一种取能电源的启动电路及取能电源论文和设计-池浦田

全文摘要

本实用新型提供了一种取能电源的启动电路及取能电源，该启动电路包括：分压电路、钳位电路、开关电路、供电电容，分压电路第一输入端与储能电容的正向端连接，分压电路第二输入端与储能电容的负向端连接后接地，分压电路的输出端分别与钳位电路的一端及开关电路连接，分压电路从储能电容上获取启动电路的工作电压；钳位电路的一端与开关电路连接，另一端接地，钳位电路限制供电电容输出的电压值；供电电容的一端分别与开关电路及控制芯片连接另一端接地，供电电容为控制芯片提供启动电压。通过实施本实用新型，无需串联多个启动电路单元，精简了电路结构，避免了电路结构冗余，具有低启动电压、高耐受电压、可靠性高、成本低、体积小的优势。

主设计要求

1.一种取能电源的启动电路，其特征在于，包括：分压电路(1)、钳位电路(2)、开关电路(3)、供电电容(C1)，其中，所述分压电路(1)的第一输入端与储能电容(Cin)的正向端连接，所述分压电路(1)的第二输入端与所述储能电容(Cin)的负向端连接后接地，所述分压电路(1)的输出端分别与所述钳位电路(2)的一端及所述开关电路(3)连接，所述分压电路(1)从所述储能电容(Cin)上获取启动电路的工作电压；所述钳位电路(2)的一端与所述开关电路(3)连接，所述钳位电路(2)的另一端接地，所述钳位电路(2)限制所述供电电容(C1)输出的电压值；所述供电电容(C1)的一端分别与所述开关电路(3)及控制芯片(4)连接，所述供电电容(C1)的另一端接地，所述供电电容(C1)为所述控制芯片(4)提供启动电压。

设计方案

1.一种取能电源的启动电路，其特征在于，包括：分压电路(1)、钳位电路(2)、开关电路(3)、供电电容(C1)，其中，

所述分压电路(1)的第一输入端与储能电容(Cin)的正向端连接，所述分压电路(1)的第二输入端与所述储能电容(Cin)的负向端连接后接地，所述分压电路(1)的输出端分别与所述钳位电路(2)的一端及所述开关电路(3)连接，所述分压电路(1)从所述储能电容(Cin)上获取启动电路的工作电压；

所述钳位电路(2)的一端与所述开关电路(3)连接，所述钳位电路(2)的另一端接地，所述钳位电路(2)限制所述供电电容(C1)输出的电压值；

所述供电电容(C1)的一端分别与所述开关电路(3)及控制芯片(4)连接，所述供电电容(C1)的另一端接地，所述供电电容(C1)为所述控制芯片(4)提供启动电压。

2.根据权利要求1所述的取能电源的启动电路，其特征在于，所述分压电路(1)包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，其中，

所述第一电阻(R1)的一端与所述储能电容(Cin)的正向端连接，所述第一电阻(R1)的另一端分别与所述第二电阻(R2)的一端、所述钳位电路(2)的一端及所述开关电路(3)连接，所述第二电阻(R2)的另一端与所述储能电容(Cin)的负向端连接后接地。

3.根据权利要求1所述的取能电源的启动电路，其特征在于，还包括：

限流电路(5)，所述限流电路(5)的一端与所述分压电路(1)的输出端连接，所述限流电路(5)的另一端分别与所述钳位电路(2)的一端及所述开关电路(3)连接，所述限流电路(5)用于限制所述钳位电路(2)的电流。

4.根据权利要求3所述的取能电源的启动电路，其特征在于，所述限流电路(5)包括多个串联的限流电阻(R)。

5.根据权利要求1所述的取能电源的启动电路，其特征在于，所述钳位电路(2)包括至少一稳压管(ZD1)。

6.根据权利要求1所述的取能电源的启动电路，其特征在于，所述开关电路(3)包括：MOSFET开关管(Q1)、第三电阻(R3)及第四电阻(R4)，其中，

所述第三电阻(R3)的一端与所述分压电路(1)的输出端连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述MOSFET开关管(Q1)的漏极连接；

所述第四电阻(R4)的一端分别与所述钳位电路(2)及所述MOSFET开关管(Q1)的栅极连接，所述第四电阻(R4)的另一端分别与所述储能电容(Cin)的一端及所述MOSFET开关管(Q1)的源极连接。

7.一种取能电源，其特征在于，包括：控制芯片(4)及如权利要求1-5任一项所述的启动电路(102)，其中，

所述启动电路(102)的输入端与储能电容(Cin)连接，从所述储能电容(Cin)获取工作电压；

所述启动电路(102)的输出端与所述控制芯片(4)连接，为所述控制芯片(4)提供启动电压。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种取能电源的启动电路及取能电源。

背景技术

在柔性直流输电工程以及UPFC(统一潮流控制器)工程中的取能电源用于从储能电容上取能，为内部控制器、驱动器及保护装置等供电。取能电源具有低启动电压，宽范围输入工作电压的特点，需要在指定的开机电压条件下，为取能电源的控制芯片提供最低工作阈值电压之上的电压，进而确保开关电源能够成功启动，取能电源的自启动性能是关系到电源能否正常运行的关键，常规的取能电源启动电路实现方式有两种，一种是通过高压MOSFET实现电源的低启动电压供电和高电压关断之后的电压应力耐受，但是，高压MOSFET的价格昂贵，大大增加了生产成本；另一种方法是通过常规低压MOSFET(通常电压应用条件在1000V以下)的构成基本的启动电路单元，通过多级串联的方式，实现低压条件下的辅助供电和高压时的关断退出，但是，当要求启动电路具有较高的耐受电压时，需要串联多个启动电路单元，电路结构复杂。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种取能电源的启动电路及取能电源，以克服现有技术中的启动电路生产成本高、电路结构复杂的问题。

本实用新型实施例提供了一种取能电源的启动电路，包括：分压电路、钳位电路、开关电路、供电电容，其中，所述分压电路的第一输入端与储能电容的正向端连接，所述分压电路的第二输入端与所述储能电容的负向端连接后接地，所述分压电路的输出端分别与所述钳位电路的一端及所述开关电路连接，所述分压电路从所述储能电容上获取启动电路的工作电压；所述钳位电路的一端与所述开关电路连接，所述钳位电路的另一端接地，所述钳位电路限制所述供电电容输出的电压值；所述供电电容的一端分别与所述开关电路及控制芯片连接，所述供电电容的另一端接地，所述供电电容为所述控制芯片提供启动电压。

可选地，所述分压电路包括：第一电阻、第二电阻，其中，所述第一电阻的一端与所述储能电容的正向端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述钳位电路的一端及所述开关电路连接，所述第二电阻的另一端与所述储能电容的负向端连接后接地。

可选地，所述启动电路还包括：限流电路，所述限流电路的一端与所述分压电路的输出端连接，所述限流电路的另一端分别与所述钳位电路的一端及所述开关电路连接，所述限流电路用于限制所述钳位电路的电流。

可选地，所述限流电路包括多个串联的限流电阻。

可选地，所述钳位电路包括至少一稳压管。

可选地，所述开关电路包括：MOSFET开关管、第三电阻及第四电阻，其中，所述第三电阻的一端与所述分压电路的输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述MOSFET开关管的漏极连接；所述第四电阻的一端分别与所述钳位电路及所述MOSFET开关管的栅极连接，所述第四电阻的另一端分别与所述储能电容的一端及所述MOSFET开关管的源极连接。

本实用新型实施例还提供了一种取能电源，包括：控制芯片及本实用新型另一实施例提供的启动电路，其中，所述启动电路的输入端与储能电容连接，从所述储能电容获取工作电压；所述启动电路的输出端与所述控制芯片连接，为所述控制芯片提供启动电压。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型实施例提供的取能电源的启动电路，包括：分压电路、钳位电路、开关电路、供电电容，通过分压电路从储能电容上获取启动电路的工作电压，从而通过调节分压电路即可调节启动电路的工作电压，无需串联多个启动电路单元，大大精简了电路结构，避免了电路结构的冗余，实现了启动电路的低压启动，具有较高的耐受电压，进而使得开关电路利用普通低于MOSFET开关管即可满足电路耐压要求，使得该启动电路具有可靠性高、成本低、体积小的优势。

本实用新型实施例提供的取能电源，包括：控制芯片及启动电路，启动电路从储能电路上获取工作电压进而为控制芯片提供启动电压，通过启动电路的分压电路从储能电容上获取启动电路的工作电压，从而通过调节分压电路即可调节启动电路的工作电压，无需串联多个启动电路单元，大大精简了电路结构，避免了电路结构的冗余，实现了启动电路的低压启动，具有较高的耐受电压，进而使得该启动电路的开关电路利用普通低于 MOSFET开关管即可满足电路耐压要求，使得该取能电源具有可靠性高、成本低、体积小的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中取能电源的启动电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中取能电源的启动电路的另一结构示意图；

图3为本实用新型实施例中取能电源的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实用新型实施例提供了一种取能电源的启动电路，如图1所示，该取能电源的启动电路包括：分压电路1、钳位电路2、开关电路3、供电电容C1，其中，分压电路1的第一输入端与储能电容Cin的正向端连接，分压电路1的第二输入端与储能电容Cin的负向端连接后接地，分压电路1 的输出端分别与钳位电路2的一端及开关电路3连接，分压电路1从储能电容Cin上获取启动电路的工作电压；钳位电路2的一端与开关电路3连接，钳位电路2的另一端接地，钳位电路2限制供电电容C1输出的电压值；供电电容C1的一端分别与开关电路3及控制芯片4连接，供电电容C1的另一端接地，供电电容C1为控制芯片4提供启动电压。

通过上述各个组成部分的协同合作，本实用新型实施例提供的取能电源的启动电路，通过分压电路从储能电容上获取启动电路的工作电压，从而通过调节分压电路即可调节启动电路的工作电压，无需串联多个启动电路单元，大大精简了电路结构，避免了电路结构的冗余，实现了启动电路的低压启动，具有较高的耐受电压，进而使得开关电路利用普通低于MOSFET 开关管即可满足电路耐压要求，使得该启动电路具有可靠性高、成本低、体积小的优势。

以下将结合具体示例对本实用新型实施例的取能电源的启动电路进行详细的说明。

在一较佳实施例中，如图2所示，上述的分压电路1包括：第一电阻R1、第二电阻R2，其中，第一电阻R1的一端与储能电容Cin的正向端连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、钳位电路2的一端及开关电路3连接，第二电阻R2的另一端与储能电容Cin的负向端连接后接地。在实际应用中，在储能电容Cin的两端并联有均压电阻，可以直接将储能电容Cin上的均压电阻用上述的第一电阻R1及第二电阻R2替代，该第一电阻R1与第二电阻R2的阻值之和与原均压电阻的阻值相同，以实现对储能电容Cin的稳压作用，同时可以根据实际启动电路的耐高压水平要求，调节第一电阻R1与第二电阻R2的比值，在配合电源启动电路的设计前提下，为了降低启动电路设计难度，第一电阻R1与第二电阻R2的阻值之比通常在5-10之间。阻值一般在几kΩ到几十kΩ之间，使得从上述储能电容Cin上获取的电压值在开关电路3的耐压范围内，该启动电路，在配合第一电阻R1和第二电阻R2变比的条件下，可以保证在高压输入0-10000V 的情况下，仍然满足低压启动和高压耐受的工作特性，进而避免了串联多级启动电路单元，精简了电路组成，减少了电路结构的冗余。需要说明的是，在实际应用中，也可以采用其他的分压电路1，只要该分压电路1可以实现从储能电容Cin上获取的电压值在该启动电路的耐受电压范围即可，本实用新型并不以此为限。

在一较佳实施例中，如图2所示，上述的启动电路还包括：限流电路5，限流电路5的一端与分压电路1的输出端连接，限流电路5的另一端分别与钳位电路2的一端及开关电路3连接，限流电路5用于限制钳位电路2 的电流。

在实际应用中，如图2所示，上述的钳位电路2包括稳压管ZD1，具体地，可以通过上述的限流电路5将该稳压管ZD1的反向电流限制在微安级别，以确保该稳压管ZD1既能够提供可靠的稳压值，并进一步降低整个启动电路的功耗。具体地，该限流电路5由多个串联的限流电阻R组成，需要说明的是，在本实用新型实施例中，上述的钳位电路2是以一个稳压管ZD1为例进行的说明，上述的限流电路5是以两个串联的限流电阻R为例进行的说明，在实际应用中，可以根据实际需要将钳位电路2中的稳压管ZD1 可以设置为两个或更多个，上述限流电阻R的个数可以根据钳位电路2的需要设置三个或三个以上的限流电阻R，本实用新型并不以此为限。此外，还可以通过改变多个串联限流电阻R的阻值来调节取能电源的启动时间，在实际应用中，该启动电路可以将整个取能电源的启动时间限制在1s以内，进而大大提高了取能电源的启动效率。

在一较佳实施中，如图2所示，上述的开关电路3包括：MOSFET开关管Q1、第三电阻R3及第四电阻R4，其中，第三电阻R3的一端与分压电路 1的输出端连接，第三电阻R3的另一端与MOSFET开关管Q1的漏极连接；第四电阻R4的一端分别与钳位电路2及MOSFET开关管Q1的栅极连接，第四电阻R4的另一端分别与储能电容Cin的一端及MOSFET开关管Q1的源极连接。

具体地，上述的第三电阻R3与上述均压电路中的第一电阻R1配合实现上述在MOSFET开关管Q1开通状态时，对上述供电电容C1充电的限流作用，上述的稳压管ZD1还用于限制MOSFET开关管Q1栅源极瞬时电压极值，确保供电电容C1的输出电压幅值在控制芯片4的启动电压阈值之上。

在实际应用中，上述的MOSFET开关管Q1选用常规的耐压等级器件即可，进而降低了整个电路的成本，该MOSFET开关管Q1在启动电路工作阶段处于放大区工作状态，即启动电路工作过程中，MOSFET开关管Q1的门极电压处于开通阈值之上，但没有达到完全开通的状态，MOSFET的导通阻抗较大，其自身高阻也很好的起到了限流的作用。上述的第四电阻R4的作用是为了避免MOSFET开关管Q1的栅极和源极两端出现静电累计导致MOSFET 开关管Q1出现误导通现象。

具体地，在一实施例中，上述的供电电容C1为控制芯片4从启动电路供电到取能电源供电提供支撑时间的保障，确保控制芯片4在上述两种状态下的切换过程不会发生打嗝现象，导致电源的启动失败。控制芯片4收到供电电容C1两端供电电压之后，开始启动工作，控制芯片4辅助供电开始起作用，且高于启动电路提供的电压，因此，导致MOSFET开关管Q1的栅源极之间出现近似于零的负压，使得MOSFET开关管Q1关断，启动电路退出工作，取能电源的整个启动过程完成。

下面将对如图2所示的启动电路的工作原理进行说明：

首先，启动电路通过第一电阻R1和第二电阻R2构成分压电路1，从输入支撑电容(储能电容Cin)上获得Uin×R1\/(R1+R2)的电压值，其中， Uin为输入电压，当上述输入电压低于取能电源启动电压时，钳位电路2中的稳压管ZD1钳制电压，取能电源不启动。

然后，当启动电路的输入电压上升值启动电压时，上述的稳压管ZD1 反向击穿，开关电路3中的MOSFET开关管Q1导通，供电电容C1充电至取能电源的启动电压，取能电源启动。

最后，当取能电源启动工作后，控制芯片4辅助供电开始起作用，且高于启动电路提供的电压，因此，导致MOSFET开关管Q1的栅源极之间出现近似于零的负压，MOSFET开关管Q1关断，启动电路退出工作，取能电源的整个启动过程完成，随着启动电路的输入电压的升高，分压电路1分担输入压降，以保障开关电路中的MOSFET开关管Q1始终工作在耐压范围内。

通过上述各个组成部分的协同合作，本实用新型实施例的取能电源的启动电路，通过分压电路从储能电容上获取启动电路的工作电压，从而通过调节分压电路即可调节启动电路的工作电压，无需串联多个启动电路单元，大大精简了电路结构，避免了电路结构的冗余，实现了启动电路的低压启动，具有较高的耐受电压，进而使得开关电路利用普通低于MOSFET开关管即可满足电路耐压要求，使得该启动电路具有可靠性高、成本低、体积小的优势。

实施例2

本实用新型实施例提供了一种取能电源，如图3所示，该取能电源包括：控制芯片4及实施例1中的启动电路102，其中，启动电路102的输入端与储能电容Cin连接，从储能电容Cin获取工作电压；启动电路102的输出端与控制芯片4连接，为控制芯片4提供启动电压。启动电路102的详细内容参见实施例1中的相关描述，在此不再进行赘述。

通过上述各个组成部分的协同合作，本实用新型实施例的取能电源，通过启动电路的分压电路从储能电容上获取启动电路的工作电压，从而通过调节分压电路即可调节启动电路的工作电压，无需串联多个启动电路单元，大大精简了电路结构，避免了电路结构的冗余，实现了启动电路的低压启动，具有较高的耐受电压，进而使得该启动电路的开关电路利用普通低于MOSFET开关管即可满足电路耐压要求，使得该取能电源具有可靠性高、成本低、体积小的优势。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

设计图

一种取能电源的启动电路及取能电源论文和设计

一种取能电源的启动电路及取能电源论文和设计-池浦田

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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