CN101951142A - 故障安全电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种故障安全电源模块，包括电荷泵、脉宽调制电路和升降压电路，所述电荷泵受控于两路频率相同且相位相反的控制信号，当所述控制信号停止或相位达不到要求时，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电；所述脉宽调制电路设置有内部关断功能，当没有电源给所述脉宽调制电路供电时，所述脉宽调制电路切断输出；当所述脉宽调制电路切断输出时，所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET无法导通，使得该升降压电路中的储能电感无法储能，该故障安全电源模块就不能输出电源。通过该模块一旦发生误动就可立即关闭电源，避免混电或者粘连而造成设备不能及时断电导致误动的危险发生，而且该模块控制简单灵活。

Description

故障安全电源模块

技术领域

本发明涉及电源控制领域，尤其涉及一种故障安全电源模块。

背景技术

目前，随着用电设备自动化程度的提高，对用电设备的安全控制提出了更高的要求。电源是自动化设备的血液和心脏，对保证故障安全起到非常关键的作用，特别是当果设备出现了非预期的动作时，如何在第一时间安全迅速的关闭电源是一个必须要解决的问题，避免错误的动作发生造成恶劣的事故。

在现有技术的方案中，解决这一问题的主要手段是通过控制一个继电器来切断电源，然而这种方法的不足是当误动是由于混电或者继电器粘连造成的，误动就没法解决，从而造成恶劣事故的发生，发生危险。

发明内容

本发明实施例提供了一种故障安全电源模块，通过该模块一旦发生误动就可立即关闭电源，避免混电或者粘连而造成设备不能及时断电导致误动的危险发生，而且该模块控制简单灵活。

本发明实施提供了一种故障安全电源模块，其特征在于，所述模块包括电荷泵、脉宽调制电路和升降压电路，其中：

所述电荷泵受控于两路频率相同且相位相反的控制信号，当所述控制信号停止或相位达不到要求时，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电；

所述脉宽调制电路设置有内部关断功能，当没有电源给所述脉宽调制电路供电时，所述脉宽调制电路切断输出；

当所述脉宽调制电路切断输出时，所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET无法导通，使得该升降压电路中的储能电感无法储能，该故障安全电源模块就不能输出电源，从而实现安全切断外部电源。

所述脉宽调制电路通过设定频率和占空比输出两路频率相同且相位相反的控制信号，该控制信号经过隔离后控制所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET的通道，进而控制该升降压电路中储能电感的储能和放能，所述储能电感放电并经电容稳压后反向输出所要求的故障安全电源。

所述电荷泵包括开关三极管、分压及限流电阻、整流器、充放电电容、滤波电容和稳压器，其中：

受控输入的电源经过所述整流器的整流受控后输入给所述充放电电容进行充电，所述充放电电容的电荷通过所述整流器和滤波电容的整流放电滤波后给所述稳压器进行供电，所述稳压器输出稳定的电源给所述脉宽调制电路供电；

当受控输入的控制信号停止或相位达不到要求时，所述充放电电容得不到周期性的充放电，不能给所述稳压器连续的输入电源，导致该稳压器无输出，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电。

所述脉宽调制电路包括分压电阻、震荡电容、补偿网络、滤波电容和脉宽调制芯片PWM，其中：

通过输出电压与设定电压的比较来设定所述脉宽调制芯片PWM的输出占空比，该脉宽调制芯片PWM的输出占空比在0-49％之间变化；

通过设定所述震荡电容和分压电阻来控制所述脉宽调制芯片PWM的工作频率，该脉宽调制芯片PWM的工作频率在50-400KHz间浮动；

并通过设定所述补偿网络来对内部误差放大器的输出进行反馈，且该脉宽调制芯片PWM设置有欠压保护功能，当输入电压低于所设定的最低电压时，该脉宽调制电路切断输出。

所述升降压电路包括隔离变压器、功率开关晶体管MOSFET、滤波电容、储能电感、整流功率二极管和内部负载，其中：

当所述功率开关晶体管MOSFET导通时，所述储能电感储能，并放电经所述滤波电容稳压后反向输出所要求的故障安全电源；

当所述功率开关晶体管MOSFET无法导通时，所述储能电感无法储能，从而不能输出电源，实现安全切断外部电源的目的。

由上述所提供的技术方案可以看出，所述模块包括电荷泵、脉宽调制电路和升降压电路，其中所述电荷泵受控于两路频率相同且相位相反的控制信号，当所述控制信号停止或相位达不到要求时，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电；所述脉宽调制电路设置有内部关断功能，当没有电源给所述脉宽调制电路供电时，所述脉宽调制电路切断输出；当所述脉宽调制电路切断输出时，所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET无法导通，使得该升降压电路中的储能电感无法储能，该故障安全电源模块就不能输出电源，从而实现安全切断外部电源。通过该模块一旦发生误动就可立即关闭电源，避免混电或者粘连而造成设备不能及时断电导致误动的危险发生，而且该模块控制简单灵活。

附图说明

图1为本发明实施例所提供故障安全电源模块的结构示意图；

图2为本发明实施例所举具体实例的故障安全电源模块的电路图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种故障安全电源模块，通过该模块一旦发生误动就可立即关闭电源，避免混电或者粘连而造成设备不能及时断电导致误动的危险发生，而且该模块控制简单灵活。

为更好的描述本发明实施例，现结合附图对本发明的具体实施例进行说明，如图1所示为本发明实施例所提供故障安全电源模块的结构示意图，所述故障安全电源模块包括电荷泵、脉宽调制电路和升降压电路，图1中的PWM框中电路即为脉宽调制电路，BULK-BOOST框中电路即为升降压电路，其中：

所述电荷泵受控于两路频率相同且相位相反的控制信号，当控制信号停止或相位达不到要求时，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电。

在具体实现过程中，上述电荷泵包括开关三极管、分压及限流电阻、整流器、充放电电容、滤波电容和稳压器，其中：受控输入的电源经过所述整流器的整流受控后输入给所述充放电电容进行充电，所述充放电电容的电荷通过所述整流器和滤波电容的整流放电滤波后给所述稳压器进行供电，所述稳压器输出稳定的电源给所述脉宽调制电路供电；当受控输入的控制信号停止或相位达不到要求时，所述充放电电容得不到周期性的充放电，不能给所述稳压器连续的输入电源；或者当造成外部熔丝熔断，无法给电容充电时，同样会没有电源给稳压器供电，这样就会导致该稳压器无输出，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电。

所述脉宽调制电路设置有内部关断功能，当没有电源给所述脉宽调制电路供电时，所述脉宽调制电路切断输出；当所述脉宽调制电路切断输出时，所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET无法导通，使得该升降压电路中的储能电感无法储能，该故障安全电源模块就不能输出电源，从而实现安全切断外部电源。

在具体实现过程中，所述脉宽调制电路通过设定频率和占空比输出两路频率相同且相位相反的控制信号，该控制信号经过隔离后控制所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET的通道，进而控制该升降压电路中储能电感的储能和放能，所述储能电感放电并经电容稳压后反向输出所要求的故障安全电源。

上述脉宽调制电路包括分压电阻、震荡电容、补偿网络、滤波电容和脉宽调制芯片PWM，其中：

通过输出电压与设定电压的比较来设定所述脉宽调制芯片PWM的输出占空比，该脉宽调制芯片PWM的输出占空比在0-49％之间变化；通过设定所述震荡电容和分压电阻来控制所述脉宽调制芯片PWM的工作频率，该脉宽调制芯片PWM的工作频率在50-400KHz间浮动；并通过设定所述补偿网络来对内部误差放大器的输出进行反馈，且该脉宽调制芯片PWM设置有欠压保护功能，当输入电压低于所设定的最低电压时，该脉宽调制电路切断输出。

另外，上述升降压电路可以包括隔离变压器、功率开关晶体管MOSFET、滤波电容、储能电感、整流功率二极管和内部负载，其中：

当所述功率开关晶体管MOSFET导通时，所述储能电感储能，并放电经所述滤波电容稳压后反向输出所要求的故障安全电源；

当所述功率开关晶体管MOSFET无法导通时，所述储能电感无法储能，从而不能输出电源，实现安全切断外部电源的目的。

举例来说，以附图1的电路结构为例，图1中：输入的-24V电源受控后经负稳压，并降15V后变成-39V电源，稳压输出的-39V电源给脉宽调制电路的PWM芯片供电；脉宽调制电路通过设定频率和占空比输出两路频率相同相位相反的信号，经过隔离后控制升降压电路的功率开关晶体管MOSFET的通道，进而控制升降压电路的储能电感的储能和放能，储能电感放电并经电容稳压后反向输出+24V电源，该+24V电源就是所要求的故障安全输出电源。

下面以具体的实例来对本发明实施方式进行详细说明，如图2所示为本发明实施例所举具体实例的故障安全电源模块的电路图，图2中：该故障安全电源模块设有电荷泵、脉宽调制电路和升降压电路。

其中，在电荷泵电路结构中，模块GO1、GO2是光电隔离耦合器，型号可以为TP521-1；模块Q1、Q2的开关三级管为N沟道三级管，负责在电路中轮流导通，控制电容的充电和放电，Q1、Q2的型号可以为TIP127；充放电电容C1、C17都是耐压值50V，大小为100UF的铝电解电容；整流二级管D2和D3型号为FR107；稳压器U4为负稳压IC，输出电压为-15V，信号为L7915CV。

在脉宽调制电路中，震荡电容C10可以为1000p，放电电阻阻值为10欧姆，设定的工作频率为100Khz，占空比48％；选用的PWM芯片U2的型号可以为SG3525，该SG3525的工作频率能在50-400KHZ变化，占空比能在0-49％变化，有很宽的调节范围，便于灵活配置。

在升降压电路中，具体由隔离变压器U3、功率开关晶体管MOSFET(即图中的Q5)、储能电感U1、整流二级管D1、稳压滤波电路C5，L1构成。其中，隔离变压器采用1∶1隔离，隔离电压500V，绝缘电阻100M欧姆以上；储能电感考虑到高频的驱肤效应，采用高频电感，电感值350UH，能在温度300度以内正常工作；而整流二级管采用肖特基整流二级管，型号可以为16CTQ100。

通过上述电路图所提供的故障安全电源模块的结构，就可以实现一旦发生误动就可立即关闭电源，避免混电或者粘连而造成设备不能及时断电导致误动的危险发生，而且该模块控制简单灵活。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种故障安全电源模块，其特征在于，所述模块包括电荷泵、脉宽调制电路和升降压电路，其中：

所述电荷泵受控于两路频率相同且相位相反的控制信号，当所述控制信号停止或相位达不到要求时，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电；

所述脉宽调制电路设置有内部关断功能，当没有电源给所述脉宽调制电路供电时，所述脉宽调制电路切断输出；

当所述脉宽调制电路切断输出时，所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET无法导通，使得该升降压电路中的储能电感无法储能，该故障安全电源模块就不能输出电源，从而实现安全切断外部电源。

2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述脉宽调制电路通过设定频率和占空比输出两路频率相同且相位相反的控制信号，该控制信号经过隔离后控制所述升降压电路中的功率开关晶体管MOSFET的通道，进而控制该升降压电路中储能电感的储能和放能，所述储能电感放电并经电容稳压后反向输出所要求的故障安全电源。

3.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述电荷泵包括开关三极管、分压及限流电阻、整流器、充放电电容、滤波电容和稳压器，其中：

受控输入的电源经过所述整流器的整流受控后输入给所述充放电电容进行充电，所述充放电电容的电荷通过所述整流器和滤波电容的整流放电滤波后给所述稳压器进行供电，所述稳压器输出稳定的电源给所述脉宽调制电路供电；

当受控输入的控制信号停止或相位达不到要求时，所述充放电电容得不到周期性的充放电，不能给所述稳压器连续的输入电源，导致该稳压器无输出，不能产生电源给所述脉宽调制电路供电。

4.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述脉宽调制电路包括分压电阻、震荡电容、补偿网络、滤波电容和脉宽调制芯片PWM，其中：

通过输出电压与设定电压的比较来设定所述脉宽调制芯片PWM的输出占空比，该脉宽调制芯片PWM的输出占空比在0-49％之间变化；

通过设定所述震荡电容和分压电阻来控制所述脉宽调制芯片PWM的工作频率，该脉宽调制芯片PWM的工作频率在50-400KHz间浮动；

并通过设定所述补偿网络来对内部误差放大器的输出进行反馈，且该脉宽调制芯片PWM设置有欠压保护功能，当输入电压低于所设定的最低电压时，该脉宽调制电路切断输出。

5.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述升降压电路包括隔离变压器、功率开关晶体管MOSFET、滤波电容、储能电感、整流功率二极管和内部负载，其中：

当所述功率开关晶体管MOSFET导通时，所述储能电感储能，并放电经所述滤波电容稳压后反向输出所要求的故障安全电源；

当所述功率开关晶体管MOSFET无法导通时，所述储能电感无法储能，从而不能输出电源，实现安全切断外部电源的目的。

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