝擊電流消除電路，其特徵在於，所述控制電路包括一功率開關管和限流電阻，所述功率開關管的第一端接所述LED負載的負極，其第二端接地，所述功率開關管的控制端接收所述第二延時電路輸出的第三控制信號； 所述限流電阻第一端與所述功率開關管的第一端連接，其第二端與所述功率開關管的第二端連接。
7.根據權利要求3所述的ー種衝擊電流消除電路，其特徵在於，還包括ー箝位電路，所述箝位電路的第一端與所述第一三端穩壓ニ極管的陰極連接，其第二端接地。
全文摘要
本發明公開了一種衝擊電流消除電路，應用於開關電源中，其通過兩級延時電路來控制功率開關管的緩啟動，以對啟動過程中的衝擊電流進行抑制，從而使LED電流維持在一個最小值，消除了衝擊電流對LED負載的影響，並且，本發明電路的最小導通壓降較現有技術大大減小，因此，其功率損耗更小，有效提高了電路的整體輸出效率。
文檔編號H05B37/00GK102711306SQ20121020034
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者徐鴻國, 韓雲龍 申請人:矽力傑半導體技術(杭州)有限公司