高压启动电路
阅读：860发布：2020-05-13
专利汇可以提供高压启动电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种高压 启动 电路 ，可以直接从输入 电压 取电，用于给 控制器 供电端外接的启动电容充电，以启动控制器。本发明的高压启动电路具备多种保护功能，且当电源发生故障后，在保证电源和控制器可靠性的前提下，本发明的高压启动还可以重启控制器。，下面是高压启动电路专利的具体信息内容。
1.一种高压启动电路，用以在启动时提供电流给控制器的供电端VDD及启动电容C3，其特征在于：包括晶体管ND1、二极管D1、NMOS管NM1、通断控制模块、大电流取电模块、小电流取电模块和使能模块，其中，大电流取电模块与小电流取电模块并联连接；使能模块用于控制NMOS管NM1、通断控制模块和大电流取电模块的通断，进而改变高压启动电路的工作状态，
电源刚上电时，供电端VDD的电压为0V，使能模块控制NMOS管NM1关断、通断控制模块导通，晶体管ND1自然导通，输入电源经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块所形成的电流通路输出，用于为控制器的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电；
当供电端VDD的电压大于低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块开始工作，通过大电流取电模块的输出通路短接小电流取电模块，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块的输出通路所形成的电流通路输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器启动；
当控制器完成启动后，使能模块控制NMOS管NM1导通、通断控制模块关断，使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路。
2.根据权利要求1所述的高压启动电路，其特征在于：所述高压启动电路，在供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块连接到地，用以通过高压启动电路控制短路电流为低值电流；
在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流取电模块工作，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。
3.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述NMOS管NM1的栅极与使能模块的输出连接；漏极与晶体管ND1的栅极连接；源极接地。
4.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述通断控制模块，包括PMOS管PM1和电阻R1，PMOS管PM1的源极与晶体管ND1的源极连接；PMOS管PM1的栅极与使能模块的输出连接；PMOS管PM1的漏极经电阻R1与晶体管ND1的栅极连接。
5.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述通断控制模块，包括电阻R1和二极管D2，电阻R1的一端与晶体管ND1的栅极连接，电阻R1的另一端分别与晶体管ND1的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块的输出连接。
6.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述大电流取电模块，包括电阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管NM2、NM3，和齐纳管DZ1，电阻R2的一端分别与二极管D1的阴极及PMOS管PM2的源极连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管PM2的栅极及NMOS管NM2的漏极连接，NMOS管NM2的源极接地；NMOS管NM2的栅极分别与电阻R3的一端、齐纳管DZ1的阴极及NMOS管NM3的漏极连接，电阻R3的另一端与PMOS管PM2的漏极连接，电阻R3的另一端还引出作为大电流取电模块的输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流；齐纳管DZ1的阳极接地；NMOS管NM3的源极接地；NMOS管NM3的栅极与使能模块的输出连接，其中，PMOS管PM2的源极还与小电流取电模块的输入连接，PMOS管PM2的漏极还与小电流取电模块的输出连接，用以在大电流取电模块开始工作后，通过PMOS管PM2短接小电流取电模块。
7.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述小电流取电模块包括齐纳管DZ2和电阻R4，齐纳管DZ2的阴极作为小电流取电模块的输入，与二极管D1的阴极连接；
齐纳管DZ2的阳极经电阻R4引出作为小电流取电模块的输出。
8.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：所述使能模块包括上电复位电路和RS触发器，上电复位电路的输入端作为使能模块的第一输入端，用于连接控制器的供电端VDD；上电复位电路的输出端与RS触发器的复位端连接；RS触发器的输出端引出作为使能模块的输出；RS触发器的置位端引出作为使能模块的第二输入端，用于接收控制器发出的使能信号。
9.根据权利要求1或2所述的高压启动电路，其特征在于：还包括与晶体管ND1的栅极连接的钳位电路，在供电端VDD断路时，钳位电路对晶体管ND1的栅极电压进行钳位。
10.根据权利要求9所述的高压启动电路，其特征在于：所述钳位电路，包括齐纳管DZ3和NMOS管NM4，齐纳管DZ3的阴极与晶体管ND1的栅极连接，齐纳管DZ3的阳极与NMOS管NM4的栅极和漏极连接，NMOS管NM4的源极接地。
高压启动电路
技术领域
背景技术
[0003] 如图1所示，传统的电源启动电路，由一个大电阻RST(通常为兆欧量级)接到电源输入电压和启动电容之间来提供一个电流对电容充电以完成控制器的启动。这个大电阻在启动过程结束后，会造成不必要的功耗浪费。这一点在2013年7月10日公开的公开号为CN 103199692A的中国专利中有详细的说明，同时该专利还提出了一种低功耗高压启动电路，即用一个高压晶体管从电源输入端取电，给启动电容充电，高压晶体管由另一个电路控制，当控制器完成启动后，就关闭高压晶体管，截断取电路径，节省功耗。与这种高压启动方式类似的还有2014年8月6日公开的公布号CN 103973089 A的中国专利。
[0004] 上述举例的专利中虽然都能在控制器完成启动后，关闭高压取电路径，节省功耗，但是缺少了一些必要的保护功能，例如，在启动电容出现连锡或虚焊等电源生产方面的工艺缺陷时，上述高压启动电路不能提供合理的保护策略，保护控制器和高压启动电路不损坏。
[0005] 1、启动电容连锡的危害
[0006] 启动电容连锡，即控制器供电端与参考地连接，控制器无法完成启动。这种情况下，若没有采取相应保护策略，高压启动电路将失去控制，一直从电源输入端取电。举例而言，电源输入电压为300V，高压启动电流为2mA，高压启动电路将以600mW功率发热，若这些热量长时间持续堆加，将引发启动电路热损坏。
[0007] 2、启动电容虚焊的危害
[0008] 启动电容虚焊，即控制器供电端只存在焊盘电容及布线电容等寄生电容(一般为1pF～3pF)。上述举例专利的高压启动电路的控制信号都是在控制器完成启动后，由控制器或其他电路输出的，而在启动完成到控制信号输出之间不可避免存在传输延时(一般至少为30ns～50ns)。若在启动电容虚焊的情况下，由于控制信号存在传输延时，使得高压启动电路来不及关断，进而导致控制器供电端电压超过其耐受电压，控制器就会过压损坏。
[0009] 现按照一般情况给出以下参数：高压启动电流IC为2mA，上述寄生电容C为2pF，控制器的启动电压VST为18V，控制器供电端耐受电压VBV为30V，则由电容充放电公式可以算出，高压启动电路将控制器供电端电压由启动电压VST充至耐受电压VBV的时间T：
[0010]
[0012] 此外，为了保证在电源输出短路时，电源停止工作的时间足够长(以充分散热)，启动电路还需要具备在控制器欠压锁定后延迟一段时间再重新开启的功能。若没有这个功能，则控制器一欠压锁定，启动电路马上又给启动电容充电，控制器再一次启动，电源立刻又在输出端短路的情况下工作，造成发热量长时间堆加，导致电源热损坏。
发明内容
[0013] (一)要解决的技术问题
[0014] 1、在控制器完成启动后，关闭启动电路，节省功耗；
[0015] 2、在控制器供电端发生短路或断路的情况下，对电路进行保护；
[0016] 3、在控制器欠压锁定后延迟一段时间再重新开启启动电路。
[0017] (二)技术方案
[0018] 针对上述技术问题，本发明公开一种高压启动电路，用以在启动时提供电流给控制器的供电端VDD及启动电容C3，其包括：晶体管ND1、二极管D1、NMOS管NM1、通断控制模块110、大电流取电模块120、小电流取电模块130、使能模块140和钳位电路150，使能模块140用于控制NMOS管NM1、通断控制模块110和大电流取电模块120的通断，进而改变高压启动电路100的工作状态，
[0019] 在电源刚上电时，控制器尚未启动，其供电端VDD的电压为0V，使能模块140输出低电平信号，使NMOS管NM1关断、通断控制模块110导通，进而晶体管ND1持续导通，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块130后输出，用于为控制器的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电；
[0020] 当供电端VDD的电压达到低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块120开始工作，并通过大电流取电模块120短接小电流取电模块130，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块120后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器启动；
[0021] 当控制器启动后，使能模块140将接收到控制器或其他电路发出的使能信号，然后输出高电平信号，使NMOS管NM1导通、通断控制模块110和大电流取电模块120关断，将晶体管ND1栅极电压拉低至参考地电压，由于VDD电压足够高，晶体管ND1的栅源电压能够达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路；此时高压启动电路将不会从输入电压取电，造成额外的功耗浪费。其中，
[0022] 当供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块连接到地，用以通过高压启动电路控制短路电流为低值电流；
[0023] 在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流取电模块工作，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。
[0024] 所述晶体管ND1可以选用高压结型场效应晶体管，也可以选用耗尽型场效应晶体管，用于控制由电源输入电压产生的启动电流的通断，其漏极可以直接与电源输入电压连接，也可以经变压器原边绕组侧与电源输入电压连接。
[0025] 所述NMOS管NM1的栅极与使能模块140的输出连接；漏极与晶体管ND1的栅极连接；源极接地。
[0026] 作为通断控制模块110的一种具体实施方式，所述通断控制模块110，包括PMOS管PM1和电阻R1，PMOS管PM1的源极与晶体管ND1的源极连接；PMOS管PM1的栅极与使能模块140的输出连接；PMOS管PM1的漏极经电阻R1与晶体管ND1的栅极连接。使能模块140输出的低电平信号使得PMOS管PM1导通，晶体管ND1的源极经PMOS管PM1的源、漏极和电阻R1与晶体管ND1的栅极连接，若晶体管ND1的栅极电压没有达到钳位电路150的钳位电压，则晶体管ND1的栅源电压为0V，晶体管ND1有足够大的过驱动电压来提供高值电流。
[0027] 作为通断控制模块110的另一种具体实施方式，所述通断控制模块110，包括电阻R1和二极管D2，电阻R1的一端与晶体管ND1的栅极连接，电阻R1的另一端分别与晶体管ND1的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块140的输出连接。若在所使用的半导体工艺中，晶体管ND1的阈值电压与PMOS管PM1的阈值电压接近，则存在通断控制模块110在启动过程无法导通的风险，进而影响高压启动电路的性能，因此在这种情况下不能在通断控制模块110中使用PMOS管PM1，而是直接将电阻R1串联在晶体管ND1的源极和栅极之间。二极管D2的作用在于当控制器完成启动后，通过使能模块140输出的高电平信号给晶体管ND1源极施加足够高的电压，使得晶体管ND1完全截止。
[0028] 作为大电流取电模块120的一种具体的实施方式，所述大电流取电模块120包括电阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管NM2、NM3，和齐纳管DZ1，电阻R2的一端分别与二极管D1的阴极及PMOS管PM2的源极连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管PM2的栅极及NMOS管NM2的漏极连接，NMOS管NM2的源极接地；NMOS管NM2的栅极分别与电阻R3的一端、齐纳管DZ1的阴极及NMOS管NM3的漏极连接，电阻R3的另一端与PMOS管PM2的漏极连接，电阻R3的另一端还引出作为大电流取电模块120的输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流；齐纳管DZ1的阳极接地；NMOS管NM3的源极接地；NMOS管NM3的栅极与使能模块140的输出连接，其中，PMOS管PM2的源极还与小电流取电模块130的输入连接，PMOS管PM2的漏极还与小电流取电模块130的输出连接，用以在大电流取电模块120开始工作后，通过PMOS管PM2短接小电流取电模块130。当控制器供电端VDD的电压达到低预设电压，即NMOS管NM2的开启阈值时，NMOS管NM2导通，将PMOS管PM2的栅极电压拉低至参考地电压，PMOS管PM2导通，高值电流由电源输入端经晶体管ND1、二极管D1和PMOS管PM2流出供电端VDD，给启动电容C3充电。
[0029] 作为小电流取电模块130的一种具体的实施方式，所述小电流取电模块130包括齐纳管DZ2和电阻R4。在本发明中，将两个阴阳极依次串联的齐纳管等效为齐纳管DZ2，齐纳管DZ2的阴极为所述的两个串联齐纳管空出来的阴极，其阳极为两者空出来的阳极，类似地，下文提到的齐纳管DZ3是三个阴阳极依次串联的齐纳管等效元件，齐纳管DZ2、DZ3的阴阳极的定义相同，不再赘述。齐纳管DZ2的阴极作为小电流取电模块130的输入，与二极管D1的阴极连接；齐纳管DZ2的阳极经电阻R4引出作为小电流取电模块130的输出。小电流取电模块130只在供电端VDD的电压低于低预设电压时工作，给启动电容C3提供低值电流，依据实际情况，低值电流可以比高值电流小1～2个数量级。当供电端VDD被短接到参考地时，流经高压启动电路的电流为低值电流，可以大大减少了异常情况下的高压启动电路功耗，起到期望的保护效果。
[0030] 作为使能模块140的一种具体的实施方式，所述使能模块140包括上电复位电路141和RS触发器142，上电复位电路141的输入端作为使能模块140的第一输入端连接供电端VDD，上电复位电路141的输出端与RS触发器142的复位端(R)连接；RS触发器142的输出端(Q)引出作为使能模块的输出；RS触发器142的置位端(S)引出作为使能模块140的第二输入端，用于接收控制器20发出的使能信号。上电复位电路141能够检测供电端VDD的电压，当VDD电压小于高预设电压时，上电复位电路141输出复位信号经RS触发器将高压启动电路复位，重新开始给供电端启动电容C3充电，控制器重新启动后，使能模块140再一次接收到使能信号，关闭高压启动电路。此处，高预设电压小于控制器的欠压锁定电压，使能模块140能够直接从供电端VDD取电且静态功耗极小，以确保发生电源输出短路故障，控制器欠压锁定后，能延迟足够长的时间再重新给启动电容C3充电，达到充分散热的效果。所述的延迟时间与启动电容C3和使能模块140的静态功耗有关，将在下文具体实施方式部分进行详细说明。
[0031] 作为钳位电路150的一种具体的实施方式，所述钳位电路150，包括齐纳管DZ3和NMOS管NM4，齐纳管DZ3的阴极与晶体管ND1的栅极连接，齐纳管DZ3的阳极与NMOS管NM4的栅极和漏极连接，NMOS管NM4的源极接地。
[0032] 除非有额外说明，否则本发明中出现的晶体管或MOS管的衬底都已经与其源极相连接，上文及下文不再赘述。
[0033] 以上对本发明的方法和电路各技术方案及技术特征的原理、作用等进行了分析，现将本发明的有益效果总结如下：
[0034] 1、高压启动电路只有在控制器的启动过程中消耗能量，控制器启动后关闭高压启动电路，节省能量；
[0035] 2、当供电端VDD被短接到参考地时，能够限制高压启动电路的功耗，避免高压启动电路过热损坏；
[0036] 3、当供电端VDD断路时，能够限制供电端VDD的电压，避免控制器过压损坏；
[0038] 图1为传统的电源启动电路的电路示意图；
[0039] 图2为本发明实施例1的高压启动电路的结构示意图；
[0040] 图3为本发明实施例1的高压启动电路的详细电路示意图；
[0041] 图4为本发明实施例1的电源输出VOUT短路的相关波形示意图；
[0042] 图5为本发明实施例2的高压启动电路的详细电路示意图；
[0043] 图6为本发明实施例3高压启动电路的结构示意图。
具体实施方式
[0044] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0045] 实施例1
[0046] 图2所示为本发明实施例1的高压启动电路100的结构示意图，其与整流器10、变压器T的连接，以控制启动电流的通断和大小，不仅可以在正常情况下让控制器20启动，还可以在异常情况下保护各电路不被损坏。高压启动电路100包括晶体管ND1、通断控制模块110、二极管D1、大电流取电模块120、小电流取电模块130、使能模块140、钳位电路150以及NMOS管NM1。
[0047] 电源刚上电时，供电端VDD的电压为0V，使能模块140输出低电平信号，使NMOS管NM1关断、通断控制模块110导通，进而使晶体管ND1导通，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块130后输出，用于为控制器20的供电端VDD提供低值电流，以给启动电容C3充电；
[0048] 当供电端VDD的电压达到低预设电压后，供电端VDD的电压使大电流取电模块120开始工作，并通过大电流取电模块120短接小电流取电模块130，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块120后输出，用以为控制器20的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器20启动；
[0049] 当控制器20完成启动后，使能模块140输出高电平信号，使NMOS管NM1导通、通断控制模块110关断，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路；其中，
[0050] 当供电端VDD短路时，短路电流经小电流取电模块130连接到地，用以通过高压启动电路控制短路电流为低值电流。
[0051] 在控制器保护关断时，使能模块的静态工作所需的能量由启动电容C3提供给供电端VDD，在供电端VDD的电压下降至高预设电压时，使能模块重新开启高压启动电路，大电流取电模块工作，使输入电源经晶体管ND1、二极管D1和大电流取电模块后输出，用以为控制器的供电端VDD提供高值电流，以给启动电容C3充电直至控制器重新启动，使能模块再一次使晶体管ND1的栅源电压达到其关断阈值，进而使晶体管ND1关断，关闭高压启动电路，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。
[0052] 图3所示为本发明实施例1的高压启动电路100的详细电路示意图，如图3所示，晶体管ND1在实施例1中为高压耗尽型场效应晶体管，用于控制由电源输入电压产生的启动电流的通断，其漏极经变压器原边绕组侧与电源输入电压连接。
[0053] 所述NMOS管NM1的栅极与使能模块140的输出连接；漏极与晶体管ND1的栅极连接；源极接地。
[0054] 所述通断控制模块110，包括PMOS管PM1和电阻R1，PMOS管PM1的源极与晶体管ND1的源极连接；PMOS管PM1的栅极与使能模块140的输出连接；PMOS管PM1的漏极经电阻R1与晶体管ND1的栅极连接。
[0055] 所述大电流取电模块120，包括电阻R2、R3，PMOS管PM2，NMOS管NM2、NM3，和齐纳管DZ1，电阻R2的一端分别与二极管D1的阴极及PMOS管PM2的源极连接，电阻R2的另一端分别与PMOS管PM2的栅极及NMOS管NM2的漏极连接，NMOS管NM2的源极接地；NMOS管NM2的栅极分别与电阻R3的一端、齐纳管DZ1的阴极及NMOS管NM3的漏极连接，电阻R3的另一端与PMOS管PM2的漏极连接，电阻R3的另一端还引出作为大电流取电模块120的输出，用以为控制器20的供电端VDD提供高值电流；齐纳管DZ1的阳极接地；NMOS管NM3的源极接地；NMOS管NM3的栅极与使能模块140的输出连接，其中，PMOS管PM2的源极还与小电流取电模块130的输入连接，PMOS管PM2的漏极还与小电流取电模块130的输出连接，用以在大电流取电模块120开始工作后，通过PMOS管PM2短接小电流取电模块130。
[0056] 所述小电流取电模块130包括齐纳管DZ2和电阻R4，齐纳管DZ2的阴极作为小电流取电模块130的输入，与二极管D1的阴极连接；齐纳管DZ2的阳极经电阻R4引出作为小电流取电模块130的输出。
[0057] 所述使能模块140包括上电复位电路141和RS触发器142，上电复位电路141的输入端作为使能模块140的第一输入端连接供电端VDD，上电复位电路141的输出端与RS触发器142的复位端(R)连接；RS触发器142的输出端(Q)引出作为使能模块的输出；RS触发器142的置位端(S)引出作为使能模块140的第二输入端，用于接收控制器20发出的使能信号。
[0058] 所述钳位电路150，包括齐纳管DZ3和NMOS管NM4，齐纳管DZ3的阴极与晶体管ND1的栅极连接，齐纳管DZ3的阳极与NMOS管NM4的栅极和漏极连接，NMOS管NM4的源极接地。
[0059] 下面结合附图分别介绍高压启动电路100在不同工作条件下的工作过程及原理。
[0060] 1、正常启动的情况
[0061] a、低值电流充电过程。在电源刚上电时，控制器20尚未启动，其供电端VDD电压为0V，大电流取电模块120不工作，RS触发器142没有供电电压，因此RS触发器142输出端(Q)电压也为0V(又可称为使能模块140输出低电平信号)，即PMOS管PM1的栅极电压为0V。根据公知的半导体器件知识，此时晶体管ND1自然导通，晶体管ND1的源极电压开始上升；在实施例
1中，晶体管ND1的阈值电压的绝对值|Vth_ND1|大于PMOS管PM1的阈值电压的绝对值|Vth_PM1|，因此当晶体管ND1的源极电压上升到|Vth_PM1|时，PMOS管PM1导通，晶体管ND1的栅极和源极建立连接，为下文的钳位电路150和大电流取电模块120的正常工作做好准备；电源输入端经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块130提供低值电流ICL给启动电容C3充电。
1中，晶体管ND1的阈值电压的绝对值|Vth_ND1|大于PMOS管PM1的阈值电压的绝对值|Vth_PM1|，因此当晶体管ND1的源极电压上升到|Vth_PM1|时，PMOS管PM1导通，晶体管ND1的栅极和源极建立连接，为下文的钳位电路150和大电流取电模块120的正常工作做好准备；电源输入端经晶体管ND1、二极管D1和小电流取电模块130提供低值电流ICL给启动电容C3充电。
[0062] 根据公知的场效应晶体管漏极电流公式有：
[0063] ICL＝β·(VGSL_ND1-Vth_ND1)2 (2)
[0064] 其中β是与工艺、晶体管尺寸相关的乘法因子，VGSL_ND1是漏极电流为ICL时晶体管ND1的栅源电压，Vth_ND1是晶体管ND1的阈值电压。由式(2)可见，当低值电流ICL极小时，VGSL_ND1≈Vth_ND1。如图3所示，此处VGSL_ND1还可以用下式描述：
[0065] VGSL_ND1＝VG_ND1-VS_ND1
[0066] ＝VG_ND1-(VD1+2·VDZ+ICL·R4+VDD) (3)
[0067] ≈Vth_ND1
[0068] 其中VG_ND1、VS_ND1分别是晶体管ND1的栅极、源极电压，VD1是二极管D1的正向导通电压，VDZ是一个齐纳管的反向击穿电压，R4是电阻R4的电阻值，VDD是供电端VDD的电压。在本发明实施例1中，使用钳位电路150将VG_ND1钳位在一个合适的电压，确保控制器20能正常启动的同时，兼顾供电端VDD断路保护，而在低值电流充电过程中，如式(3)所示VS_ND1较大，VG_ND1将达到钳位电路150的钳位电压，即如图3所示，此时有VG_ND1＝3·VDZ+VGS_NM4，代入式(3)可得：
[0069]
[0070] 其中VGS_NM4为NMOS管NM4的栅源电压，同理当NMOS管NM4的漏极电流极小时，VGS_NM4近似等于其阈值电压。因此通过调节电阻R4可以就能得到期望的低值电流ICL(例如ICL≈200uA)。
[0071] b、高值电流充电过程。当供电端VDD电压充电至低预设电压Vset1后，大电流取电模块120开始工作，提供高值电流ICH给启动电容C3充电直至控制器20启动。
[0072] 在本发明实施例1中，低预设电压Vset1即为NMOS管NM2的阈值电压，当供电端VDD电压达到NMOS管NM2的阈值电压，NMOS管NM2导通，将PMOS管PM2的栅极电压拉低，使得PMOS管PM2导通，电源输入端经晶体管ND1、二极管D1和PMOS管PM2的源漏沟道提供高值电流ICH给启动电容C3充电，供电端VDD的电压快速上升使得NMOS管NM2完全导通，将PMOS管PM2的栅极电压拉低至参考地电压，PMOS管PM2也完全导通，将小电流取电模块130短路，高值电流ICH变成期望值(例如ICH≈2mA)。如图3所示，在本发明实施例1中，此时晶体管ND1的源极电压VS_ND1减小至钳位电路150的钳位电压以下，钳位电路150不工作，而RS触发器142输出端(Q)电压仍为0V，使得PMOS管PM1处于导通状态，NMOS管NM1、NM3处于截止状态，晶体管ND1的栅源电压变为0V，故高值电流ICH的期望值为晶体管ND1栅源电压为0V时的漏极饱和电流。
[0073] c、高压启动电路关闭过程。当控制器20完成启动后，使能模块140中RS触发器142的置位端(S)接收到控制器20发出的高电平使能信号，RS触发器142的输出端(Q)电压变成高电平，使得PMOS管PM1处于截止状态，NMOS管NM1、NM3处于导通状态，将晶体管ND1和NMOS管NM2的栅极电压拉低至参考地电压，关闭大电流取电模块120，如式(3)所示，晶体管ND1的源极电压VS_ND1上升，使得其栅源电压VGS_ND1达到阈值电压，晶体管ND1自然关断，此时高压启动电路将不会有额外的功耗浪费。
[0074] 2、供电端VDD短路的情况
[0075] 若启动电容C3连锡或发生其它故障使得控制器20的供电端VDD短路，则综上所述只有小电流取电模块130工作，此时高压启动电路100只能给供电端VDD提供低值电流ICL，其工作原理与低值电流充电过程相同，不再赘述。这样，在供电端VDD短路情况下，能够限制高压启动电路100的功耗，避免高压启动电路100过热损坏。
[0076] 3、供电端VDD断路的情况
[0077] 当供电端VDD断路时，钳位电路150能将晶体管ND1的栅极电压VG_ND1钳位，钳位电压为3·VDZ+VGS_NM4，因此当晶体管ND1的源极电压VS_ND1上升到3·VDZ+VGS_NM4+Vth_ND1时，晶体管ND1自然关断，如图3所示，此时供电端VDD的电压约为3·VDZ+VGS_NM4+Vth_ND1-VD1≈21V，在控制器20的安全电压范围内，避免控制器20过压损坏。上述参数的含义已经在低值电流充电过程中有详细说明，这里不再赘述。
[0078] 4、保护关断的情况，以电源输出短路为例
[0079] 图4所示为本发明实施例1的电源输出VOUT短路的相关波形示意图。如图4所示，当电源输出短路时，控制器20检测到故障并计时一段时间后(如计时40ms)，检测到故障持续存在，控制器20进入保护状态，关闭主功率开关管SW的驱动信号GATE，辅助绕组NA不能给控制器20供电，由于控制器20存在静态功耗，供电端VDD的电压开始以一个较大的斜率下降；当供电端VDD的电压下降到控制器20的欠压锁定电压VUVLO以下时，控制器20关闭，所述的使能信号变成低电平，此时供电端VDD只给高压启动电路的使能模块140供电，供电端VDD的电压以另一个较小的斜率下降；由于此时供电端VDD的电压仍大于上电复位电路141的高预设电压Vset2
[0080]
[0081] 由式(5)可见，在外围电路中可以通过调节启动电容C3来获得合适的延迟时间TD，以便在电源输出短路的情况下，给电源足够长的时间进行散热，避免电源过热损坏。
[0082] 若控制器重启后仍然检测到输出短路故障，则重复进行上述过程；否则，控制器正常工作，电源正常输出。如图4所示，由于输出短路故障持续了多个周期，每当供电端VDD的电压达到控制器20的启动电压，控制器20重启后都会检测到输出短路故障，并重复上述的计时、关闭驱动信号GATE和控制器20欠压关闭以及之后供电端VDD的电压小于高预设电压Vset2时高压启动电路重新开启等过程，如此重复，控制器与高压启动电路的交替开启与关闭，直至控制器检测到保护消除。
[0083] 在控制器20启动至计时结束的过程中，控制器都持续检测输出短路故障是否存在，因此只要输出短路故障排除，控制器20都会在当次或下一次的启动至计时结束的过程中检测到并消除保护，使电源恢复正常输出，实现电源的自恢复。
[0084] 实施例2
[0085] 图5所示为本发明实施例2的高压启动电路的详细电路示意图。如图5所示，与实施例1不同的是，在实施例2采用的工艺中，晶体管ND1的阈值电压与PMOS管PM1的阈值电压相近，存在通断控制模块210在启动过程无法导通的风险，进而影响高压启动电路200的性能，因此为了保证高压启动电路200的正常使用，在实施例2中，通断控制模块210包括二极管D2和电阻R1，不使用PMOS管PM1。电阻R1的一端与晶体管ND1的栅极连接，电阻R1的另一端分别与晶体管ND1的源极及二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与使能模块140的输出连接。所述的通断控制模块210以及下文所述的使能模块240和钳位电路250在图5中并未单独示出，它们在电路的具体位置与图2所示的同名结构的位置相同。
[0086] 这样电阻R1直接串联在晶体管ND1的源极和栅极之间，高压启动电路200上电后，在晶体管ND1的栅极电压(相对于参考地)未达到钳位电路250的钳位电压前，晶体管ND1的栅源电压为0V，高压启动电路200能够正常完成与实施例1相同的工作过程。当控制器20完成启动后，使能模块240输出的高电平信号经二极管D2给晶体管ND1源极施加足够高的电压，使得晶体管ND1完全截止，节省能量。
[0087] 与实施例1不同之处还在于，晶体管ND1的漏极可以直接或经过电阻RIN与整流器10的输出端连接，不经过变压器T，变压器T的原边绕组NP可以与功率开关管SW连接，以完成电压转换，在图5中未示出。实施例2表明高压启动电路200可以通过外接电阻RIN或其他器件来扩展其应用范围，例如应用于更高的输入电压场合。高压启动电路200的工作过程及原理与实施例1相同，这里不再赘述。
[0088] 实施例3
[0089] 图6所示为本发明实施例3的高压启动电路300的结构示意图。如图6所示，与实施例1不同之处在于，高压启动电路300的使能模块340可以根据接收到的除控制器20外的其他电路发出的使能信号，控制高压启动电路300断开充电电流。高压启动电路300的其他工作过程和工作原理与实施例1相同，这里不再赘述。
[0090] 以上仅是本发明的优选实施例，应当指出的是，上述优选实施例不应视为对本发明的限制。本发明的高压启动电路可应用在直流输入电压为40Vdc～700Vdc的电压范围内(对应到交流输入可为29Vac～494Vac)，但还应认识到，通过增加外部电路或采用新工艺等其他方式，本发明可应用于其它更为广泛的范围中。按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，例如根据实际工艺修改相关的电压或电流表达式，来获得与本发明类似的有益效果，这些均落在本发明权利保护范围之内。
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