CN101414748A - 一种启动控制电路及其对电源控制芯片保护的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种启动控制电路及其对电源控制芯片保护的方法，其电路包括：一分压检测电路，用于检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，并将获得的检测电压；一开关控制电路，用于接收所述检测电压，并产生用于控制所述直流电源电路的芯片使能端动作的控制信号；当所述检测电压高于基准电压值时，控制所述使能端有效；当所述检测电压低于基准电压值时，控制所述使能端无效。采用上述方案，本发明通过检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，触发开关控制电路的导通与否，从而控制所述直流电源电路的使能端有无效。与现有技术相比，本发明结构简单、参数计算方便，而且不需要补偿。

Description

一种启动控制电路及其对电源控制芯片保护的方法

技术领域

本发明涉及直流电源系统的保护电路，尤其涉及的是一种适用于频繁启动的控制电路及其对电源控制芯片保护的方法。

背景技术

在大功率开关电源中，PWM(脉宽调制)控制芯片供电电压VCC的储能电容由于某些原因可能相对比较大，导致正常关机或者任何非正常关机时，控制芯片供电电压VCC掉电慢而输入母线电压掉电快；如果开关机的时间间隔非常短，以致控制芯片的供电电压VCC还没有掉，就再次开机，而采用的控制芯片又没有占空比限制功能，则此时控制芯片输出的占空比势必非常大，而且将持续很长时间，将有很高的、危险的大电流从输入端流入，通过变换器功率晶体管；只要输出电容电压低于额定值，占空比总是最大，冲击电流很大，这很可能导致启动失败、电源板炸机等可靠性问题。

目前，开关电源中用到的PWM控制芯片(简称PWM IC)，按照控制模式可分为电压型控制芯片和电流型控制芯片，这两种芯片大多无占空比限制(即占空比为100％)，如UC3842，UCC3854等；在使用这些控制芯片的时候，就需要面临一个问题，如果控制芯片的供电掉电时间较长，而开关机的频率非常高，则会导致在关机后的下一个开机时间，控制芯片的供电电压使芯片一直在工作，即有PWM驱动控制信号输出，如果输入又没有欠压保护，这样就会导致在输入交流非常低的情况下，电源板就开始工作，此时的变压器很容易饱和，存在启动失败、炸机的风险。

在输入电压是高压时，电源启动是开关电源设计经常碰到的问题，目前启动的顺序都是：首先建立辅助电源→PWM IC供电→软启动→驱动变换器，其中常见的有以下两种方式对电源频繁启动实施保护：

1、检测PWM IC一旦断电，设计电路给软启动电容快速放电到零，等待下一次启动，实现频繁启动的功能，但是这种方式没有考虑到关机后如果PWMIC供电掉电比较慢，而再次开机的时间间隔较短的情况，这时，PWM IC一直在正常工作，软启动将失效，造成启动失败，烧毁功率器件。

2、为避免电源启动失误，首先应当在PWM IC电源设置欠压保护，即电源电压尚未达到最低输入电压时，辅助电源虽已正常，但应使PWM IC不工作。如果PWM IC没有软启动功能，外设软启动电路应与PWM IC同时供电。具体实现方式如图1所示，由两个电阻和电压基准调节器DV组成检测比较电路对输入电压检测，当输入电压未达到检测电平时，DV不导通，PWM IC不供电、且芯片不工作；当输入电压达到检测电平时，DV导通，电源对控制PWM IC供电，同时如果芯片外设了软启动电路，其供电也接到PWM IC的供电上。

上述两种实现频繁开机的保护电路中，电路过于复杂，分欠压和软启动两部分检测和控制，参数计算也很复杂；另外上述方案2中，在靠近PWM IC的供电引脚，通常会有个滤波电容，该电容的存在使得关机的时候，PWM IC供电电压掉电要一定的时间，因此该时间内再次开机，PWM IC的软启动仍然失效，也就失去了欠压保护的功能。

因此，现有技术仍然存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种启动控制电路及其对电源控制芯片保护的方法，其既能实现频繁开机，又能实现输入欠压保护。

本发明的技术方案如下：

本发明的启动控制电路，其包括：

一分压检测电路，用于检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，并获得检测电压；

及一开关控制电路，用于接收所述检测电压，并产生用于控制所述直流电源电路中电源控制芯片停止工作的控制信号；当所述检测电压低于使开关控制电路启动的基准电压值时，开关控制电路控制所述电源控制芯片使能端，使该芯片关断。

其中，所述开关控制电路的工作电压输入端连接所述直流电源电路中电源控制芯片的供电电压输出端。

其中，所述分压检测电路包括至少两个分压电阻，所述分压电阻依次串接在所述输入母线电压与参考地端之间。

其中，所述分压检测电路包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻依次串接在所述输入母线电压与参考地端之间，以第三电阻上的分压作为所述检测电压。其中，所述第三电阻的两端并联一第一电容，用于延长所述开关控制电路产生控制信号的时间，及输入母线电压的欠压保护滞环。并且所述第一电阻和第二电阻的接点到参考地端之间还可以串联一第二电容。

其中，所述开关控制电路包括两个共射极开关电路，第一共射极开关电路中的第一开关管基极的偏置电压由所述检测电压提供，第一开关管的集电极连接第二共射极开关电路中的第二开关管的基极；当第一开关管截止时，第二开关管导通，其集电极输出低电平控制所述电源控制芯片使能端，使该芯片关断。

其中，所述第一开关管和第二开关管的集电极分别通过一限流电阻连接所述电源控制芯片的供电电压输出端。其中，所述第一开关管和第二开关管采用全控型电力电子器件，其包括门极可关断晶闸管、电力晶闸管、电力晶体管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管。

对电源控制芯片保护的方法按以下步骤进行：

A、检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，获得检测电压；

B、判断所述检测电压是否小于一基准电压；当所述检测电压小于所述基准电压时，控制直流电源电路中电源控制芯片的使能端，使该芯片关断。

采用上述方案，本发明通过检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，触发开关控制电路的导通与否，从而控制所述直流电源电路的芯片使能端。与现有技术相比，本发明结构简单、参数计算方便，而且不需要补偿。

附图说明

图1为现有技术的电路结构示意图；

图2是本发明电路框图的结构示意图；

图3是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明主要的设计思想是：首先、设置一启动控制电路，该电路检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，获得检测电压；然后、判断所述检测电压是否小于一基准电压；当所述检测电压小于所述基准电压时，控制直流电源电路中电源控制芯片的使能端，使该芯片关断。这里所说的芯片使能端具体是指除芯片电压输入管脚以外的可以控制芯片关断的管脚，比如芯片片选、或相关软启动引脚。基于此设计思想的基础上，本发明提供了一种如图2所示的启动控制电路。

如图2所示，本发明的启动控制电路，其可以用于对含有电源控制芯片的直流电源电路起到保护作用。常规的电源电路在设计时，通常是将输入的交流电220伏依次通过变压器、滤波整流、稳压后，得到稳定的直流侧的输入母线电压，然后通过各种稳压器件，建立系统所需要的辅助直流电源，目前，在电源电路中会用到PWM控制芯片，即本文提到的电源控制芯片。当输入的是高压时，电源启动是开关电源设计经常碰到的问题，目前启动的顺序都是：首先建立辅助电源→PWM电源控制芯片供电→软启动→驱动变换器。

如图2所示，本发明通过一分压检测电路100和一开关控制电路120实现对上述输入母线电压的监测，分压检测电路100用于检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，并获得检测电压；开关控制电路120用于接收所述检测电压，并产生用于控制所述直流电源电路的芯片使能端部分动作的控制信号，这里所说的芯片使能端具体是指除芯片电压输入管脚以外的可以控制芯片关断的管脚，比如芯片片选、或相关软启动引脚；当所述检测电压低于使开关控制电路启动的基准电压值时，开关电路输出的控制信号控制所述芯片使能端无效，此控制所述芯片使能端无效的含义是指，当所述检测电压低于基准电压值时，如果使能端还处于有效状态，则开关控制电路120发出控制信号使芯片使能端为无效状态，即使芯片无输出。当所述检测电压高于开关控制电路启动的基准电压值时，开关控制电路发出的控制信号无效，对使能端功能没有影响。所述开关控制电路120的工作电压输入端连接所述直流电源电路中电源控制芯片的供电电压输出端，同时起到对电源控制芯片的供电电压起到监测所用。上述所说的芯片使能端可以是直流电源电路设置的软启动电路，或上述电源控制芯片的软启动相关引脚、使能端相关引脚，这些电源控制芯片可以是PWM控制芯片UC3842，UCC3854等等，开关控制电路120可以根据PWM控制芯片使能端相关引脚的电平要求，产生控制信号输入到PWM控制芯片的使能端相关引脚，从而实现芯片关断功能。

以下结合图3的具体电路部分，说明本发明一种最优的实施例。

本发明的电路主要由分压检测电路100和开关电路120组成；分压检测电路100用多个电阻构成电压检测网络，其可以由第一电阻R150、第二电阻R152、第三电阻R151三个电阻构成，第一电阻R150、第二电阻R152、电阻R151依次串接在所述输入母线电压Vbus与参考地端之间，最上面第一电阻R150与输入母线电压Vbus相连，最下面的第三电阻R151与参考地端相连，且其上的分压作为所述检测电压。

开关控制电路120包括两个共射极开关电路，第三电阻R151上的分压即检测电压，其为第一共射极开关电路中第一开关管Q108的基极提供偏置电压，第一开关管Q108的集电极连接第二共射极开关电路中第二开关管Q109的基极；当第一开关管Q108截止时，第二开关管Q109导通，Q109的集电极输出低电平控制所述软启动引脚为低，芯片不工作，当然如果使能端的控制信号需要高电平实现控制的话，增加一个反相器就可以了，这属于常用方法，在此不再赘述。

如图2所示，上述Q108和Q109均可采用NPN型三极管，其工作在开关状态，在电源控制芯片的供电电压VCC和Q108的集电极之间串入限流电阻R153，实现Q108的供电；同时另外三极管Q109的基极与Q108的集电极相连，即Q108的集电极信号作为Q109的输入信号，控制Q109的通断，Q109的集电极为输出信号端，该信号去控制使能端、或电源控制芯片与的使能端相关引脚的电平，其供电也用电源控制芯片的供电电压VCC，供电电压VCC通过一限流电阻R154实现连接Q109的集电极；两个三极管的发射极与分压检测电路最底端的检测第三电阻R151接到同一电平(通常为参考地)；在Q108的基极到参考电平之间还要加电容，用于储能、并起到延长开关控制电路120产生控制信号的时间，也就是，在第三电阻R151的两端并联第一电容C109，同样地，也可在R152与其上第一电阻R150相连的接点与参考地之间加一第二电容C108，实现相同的延迟时间，通过改变C108和C109的电容值可以适应的改变延长时间。

上述电路的欠压保护原理：在第三电阻R151上检测的电压如果不到0.7V(0.7V即为开关控制电路的基准电压)，与其相连的三极管Q108就不会导通，电源控制芯片的供电电压VCC直接加到输出控制信号的三极管Q109，该三极管导通，其集电极输出低电平信号，该信号可以接到使能端引脚，控制所述控制芯片关断，即此时电源控制芯片使能端无效；在第三电阻R151上检测的电压达到0.7V时，该三极管Q108导通，后面的三极管Q109的基极电压被拉倒0.3V，处于截止状态，开关控制电路给出的控制信号无效，即保持电源控制芯片使能端有效，控制芯片正常启动。

上述进行参数计算时，要使R151上的电压接近Q108的基极电压0.7V，这里将0.7伏电压作为基准电压值，如下式所示，

$\frac{V_{\mathrm{bus}}}{(R_{151}+R_{152}+R_{150})}\×R_{151}=0.7$

其中，V_bus表示输入母线电压Vbus的电压值，R₁₅₁、R₁₅₂、R₁₅₀分别为电阻R151、R152、R150的阻值。

上述相关电阻两端并联的电容C108和C109，实际上是给输入欠压保护一个滞环，在输入电压纹波电压范围内，电路不会振荡。欠压保护滞环设计时，输入母线电压的纹波周期时间t可近似为：

t＝R₁₅₁×(C₁₀₉+C₁₀₈)

该计算式子把C108近似到采样电阻R151端，对计算结果没有大影响，且可以简化计算。

当系统处于频繁开机状态下，即使电源控制芯片的供电电压VCC没有完全回到零，或者是还处在能使电源控制芯片正常工作的电压，但因本发明电路的存在，在再次开机时使能端为无效状态，使电源控制芯片处于关断状态；只有当该使能端信号由无效变有效时，电源控制芯片由软启动开始工作，不会出现炸机等可靠性问题。

上述电路的频繁可靠启动原理：关机后，电源控制芯片的供电电压(即通过R153给Q108的偏置电压)，如果放电时间比较长，而输入母线电压Vbus下降比较快，则前三极管Q108将截止，而由于电源控制芯片控制电压的存在，导致后三极管Q109导通，也即实现了欠压保护功能。如果在电源控制芯片的供电电压VCC还没有掉到芯片不工作以下，短时间再开机，首先有欠压保护，另外电源控制芯片的使能端，使芯片在再次开机时软启动正常工作，启动不会失败。

本发明对上述开关管，即三极管Q108和Q109的适用类型并无限制，其可采用全控型电力电子器件，其主要包括门极可关断晶闸管、电力晶闸管、电力晶体管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种启动控制电路，其特征在于，所述电路包括：

一分压检测电路，用于检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，获得检测电压；

及一开关控制电路，用于接收所述检测电压，并产生用于控制所述直流电源电路中电源控制芯片停止工作的控制信号；当所述检测电压低于使开关控制电路启动的基准电压值时，开关控制电路控制所述电源控制芯片的使能端，使该芯片关断。

2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关控制电路的工作电压输入端连接所述直流电源电路中电源控制芯片的供电电压输出端。

3、根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述分压检测电路包括至少两个分压电阻，所述分压电阻依次串接在所述输入母线电压与参考地端之间。

4、根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述分压检测电路包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻依次串接在所述输入母线电压与参考地端之间，以第三电阻上的分压作为所述检测电压。

5、根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第三电阻的两端并联一第一电容，用于延长所述开关控制电路产生控制信号的时间，及输入母线电压的欠压保护滞环。

6、根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的接点到参考地端之间串联一第二电容。

7、根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述开关控制电路包括两个共射极开关电路，第一共射极开关电路中的第一开关管基极的偏置电压由所述检测电压提供，第一开关管的集电极连接第二共射极开关电路中的第二开关管的基极；当第一开关管截止时，第二开关管导通，其集电极输出低电平控制所述电源控制芯片使能端，使该芯片关断。

8、根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管的集电极分别通过一限流电阻连接所述电源控制芯片的供电电压输出端。

9、根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管采用全控型电力电子器件，其包括门极可关断晶闸管、电力晶闸管、电力晶体管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管。

10、一种对电源控制芯片保护的方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：

A、检测直流电源电路直流侧的输入母线电压，获得检测电压；

B、判断所述检测电压是否小于一基准电压；当所述检测电压小于所述基准电压时，控制直流电源电路中电源控制芯片的使能端，使该芯片关断。

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