TWI343181B - Soft-start apparatus for power supply - Google Patents

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1343181 099年06月23日修正替換頁 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種電源裝置，特別涉及一種電源軟啟動裝 置。 【先前技術】 [0002] 開關電源以其體積小、性能好和使用方便的特點，在通 訊、網路、工業控制和消費性電子產品等領域得到廣泛 應用。開關電源在電路中用於為電路的工作提供電能， 是電路工作最基礎的要求。

[0003] 開關電源的輸入電路通常採用電橋.整流加電容濾波的形 式。在輸入電路合閘瞬間’ 的初始電 壓為零，輸入濾波t容迅瞬時衝擊 ^eBSSBSMRSBBBBBK! 電流，也稱為浪湧電流，該衝擊電流遠:次.於穩態輸入電 流。如圖1所示，大功率開關電源輸入秦'角較大容量的滅 波電容，其衝擊電流可達140A '在開，關電源接通的瞬間 ，如此大的衝擊電流往往會導致後ϋ路的損壞，如濾 波電容，造成開關電源無法正常工作。因此，開關電源 中需設置防止衝擊電流的軟啟動電路，以保證開關電源 的正常可靠的運行。 [0004] 如圖2所示，其為傳統的採用熱敏電阻的軟啟動電路。熱 敏電阻R1的一端與整流器D1的正輸出端相連，熱敏電阻 R1的另一端與電解電容C1的正極相連，電解電容C1的負 極與整流器D1的負輸出端相連。交流電藉由整流器D1整 流為直流電後，藉由熱敏電阻R1給電解電容C1充電。熱 敏電阻R1具有負溫度係數特性，其電阻值隨著溫度的升 095148494 表單編號Α0101 第4頁/共18頁 0993220748-0 1343181 099年06月23日後正替換頁 高而迅速減小，因此在電源接通的瞬間，熱敏電阻R1的 阻值較大，起到限制衝擊電流的作用。隨著流過熱敏電 阻R1電流量逐漸增加，熱敏電阻R1溫度升高，其阻值則 變小，電路趨於正常工作狀態。然而採用熱敏電阻R1防 止衝擊電流一般適用於小功率開關電源。由於熱敏電阻 R1的熱慣性，重新恢復高阻值狀態需要一定時間。所以 ，當電源斷電後又需要很快接通的情況，便起不到限制 衝擊電流的作用。此外，實際工作中，熱敏電阻R1容易 被燒壞，整個電路無法工作。 【發明内容】 [0005] 有鑒於此，有必要提供一種穩定的電源軟啟動裝置。 [0006] 一種電源軟啟動裝置包括電源輸入端、分壓調節電路、 第一延時電路、第一開關電路、第二延時電路、第二開 關電路和電源輸出端，該分壓調節電路用於將來自該電 源輸入端的輸入電流導向該第一延時電路，並為該第一 開關電路提供第一開啟電壓；該第一延時電路用於接收 該輸入電流進行延時動作：該第一開關電路用於在該第 一延時電路延時動作完成後，接收該第一開啟電壓並打 開，同時將該輸入電流導向該第二延時電路並為該第二 開關電路提供第二開啟電壓；該第二延時電路用於接收 該輸入電流進行延時動作：該第二開關電路用於在該第 二延時電路延時動作完成後，接收該第二開啟電壓並打 開，同時將該輸入電流導向該電源輸出端以輸出。 [0007] 如上所述，電流流經電源軟啟動裝置時，需要經過二次 延時才能輸出，若輸入電流的瞬間存在衝擊電流，該衝 095148494 表單編號A0101 第5頁/共18頁 0993220748-0 1343181 099年06月23日 擊電流會在該二次延時中消耗，而不會直接從電源輸出 端輸出，以保障後續電路的正常工作。斷電後第—開關 電路和第二開關電路因為沒有開啟電壓的輸人而關閉， 為下一次通電做好準備。 【實施方式】 [0008] 如圖3所示，一較佳實施例的電源軟啟動裝置1〇包括電源 輸入端100、分壓調節電路11()、第一延時電路13〇、第 一開關電路150、第二延時電路丨7〇、第二開關電路19〇 和電源輸出端2 0 0。 [0009] 電源輸入端100分別與分壓調節電路i〗θ、第一開關電路 150和第二開關電路19〇相^^^|4馳公厭 調節電路110相連。 第-壓調節電 路110、第二延時電路i70和第二開關^^90相連。電 源輸出端2 0 0與第二開關電路1 9 〇相連V %源軟啟動裝置 10初始狀態時，第一開關電和|二闢關電路19〇均 處於關閉狀態，也即斷開狀態，電硃不能直接從電源輸 入端100流向電源輸出端2〇〇。 [0010] 分壓調節電路11 〇用於將來自電源輸入端丨〇〇的輸入電流 導向第一延時電路130 ’並為第一開關電路15〇提供第一 開啟電壓。第一延時電路丨3〇用於接收所述輸入電流進行 延時動作。第一開關電路15〇用於在第一延時電路丨3〇延 時動作完成後’接收所述第一開啟電壓並打開（導通） ，同時將輸入電流導向第二延時電路1 7 〇並為第二開關電 路190提供第二開啟電壓。第二延時電路17〇用於接收所 述輸入電流進行延時動作◊第二開關電路19〇用於在第二 095148494 表單編號A0101 第6頁/共18頁 0993220748 1343181 099年06月23日修正替换頁 延時電路170延時動作完成後，接收所述第二開啟電壓並 打開，同時將所述輸入電流導向電源輸出端2〇〇以輸出。 輸入電流斷電後，第一開關電路1 5 〇和第二開關電路1 9 〇 由於沒有開啟電壓的提供而關閉，為下一次的通電做好 準備。 [0011] 請參閱圖4 ’其為電源軟啟動裝置10的具體電路圖。分壓 調節電路110包括電性串聯的分壓電阻R10和可變電阻 W10，其中分壓電阻R10的一端與電源輸入端1〇〇相連， 另一端與可變電阻W10 —固定端相連；可變電阻w 10的另 一固定端與第一延時電路130相連，可變電阻w 1〇的活動 端與第一開關電路150相連》 [0012] 第一延時電路130包括相互並聯的第一濾波電eC1〇、穩 壓二極體D10和第一電解電容C11 ^其中第—濾波電容 C10的一端、穩壓二極體D1〇的負極以及第一電解電容 C11的正極共同連接，並同時與可變電阻wl〇的一端相連 ;第一濾波電容C10的另一端、穩壓二極體D1()的正極以 及第一電解電容C11的負極共同接地。

[0〇13]第一開關電路1 50包括輸入電阻r丨1、上拉電阻ri 2和NPN 型電晶體T10。其中輸入電阻βΐι的一端與可變電阻们〇 的活動端相連，輸入電阻R11的另一端與電晶體T10的基 極相連；上拉電阻R12的一端與電源輸入端100相連，上 拉電阻R12的另一端與電晶體T10的集電極相連；電晶體 τιο的發射極分別與第二延時電路17〇和第二開關電路 1 9 0相連。 095148494 表單編號Α0101 第7頁/共18頁 0993220748-0 1343181 [0014] 099年06月23日 第二延時電路170包括相互並聯的第二濾波電容C12 '下 拉電阻R13和第二電解電容C13。其中第二濾波電容C12 的一端、下拉電阻R13的一端以及第二電解電容c 13的正 極共同相連’並同時與電晶體Tio的發射極相連；第二濾 波電容C12的另一端、下拉電阻R13的另一端以及第二電 解電容C13的負極共同接地。 [0015]

第二開關電路190為一MOS電晶體Q10。MOS電晶體Q10的 漏極與電源輸入端100相連’ MOS電晶體Q10的柵極與電 晶體T10的發射極相連，m〇S電晶體Q1G的源極與電源輸 出端200相連，為防止電流從JJOS電晶體Ql〇的漏極直接 流入襯底（帶箭頭的引腳）丨 的襯底與源極相連，也可以丨

電晶體Q10 I電位上。 [0016] 電流從電源輸入端1 00輸入後的短時間肉，由於電晶體 T10和MOS電晶體Q10都處於裁止狀態，電流只能透過分 壓電阻R10和可變電阻W10對鼻―雾释電容C11充電。充 • ： · .-

電初始階段，由於分壓電Q以及部分可變電阻W丨〇的 分壓’使A點的電壓不足以棱電晶體τΐο導通。隨著第一 電解電容C11的充電，第一電解電容cil兩端的電壓逐漸 升高’ A點的電壓也逐漸升高。當a點的電壓升高到電晶 體T10的導通電壓時，電晶體T10導通。 [0017] 穩壓二極體D10用於保護第一電解電容cil，防止第一電 解電谷C11兩端電壓過局導致擊穿損壞。當第一電解電容 C11兩端的電壓達到穩壓二極體Dl〇的反向擊穿電壓時， 穩壓二極體D10反嚮導通，以避免第一電解電容(^1兩端 電壓的進一步增高。第一濾波電容C10用於濾除電流中的 095148494 表單編號A0101 第8頁/共18頁 〇993220748-0 1343181 ,___ 099年06月23日按正替換頁 雜波。 [0018] 電晶體T10導通後，從電源輸入端1〇〇輸入的電流經由上 拉電阻R12對第二電解電容C13充電。電晶體T10導通後 ，B點的電壓隨著第二電解電容C13的充電逐漸增加。當B 點的電壓增加到MOS電晶體Q1 〇的開啟電壓時，m〇S電晶 體Q10開始導通’從電源輸入端1〇〇輸入的電流經由M0S 電晶體Q10流向電源輸出端200。基於MOS電晶體Q10的開 關特性，在MOS電晶體Q10的導通期間，MOS電晶體Q10栅 φ 極的電壓大小控制著流過漏極和源極的電流大小。MOS電 晶體Q10開始導通後’隨著第二電解電容C13的繼續充電 ’ B點的電壓繼續增大，使得流過漏極和源極的電流也逐 漸增大。 [0019] 第二濾波電容C12用於濾除電流中的雜波。下拉電阻ri 3 用於在斷電後第一電解電容C11和第二電解電容C13的放 電’為下一次的電源輸出做好準備◊電路斷電後，第一 電解電容C11透過可變電阻W10、輸入電阻R11和下拉電 • 阻13與地連接’進行放電；第二電解電容c 13與下拉電阻 13形成回路，並進行放電。 [0020] 請參閱圖5，其為電源軟啟動裝置1〇的輸入電流3〇〇和輸 出電流301的曲線示意圖，從圖中可以看出，輸入電流 300的開始階段有一個衝擊電流，輸出電流3〇ι比輸入電 流300出現的要晚，且輸入電流3〇1為逐漸增加，最終達 到平穩狀態。請同時參閱圖6，其為電源軟啟動裝置1 〇的 輸入電壓500和輸出電壓501的曲線示意圖，由於輸出電 流300的開始階段存在一個衝擊電流，使得輸入電壓 095148494 表單編號A0101 第9頁/共18頁 0993220748-0 1343181 [0021] 099年06月23日提E替换頁 開始較高，當衝擊電流過去後，輸出電流3〇〇再逐漸降低 到平穩狀態。輸出電壓501則與輸出電流3〇〇相對應，逐 漸升高到平穩狀態。 上述電源軟啟動裝置10，藉由第一電解電容C11和第二電 解電容C1 3的二階充電延時，並同時配合使用二個開關元 件.電晶體T10和MOS電晶體Q10，使得輸入電流中的衝 擊電流不會直接從電源輸出端200輸出，而在兩個延時階 段消耗，從而避免了衝擊電流對後續電路的損害。另外 ’由於MOS電晶體Q10的開關特性，通過其電流的大小隨 著第二電解電容C13充電的增加而增加，因此電源輸出端 200的㈣f流是逐漸增大電路的穩定 工作》電源軟啟動裝置10屬阻W10的調 節’控制第一電解電容C11的延時時間:轉控制電源輸出 端200的輸出。其中，本實施例的電晶^>1〇和M0S電晶 體Q1 0僅為壓控開關元件的严例丨;開叼特气係藉由其一端 的電壓來控制其另外兩端岣、導11¾¾‘止‘，:且三極管包括 NPN型和PNP型，MOS電晶體包:括:N^道型和p溝道型，其 均能實現開關功能，只是對輸入電壓的要求不同。因此 ’本實施例中的電晶體T10和MOS電晶體Ql〇可由其中的 任意一種代替，並對應調整相關電路。 【圖式簡單說明】 圖1為衝擊電流示意圖。 圖2為常用電源軟啟動電路原理圖。 圖3為一較佳實施例的電源軟啟動裝置原理框圖。

[0022] [0023] [0024] 095148494 表單編號A0101 第10頁/共18頁 0的322〇748-〇 1343181 099年06月23日梭正替换頁 [0025] 圖4為圖3所示的電源軟啟動裝置原理圖。 [0026] 圖5圖3所示的電源軟啟動裝置之電流曲線示意圖。 [0027] 圖6圖3所示的電源軟啟動裝置之電壓曲線示意圖。 【主要元件符號說明】

[0028] 電源軟啟動裝置 ：10 [0029] 分壓電阻：R10 [0030] 電源輸入端：100 [0031] 可變電阻：W1 0 [0032] 分壓調節電路： 110 [0033] 第一濾波電容： C10 [0034] 第一延時電路： 130 [0035] 穩壓二極體：D10 [0036] 第一開關電路： 150 [0037] 第一電解電容： C11 [0038] 第二延時電路： 170 [0039] 輸入電阻：R11 [0040] 第二開關電路： 190 [0041] 上拉電阻：R12 [0042] 電源輸出端：200 [0043] 三極管：T10 表單編號A0101 095148494 第11頁/共18頁 0993220748-0 1343181 099年06月23日梭正替換頁 [0044] 輸入電流：300 [0045] 第二濾波電容：C12 [0046] 輸出電流：301 [0047] 下拉電阻：R1 3 [0048] 輸入電壓：50 0 [0049] 第二電解電容：C13 [0050] 輸出電壓：5 0 1 [0051] MOS電晶體：Q10

095148494 表單編號A0101 第12頁/共18頁 0993220748-0

Claims (1)

1343181 099年06月23日修正&頁 . 七、申請專利範圍： 1 · 一種電源軟啟動裝置，其包括電源輸入端、分壓調節電路 '第一延時電路、第一開關電路、第二延時電路、第二開 關電路和電源輸出端，該分壓調節電路用於將來自該電源 輸入端的輸入電流導向該第一延時電路，並為該第一開關 電路提供第一開啟電壓；該第一延時電路用於接收該輸入 電流進行延時動作；該第一開關電路用於在該第一延時電 路延時動作完成後，接收該第一開啟電壓並打開，同時將 φ 該輸入電流導向該第二延時電路並為該第二開關電路提供 第二開啟電壓；該第二延時電路用於接收該輸入電流進行 延時動作；該第二開關電路用於在該第二延時電路延時動 作完成後，接收該第二開啟電壓並打開，同時將該輸入電 流導向該電源輸出端以輸出。 2 .如申請專利範圍第1項所述之電源軟啟動裝置，其中該分 壓調節電路是藉由電阻分壓的形式實現。 3 .如申請專利範圍第1項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 • 一延時電路和該第二延時電路的延時是藉由電容充電來實 現。 4 .如申請專利範圍第1項所述之電源軟啟動裝置’其中該第 一開關電路和該第二開關電路的打開和關閉是藉由壓控開 關元件來實現。 5 .如申請專利範圍第1項所述之電源軟啟動裝置，其中該分 壓調節電路包括可變電阻，該可變電阻一固定端與該電源 輸入端相連，該可變電阻的另一固定端與該第—延時電路 相連，該可變電阻的活動端與該第一開關電路相連·藉由 095148494 表單編號A0101 0993220748-0 1343181 099年06月23日修正 對該可變電阻的調節控制該第一開關電路的輸入電壓。 如申請專利範圍第5項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 一延時電路包括第一電解電容，該第一電解電容的正極與 該可變電阻的一固定端相連，該第一電解電容的負極接地 ’該第一電解電容藉由自身的充電實現延時。 如申凊專利範圍第6項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 一延時電路還包括與該第一電解電容並聯的穩壓二極體， 該穩壓二極體的負極與該第一電解電容的正極相連，該穩

壓二極體的正極接地，用於限制該第一電解電容兩端的電 壓。

如申請專利範園第6項所述 一延時電路還包括與該第一 ’用於濾除電流t的雜波

1其中該第 一濾波電容

如申請專利範圍第5項所述之電源軟啟餐鑛置，其中該第 一開關電路包括上拉電阻和電晶體，該電晶體的基極與該 可變電阻的活動端相連，電砝藉由該上拉電 阻與該電源輸入端相連，讀邊ϋ為’秦射極分別與該第二 延時電路和該第二開關電路相連。 10 如申請專利範圍第9項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 一開關電路還包括輸入電阻，其連接於該電晶體的基極和 該可變電阻的活動端之間。 11 .如申請專利範圍第g項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 二延時電路包括相互並聯的下拉電阻和第二電解電容，該 095148494 下拉電阻的一端以及該第二電解電容的正極共同與該電晶 體的發射極相連；該下拉電阻的另一端以及該第二電解電 谷的負極共同接地。 0993220748-0 表單編號；A0101 第14頁/共18頁 1343181 099年06月23日後正替換頁 12 .如申請專利範圍第11項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 二延時電路還包括與該第二電解電容並聯的第二濾波電容 ，該第二濾波電容用於濾除電流中的雜波。 13 .如申請專利範圍第9項所述之電源軟啟動裝置，其中該第 二開關電路為M0S電晶體，該M0S電晶體的漏極與該電源 輸入端相連，該M0S電晶體的柵極與該電晶體的發射極相 連，該M0S電晶體的源極與該電源輸出端相連。 095148494 表單編號A0101 第15頁/共18頁 0993220748-0