CN101674025B - 一种市电和电池双路供电的多路输出辅助开关电源 - Google Patents
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Abstract
一种市电和电池双路供电的多路输出辅助开关电源，包括市电输入、交流-直流转换电路和反激式开关电源，市电输入经交流-直流转换电路为反激式开关电源供电，反激式开关电源输出至少一路电源，关键是：还包括电池输入、市电隔离二极管和电池隔离二极管，市电隔离二极管设置在交流-直流转换电路的输出端和反激式开关电源的供电端之间，电池输入经电池隔离二极管连接反激式开关电源的供电端。还包括市电自启动电路，设置在交流-直流转换电路的输出端和反激式开关电源的开机启动电路控制端之间。还包括电池低压关机电路，其输出端连接开机启动电路的控制端。本发明实现单相市电和电池双路供电，实现市电自启动，电池低压关机的功能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种市电和电池双路供电的多路输出辅助开关电源，应用于UPS和EPS等设备。
背景技术：
一般的辅助开关电源，没有交流和直流同时输入的双路供电系统，也没有市电自启动功能，市电加电后，需要手动开机。
发明内容：
本发明的目的就是提供一种市电和电池双路供电的多路输出辅助开关电源，能实现市电和电池双路供电，并且能实现市电自启动，电池低压关机的功能。
为实现上述目的，本发明一种多路输出的辅助开关电源，包括市电输入、交流-直流转换电路和反激式开关电源，市电输入经交流-直流转换电路为反激式开关电源供电，反激式开关电源输出至少一路电源，还包括电池输入、市电隔离二极管和电池隔离二极管，市电隔离二极管设置在交流-直流转换电路的输出端和反激式开关电源的供电端之间，电池输入经电池隔离二极管连接反激式开关电源的供电端，关键是：还包括市电自启动电路，市电自启动电路设置在交流-直流转换电路的输出端和反激式开关电源的开机启动电路控制端之间；所述市电自启动电路包括第一电子开关，市电输入时，交流-直流转换电路输出端的信号施加在第一电子开关的控制端，控制第一电子开关的接通或断开，输出开机启动信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端，从而启动电源，实现自动开机。
本发明的多路输出的辅助开关电源还包括电池低压关机电路，其输出端连接反激式开关电源的开机启动电路控制端。所述电池低压关机电路包括第二电子开关，当主控板的MCU芯片检测到电池电压下降到电池的下限保护值时，主控板的MCU芯片发出关闭电源信号，该信号施加在第二电子开关的控制端，控制第二电子开关的断开或接通，输出关机信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端，从而关闭电源。
本发明因设有电池输入、市电隔离二极管和电池隔离二极管而实现市电和电池双路供电的功能，市电供电和电池供电隔离，市电异常时，由电池供电；设有市电自启动电路而具有市电加电时自动启动电源的功能，不需手动开机，自动运行；设有电池低压关机电路而具有电池低压时，自动关闭电源的功能，防止电池继续放电而损坏电池。
附图说明：
图1是本发明实施例的方框示意图；
图2是图1的市电和电池双路供电的电路原理图；
图3是图1的市电自启动电路和电池低压关机电路控制反激式开关电源工作的电路原理图；
图4是图1的四路输出电压电路原理图。
具体实施方式：
以下结合附图详述本发明实施例的结构细节：
如图1所示，本发明实施例，包括市电输入、隔离变压器、EMI滤波、整流电路、市电隔离二极管、电池输入、电池隔离二极管、滤波电路、反激式开关电源A、四路线性稳压电路、市电自启动电路和电池低压关机电路。反激式开关电源A包括PWM脉宽调制电路、开机启动电路、MOSFET功率开关管、峰值电流采样、输出电压采样、高频变压器和四路高频整流滤波电路。隔离变压器、EMI滤波和整流电路构成交流-直流转换电路。反激式开关电源的供电端还设有滤波电路，以便供电更为平滑。市电输入经隔离变压器、EMI滤波、整流电路、市电隔离二极管、滤波电路为反激式开关电源A供电B+，电池输入经电池隔离二极管、滤波电路为反激式开关电源A供电B+，反激式开关电源A输出的四路电源经对应的线性稳压电路输出。市电自启动电路设置在交流-直流转换电路的输出端，即整流电路的输出端BR+和反激式开关电源A的开机启动电路控制端ON/OFF之间，电池低压关机电路的输出端连接反激式开关电源A的开机启动电路控制端ON/OFF。
市电输入后，由隔离变压器对输入和后级进行隔离，由EMI滤波对其进行谐波和杂波的吸收和滤出，对输入的交流电压进行净化，整流电路是将净化后的交流电压变换成稳定的直流电压，此时的直流电压有一路送到市电自启动电路，当市电输入正常时，市电自启动电路会给反激式开关电源A的开机启动电路控制端ON/OFF一个开机启动信号电压，使PWM调制电路工作，实现市电自启动功能。
当主控板的MCU芯片检测到电池输入的电压下降到电池下限保护值时，主控板的MCU芯片会发出关闭电源信号SHUT DOWN到电池低压关机电路，然后送到反激式开关电源A的开机启动电路控制端ON/OFF，停止PWM调制电路工作，关闭该电源，防止输入的直流出现过放而损坏电池的情况。
如图2所示，本发明实施例由市电输入和电池两组电源供电，CN2-1为电池的负极，CN2-3为电池的正极；CN1-1为市电输入的零线，CN1-3为市电输入的火线。市电输入经变压器T1隔离变压转换成电池兼容的交流电，然后通过F1保险丝后连接到压敏电阻RV1两端吸收交流输入的浪涌电压，C2滤出输入的差模干扰信号，T2、C1、C3滤除市电输入的共模干扰。D1为整流桥，将输入的交流电转换成全波的直流，D2为市电隔离二极管，对输入级和后级进行电气隔离，RT1为热敏电阻，限制浪涌电流，减小冲击电流，直流电压经过C4滤波后供给开关电源的高频变压器T3。第二路输入为直流电池供电输入，电池电压由CN2接线排输入，经F2熔断器后通过D3电池隔离二极管后送至主回路。
如图3所示，市电自启动电路和电池低压关机电路，包括电子开关NPN三极管Q5，电阻R4、R5、R6、R7，电容C21，NPN三极管Q5的基极连接电阻R5、电阻R4的一端，发射极接地，集电极连接开机启动电路的控制端ON/OFF，开机启动电路由电子开关PNP三极管Q4、电阻R1、R20、R3组成，开机启动电路的控制端ON/OFF和面板上的ON/OFF按键连接。
市电输入时，整流电路输出端BR+的信号经电阻R6和R7分压，电容C21滤波后，经电阻R5驱动电子开关NPN三极管Q5导通，输出低电平开机启动信号至开机启动电路控制端ON/OFF，从而启动电源，实现自动开机；当主控板的MCU芯片检测到电池电压下降到电池的下限保护值时，主控板MCU芯片发出的SHUT DOWN信号为低电平关闭电源信号，该信号经电阻R4控制电子开关NPN三极管Q5截止，输出高电平关机信号至开机启动电路控制端ON/OFF，从而关闭电源。
如图3所示，开关电源的启动和停止工作由开机启动电路和市电自启动电路、电池低压关机电路控制，也即由PNP三极管Q 4和NPN三极管Q5组成的电子开关控制。在市电正常的情况下，会自动启动。当市电异常，由电池启动电源时，需按面板上的ON/OFF按键，为开机启动电路的控制端ON/OFF提供低电平开机启动信号，R1为启动电阻，C17为滤波电容，Z1为稳压二极管，U1为PWM脉宽调制芯片，稳压二极管Z1为PWM脉宽调制芯片U1的正常工作和启动提供一个稳定的电源电压。当面板ON/OFF按键按下时，控制端ON/OFF信号为低，三极管Q4导通，给U1的电源7脚供电，使其启动，U1工作6脚输出PWM信号，通过电阻R8驱动功率开关管Q6来推动变压器T3，次级反馈电源通过二极管D8整流，电容C19滤波后，经三极管Q4供电，当电源正常启动之后，U1芯片7脚的工作电压由变压器T3提供。开关电源正常工作后，主控板MCU芯片送出的SHUT DOWN信号为高电平自保信号，经电阻R4控制三极管Q5导通，维持三级管Q4导通。市电工作时整流信号BR+经电阻R6和R7分压，电容C21滤波，电阻R5驱动三极管Q5导通来启动电源，实现自动开机。电池工作时则要通过面板ON/OFF按键为控制端ON/OFF提供低电平开机启动信号而开机。面板上的ON/OFF按键是在PWM脉宽调制芯片U1没有启动的情况下才使用的，当PWM脉宽调制芯片U1正常工作起来之后，市电供电和电池供电的转换供电工作不需按面板上的ON/OFF按键，供电会自动转换。当两路供电正常时，主控板上的MCU芯片会送出高电平SHUT DOWN信号通过三极管Q5和Q4来自保。如果电池低压后，MCU芯片发出的SHUT DOWN信号转换为低电平关闭电源信号，三极管Q5截止，然后三极管Q4截止，PWM脉宽调制芯片U1停止工作关机。
PWM脉宽调制芯片U1为电源的主控制集成电路，内部集成了振荡电路锯齿波发生器，比较器、误差放大器、电流放大器、输出启动电路组成。1脚为输误差放大器的输出端，二脚为误差放大器的输入端，3脚为电流信号输入脚，4脚为定时电阻、电容脚，5脚为电源地，6脚为驱动信号输出脚，7脚为电源脚，8脚为内部基准电源输出脚。当电源开机后，6脚输出方波信号，通过变压器变换，从次级整流的+15V电源，从0V上升到15V，当R17和R19和Q7(TL431)精密基准内部的2.5V基准进行比较放大，输出控制光耦U2的发光管的电流，R9为发光管的限流电阻；通过U2的发光控制光敏三极管的输出电阻，通过R11调整U1内部的误差放大器的增益，C22为补偿电容；通过误差放大的信号和内部的锯齿波进行比较，产生PWM信号。如果输出高于15V，则减小输出方波的占空比，降低输出电压；当低于15V则调宽输出的占空比，提高电压，瞬时调节，保证输出电压的稳定。
如图4所示，本发明实施例除了提供驱动电路最大功率的+15V电源外，还提供+12V电源，-12V电源和单片机控制电路的+5V电源：
T3C绕组输出通过D4高频整流C5滤波后，输出8V的直流电，然后通过三端线性稳压器Q2(LM7805)，输出+5V电源，C7//C8为+5V的滤波电容器。
T3D绕组输出通过D5高频整流C6滤波后，输出+15V的直流电，然后通过三端线性稳压器Q1(LM7812)，输出+12V电源，C9//C10为+15V的滤波电容器。
T3E绕组输出通过D7高频整流C11滤波后，输出-15V的直流电，然后通过三端线性稳压器Q3(LM7912)，输出-12V电源，C12//C13为-12V的滤波电容器。
本发明单相市电和电池双路供电的多路辅助开关电源，能实现市电自启动，电池低压关机等功能。特点是工艺简单，电路性能稳定，成本低，操作简单。采用反激式开关电源电路加线性稳压电路的方案，具有开关电源的动态响应快，效率高的特点，同时还具备线性稳压电路的纹波小的特点。
Claims (6)
1.一种市电和电池双路供电的多路输出辅助开关电源，包括市电输入、交流-直流转换电路和反激式开关电源，市电输入经交流-直流转换电路为反激式开关电源供电，反激式开关电源输出至少一路电源，还包括电池输入、市电隔离二极管和电池隔离二极管，市电隔离二极管设置在交流-直流转换电路的输出端(BR+)和反激式开关电源的供电端之间，电池输入经电池隔离二极管连接反激式开关电源的供电端，其特征在于：还包括市电自启动电路，市电自启动电路设置在交流-直流转换电路的输出端(BR+)和反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)之间；所述市电自启动电路包括第一电子开关，市电输入时，交流-直流转换电路输出端(BR+)的信号施加在第一电子开关的控制端，控制第一电子开关的接通或断开，输出开机启动信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，从而启动电源，实现自动开机。
2.根据权利要求1所述的辅助开关电源，其特征在于：所述第一电子开关为NPN三极管(Q5)，所述市电自启动电路还包括第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和电容(C21)，NPN三极管(Q5)的基极连接第五电阻(R5)的一端，发射极接地，集电极连接反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，市电输入时，交流-直流转换电路输出端(BR+)的信号经第六电阻(R6)和第七电阻(R7)分压，电容(C21)滤波后，经第五电阻(R5)驱动NPN三极管(Q5)导通，输出低电平开机启动信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，从而启动电源，实现自动开机。
3.根据权利要求1所述的辅助开关电源，其特征在于：还包括电池低压关机电路，其输出端连接反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)。
4.根据权利要求3所述的辅助开关电源，其特征在于：所述电池低压关机电路包括第二电子开关，当主控板的MCU芯片检测到电池电压下降到电池的下限保护值时，主控板的MCU芯片发出关闭电源信号，该信号施加在第二电子开关的控制端，控制第二电子开关的断开或接通，输出关机信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，从而关闭电源。
5.根据权利要求4所述的辅助开关电源，其特征在于：所述第二电子开关为NPN三极管(Q5)，所述电池低压关机电路还包括第四电阻(R4)，NPN三极管(Q5)的基极连接第四电阻(R4)的一端，发射极接地，集电极连接反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，当主控板的MCU芯片检测到电池电压下降到电池的下限保护值时，主控板的MCU芯片发出低电平关闭电源信号，该信号经第四电阻(R4)控制NPN三极管(Q5)截止，输出高电平关机信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，从而关闭电源。
6.根据权利要求4所述的辅助开关电源，其特征在于：所述第二电子开关为NPN三极管(Q5)，所述市电自启动电路和电池低压关机电路还包括电阻第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和电容(C21)，NPN三极管(Q5)的基极连接第五电阻(R5)、第四电阻(R4)的一端，发射极接地，集电极连接反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，市电输入时，交流-直流转换电路输出端(BR+)的信号经第六电阻(R6)和第七电阻(R7)分压，电容(C21)滤波后，经第五电阻(R5)驱动NPN三极管(Q5)导通，输出低电平开机启动信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，从而启动电源，实现自动开机；当主控板的MCU芯片检测到电池电压下降到电池的下限保护值时，主控板的MCU芯片发出低电平关闭电源信号，该信号经第四电阻(R4)控制NPN三极管(Q5)截止，输出高电平关机信号至反激式开关电源的开机启动电路控制端(ON/OFF)，从而关闭电源。
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