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CN101686007A - 用于功率因子校正控制器集成电路的启动电路 - Google Patents

用于功率因子校正控制器集成电路的启动电路 Download PDF

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CN101686007A CN200810161481A CN200810161481A CN101686007A CN 101686007 A CN101686007 A CN 101686007A CN 200810161481 A CN200810161481 A CN 200810161481A CN 200810161481 A CN200810161481 A CN 200810161481A CN 101686007 A CN101686007 A CN 101686007A
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Abstract

本发明提供了一种用于功率因子校正控制芯片的启动电路，所述启动电路包括整流电路和电荷泵电路，所述整流电路的输出通过启动电阻连接到所述芯片的供电管脚，所述电荷泵电路的输出端与所述芯片的供电管脚相连。所述启动电路包括第一电流路径和第二电流路径；其中所述第一电路路径的输入端与启动电阻相连，而其输出端与所述芯片的供电管脚相连；所述第二电流路径的输入端与启动电阻相连，而其输出端与地电势相连；其中：在接通电源时，所述第一电流路径导通，而所述第二电流路径关断；在功率因子校正控制芯片正常工作时，所述第一电流路径关断，而所述第二电流路径导通。

Description

用于功率因子校正控制器集成电路的启动电路
技术领域
本发明涉及一种启动电路，尤其是一种应用于功率因子校正(PFC)控制器集成电路(IC)的启动电路。
背景技术
通常，PFC控制器IC从与升压电感的辅助绕组相连的电荷泵电路中获取供给电流。然而，在IC上电之前，没有高频电流流经升压电感。为了启动IC，通常的解决方案是在直流(DC)轨和IC的供电管脚之间连接启动电阻。由于IC中的大多数模块在启动阶段尚未开始工作，所以通常所需的用于激活IC的电流小于1毫安。根据整流后的DC轨电压，启动电阻的阻值通常大约为数百千欧。
图1示出了现有技术中的启动电路。该启动电路包括由二极管D1、D2、D3和D4构成的整流电路以及由电容器C2、电阻R5以及二极管D7构成的电荷泵电路。U1是PFC控制器IC，Vcc管脚是该IC的供电管脚，电容器C5连接在该Vcc管脚和地电势之间。GD(Gate Drive)管脚是该IC的门极驱动管脚。U1通过GD管脚经电阻R4控制金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q3接通和关断，使得平均输入电流的波形是与电源电压波形(正弦波)成比例的波形。与PFC升压电感的辅助绕组相连的电容器C2、电阻R5、二极管D7构成的电荷泵电路是U1的主要功率供给。R1是启动电阻，其一端与整流电路的输出端相连，另一端与IC的Vcc管脚相连。在接通电源时，电流流经启动电阻R1将电容器C5充电至U1的额定的开启阈值，U1通过GD管脚控制MOSFET Q3接通。随后，主要的PFC电路开始介入，电荷泵电路为IC提供正常的运行功率。
上述电路的缺点在于，在电荷泵电路开始工作之后，启动电阻R1消耗较大的功率。虽然可以增大电阻值来降低该功率损耗，但是由于增大的电阻同时减小了启动时流经该启动电阻的电流，从而牺牲了系统的启动时间。
发明内容
本发明的目的是，提供一种成本低廉的电路。借助该电路，能够增大启动电流，使得能够在接通功率供给之后具有较大的启动电流，从而能够实现较短的启动时间。或者，借助根据本发明的电路，能够在PFC升压电感开始为PFC控制器IC供电之后，大大减小流经启动电阻的电流，从而能够实现较低的功率损耗。
根据本发明，提供了一种用于功率因子校正控制芯片的启动电路，包括第一电流路径和第二电流路径；其中所述第一电路路径的输入端与启动电阻相连，而其输出端与所述芯片的供电管脚相连；所述第二电流路径的输入端与启动电阻相连，而其输出端与地电势相连；其中：所述第一电流路径响应于功率因子校正控制芯片停止工作而导通，而响应于功率因子校正控制芯片正常工作而关断；所述第二电流路径响应于功率因子校正控制芯片停止工作而关断，而响应于功率因子校正控制芯片正常工作而导通。
借助根据本发明的电路，可以选择较小的启动电阻，并且可以极大地减小U1的启动时间。在另一方面，可以实现在正常运行中更好的系统效率，因为现在通过该附加电路而消除了在启动电阻上的功率损耗。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：
图1示出了现有技术中的用于功率因子校正控制芯片的启动电路；
图2示出了根据本发明的第一实施例的用于功率因子校正控制芯片的启动电路；
图3示出了根据本发明的第二实施例的用于功率因子校正控制芯片的启动电路；
图4示出了根据本发明的第三实施例的用于功率因子校正控制芯片的启动电路。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
根据本发明的实施例提供了一种启动电路，尤其是一种应用于功率因子校正控制器集成电路的启动电路。特别地，本发明的实施例所提供的电路旨在应用于即时启动和程序启动的电子镇流器中。
图2示出了根据本发明的第一实施例的原理性电路图。相对于现有技术的电路，增加了虚线框中的附加电路。该附加电路包括两个电流路径：第一电流路径和第二电流路径，其中第一电流路径包括第一开关Q1，第二电流路径包括串联的第二电阻R2和第二开关Q2。第一电流路径的输入端与启动电阻R1相连，而输出端与芯片U1的供电管脚Vcc相连，第二电流路径的输入端与启动电阻R1相连，而输出端与地电势相连。其中启动电阻R1和第二电阻R2的阻值可以选择为使得第二电阻R2具有明显大于启动电阻R1的阻值，优选的是，R2的阻值为R1的阻值的10倍至20倍，例如R2的阻值选择为1MΩ，所以启动电阻R1的阻值可以选择得相应较小，例如R1的阻值选择为82KΩ。当开始启动系统时，第一开关Q1闭合而第二开关Q2关断，使得启动电流通过Q1对电容器C5进行充电。由于相对于现有技术，启动电阻R1的阻值可以选择得较小，所以可以更快地将电容器C5充电至U1的额定的开启阈值。在U1启动之后，其通过GD管脚控制MOSFET Q3接通。随后，主要的PFC电路开始介入，电荷泵电路为IC提供正常的运行功率。此时，利用芯片的输出信号将第一开关Q1关断而将第二开关Q2闭合。由于第二电阻R2的阻值较大，所以最大限度地降低了启动电流。上述利用芯片的输出信号来控制第一开关和第二开关的具体电路将在下文中进一步详细说明。
图3示出了根据本发明的第二实施例的原理性电路图。该电路图在图2所示的电路图基础上进行了进一步改进。其中在第一电流路径的输出端和地电势之间还连接有第一电容器C4，并且第一电流路径的输出端依次通过反向连接的第二二极管D6以及第三电阻R6与电荷泵电路的输出端相连。在此，第一电容器C4的电容值选择为大大小于电容器C5的电容值，优选的是，电容器C5的电容值为电容器C4的电容值的200倍至300倍。例如，选择C5为22μF，而C4选择为100nF。由于在该附加电路中包括二极管D6，所以防止了启动电流通过电阻R6流入电容器C5中。由于电容器C4的电容值比通常使用的电容器C5的电容值小得多，所以使得能够实现更短的启动时间。
图4示出了根据本发明的第三实施例的具体电路图。在附加电路中，包括高压晶体管Q1。该高压晶体管Q1在断开状态中能够承受直流轨电压。R3和C3基本上形成低通滤波器，该低通滤波器的输入是MOSFETQ3的驱动信号，并且输出至晶体管Q2的基极。二极管D5用于防止在Q1断开而Q2导通的情况下Q1的基极-发射极PN结被击穿。在该附加电路中同样还包括二极管D6，用于防止启动电流通过电阻R6流入电容器C5中，使得能够实现更短的启动时间。电阻R2用作上拉电阻，并且其电阻值大大高于R1的电阻值。
当开始启动系统时，晶体管Q2的初始状态是关断，因为电容器C3尚未充电。由于上拉电阻R2，所以晶体管Q1接通。于是，启动电流流经电阻R1、晶体管Q1和二极管D5对电容器C4进行充电。一旦电容器C4上的电压达到IC使能阈值时，IC开始将栅极信号输送给MOSFETQ3。现在PFC升压转换器开始工作，IC经由连接到电荷泵电路的二极管D6和电阻R6获取能量。由于滤波后的MOSFET栅极信号，在电容器C3上累积正的DC偏置信号。最后，晶体管Q2被接通，而晶体管Q1由于其基极电压被通过晶体管Q2下拉而关断。通过这种方式，由于电路中的大阻值的电阻R2，所以最大限度地降低了启动电流。
需要说明的是，虽然在根据图4的实施例中利用IC的GD管脚的信号来控制晶体管Q2所在的第二电流路径导通从而引起晶体管Q1所在的第一电流路径关断，根据本发明所提出的思想，本领域技术人员容易想到也可以利用IC的信号来控制使得第一电流路径关断从而引起第二电流路径导通。
在大多数应用中，启动时间是至关重要的。针对程序启动镇流器的应用，在点燃之前总是加热灯丝。为了使得灯的寿命最大化，在点燃之前总是要将一定量的能量输送给各灯丝。如果所允许的预热时间较长，则对于输送相同量的能量，可以使用较小的预热功率。另一方面，通常在灯点燃之后的稳定状态中，由于灯丝预热电路从而在程序启动镇流器中总是有一定量的灯丝损耗。虽然非常希望在预热阶段中充分地预热灯丝而在稳定状态中减小灯丝损耗，但是几乎不可能完全消除灯丝损耗。
针对大多数灯丝预热电路，在稳定状态中在灯丝上会有一些损耗。通常，在预热阶段中，灯丝预热电路产生越大的功率来加热灯丝，则在稳定阶段中在灯丝上产生越大的损耗。
然而，如果有较多的时间可用于加热灯丝，则需要较少的功率来满足相同的能量要求，而在稳定状态中在灯丝上会产生较少的损耗。预热时间不能无限长，因为要求程序启动镇流器从交流功率接通时起在1～1.5秒之内点燃灯。在如图1所示的普通启动电路的情况下，PFC芯片需要大约0.5秒来启动和稳定DC轨，因此预热电路只能在其后进行有效工作。
例如在程序启动的镇流器中，希望灯能够在接通交流功率之后1～1.5秒之内点亮，这就限制了灯丝预加热所能够使用的时间。如果PFC芯片需要额外的0.5秒来开始工作，则这进一步限制了预加热的时间。另一方面，如果PFC芯片能够在小于100毫秒的情况下启动，则可以有更多的时间来预热灯丝，同时仍然满足在1.5秒内点亮灯的限制。
借助根据本发明的电路，可以选择较小的启动电阻，并且可以极大地减小U1的启动时间。同时，可以实现在正常运行中更好的系统效率，因为现在通过该附加电路而消除了在启动电阻上的功率损耗。特别地，借助图2中所示的根据本发明的电路，PFC芯片例如可以在80毫秒内启动，因此预热电路可以有额外的0.4秒来预热灯丝。由此可以减小预热功率，并且可以减小在稳定状态中的灯丝损耗。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上虽然结合附图详细描述了本发明的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本发明，而并不构成对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本发明的实质和范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims (7)

1.一种用于功率因子校正控制芯片的启动电路，包括第一电流路径和第二电流路径；
其中所述第一电路路径的输入端与启动电阻(R1)相连，而其输出端与所述芯片的供电管脚(Vcc)相连；
所述第二电流路径的输入端与启动电阻(R1)相连，而其输出端与地电势相连；
其中：
所述第一电流路径响应于功率因子校正控制芯片停止工作而导通，而响应于功率因子校正控制芯片正常工作而关断；
所述第二电流路径响应于功率因子校正控制芯片停止工作而关断，而响应于功率因子校正控制芯片正常工作而导通。
2.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于，
所述第一电流路径包括第一开关(Q1)；
所述第二电流路径包括依次串联的第二电阻(R2)和第二开关(Q2)。
3.根据权利要求1或2所述的启动电路，其特征在于，
在第一电流路径的输出端和地电势之间还连接有第一电容器(C4)，并且第一电流路径的输出端依次通过反向连接的第二二极管(D6)以及第三电阻(R6)与电荷泵电路的输出端相连，其中所述电荷泵电路的输出端通过第二电容器(C5)与地电势相连。
4.根据权利要求1或2所述的启动电路，其特征在于，
所述第一开关(Q1)是第一晶体管(Q1)，所述第二开关(Q2)是第二晶体管(Q2)；
第一晶体管(Q1)的集电极与启动电阻(R1)相连，基极与位于第二电阻(R2)和第二晶体管(Q2)的集电极之间的第一节点相连；发射极与所述芯片的供电管脚(Vcc)相连；
第二晶体管(Q2)的集电极与第二电阻(R2)相连，基极通过第三电阻(R3)与所述芯片的门极驱动管脚(GD)相连，发射极与地电势相连，并且第三电容器(C3)连接在地电势与位于第三电阻(R3)和所述第二晶体管(Q2)的基极之间的第二节点之间。
5.根据权利要求4所述的启动电路，其特征在于，在第一晶体管(Q1)的发射极与所述芯片的供电管脚(Vcc)之间还连接有第一二极管(D5)，使得电流仅能从第一晶体管(Q1)向供电管脚(Vcc)流动。
6.根据权利要求4所述的启动电路，其特征在于，第二电容器(C5)的电容值为第一电容器(C4)的电容值的200～300倍。
7.根据权利要求1或2所述的启动电路，其特征在于，第二电阻(R2)的电阻值为启动电阻(R1)的电阻值的10～20倍。
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