CN103051185B - 低功耗可控稳压电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低功耗可控稳压电源电路，由压控PWM电路、采样反馈电路、驱动合成电路、微处理器以及调整电路组成；其中压控PWM电路由电容C1、C2、电阻R4、R5、稳压二极管D2、D3和运算放大器U2组成；采样反馈电路由电阻R6、R7和取样电容C3组成；驱动合成电路由单或门U1A、电阻R2、R3组成；调整电路由开关管Q1、二极管D1、电容CE1和电阻R1组成。采用由微处理器与硬件电路实时监视系统电源的变化，进行实时PWM精确控制稳压，双重管理保证了系统电源电压的可控性、提高了电源的稳定性和可靠性。由于调整开关管工作在开关状态，其热损耗极少，既降低了电源功耗，同时使电路的温升得到改善，保证了电源电路的工作稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高可靠、低功耗的稳压电源电路，尤其适合于智能断路器的电源管理系统。
背景技术
目前应用于智能断路器中的电源电路大体上有二种：
1、如图1，利用稳压二极管D1、电阻R1和功率晶体管Q1来稳定系统电源电压VDC。该方式，功率晶体管不能完全工作在开关状态。此方案功耗大、可靠性差、系统电压不可控。
2、如图2，通过驱动信号CTRL控制开关管Q1对前端整流的电压进行斩波，再经过单向二极管D1向电容CE1充电，由该电容向系统供电。通过采样电容C1上的电压来反馈给微处理器，控制驱动信号，使得系统的供电达到稳定。但当微处理器失控未能控制驱动信号时，将导致系统崩溃，电源VDC电压无法稳定。此方案可靠性差。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低功耗可控稳压电源电路，作智能断路器的主电源之用。
为实现上述目的，本发明采用一种低功耗可控稳压电源电路，它包括压控PWM电路、采样反馈电路、驱动合成电路、调整电路以及微处理器。其中，压控PWM电路由电容C1、C2、电阻R4、R5、稳压二极管D2、D3和施密特触发器U2组成；采样反馈电路由电阻R6、R7和取样电容C3组成；驱动合成电路由单或门U1A、电阻R2、R3组成；调整电路由开关管Q1、二极管D1、电容CE1和电阻R1组成；压控PWM电路U2输出接单或门U1A逻辑功能极2，单或门U1A输出接调整电路Q1的栅极，采样反馈电路由电容C3取出反馈信号A/D输入到微处理器的A/D模块端口，微处理器的SPWM输出端接单或门U1A的逻辑功能极1。
电路工作时，在启动阶段，微处理器还未正常工作SPWM输出端为低电平，此时：VCE1↑→VR5↑超过限值→U2输出高电平→U1A输出高电平→Q1导通→VCE1↓；VCE1↓→VR5↓低于限值→U2输出低电平→U1A输出低电平→Q1截止→VCE1↑。由此，压控PWM电路通过实时控制Q1，弥补了微处理器失控时的稳压空白。
在微处理器工作时，由微处理器根据采样反馈电路的A/D信号，输出SPWM信号经过单或门U1A控制调整管Q1的开关状态，通过控制Q1的导通与关断，使VCE1稳定在一个系统要求的值域内，且通过提高SPWM的调整频率，可以提高稳压精度及稳定度。
采用由微处理器与硬件电路实时监视系统电源电压的变化，进行实时PWM控制精确稳压，双重管理保证了系统电源电压的可控性、提高了电源的稳定性和可靠性。由于晶体管工作在开关状态，其热损耗极少，既降低了电源功耗，同时使电路的温升得到改善，保证了电源电路的工作稳定性。
本发明进一步设置为调整电路中，调整开关管Q1的漏极和正向二极管D1的正极相连后接前端整流电源输出的正极，Q1的源极接前端整流电源输出的负极，Q1的栅极接驱动合成电路的单或门U1A的输出极3和使Q1工作稳定的偏置电阻R1。
本发明进一步设置为的驱动合成电路中，U1A的逻辑功能极2接压控PWM电路U2的输出端1和偏置电阻R3，U1A的逻辑功能极1接微处理器的输出SPWM和偏置电阻R2。
本发明进一步设置为压控PWM电路中，U2的源极2接电阻R3和为其提供电压的R5构成源极电压VDD，U2的接地极3与接地GND相连，滤波电容C1并接于U2的2、3极之间，R4、D2、R5串接后并连于输出电压VDC的正、负极之间，C2的二端并接于稳压管D2的二极，同时，稳压管D3的二端并接于R5的二端。
本发明进一步设置为所述的采样反馈电路中，R6、R7串连后并接于输出电源VDC之间，取样电容C3与R7并连后从R6、R7的连接点取出电压A/D至微处理器的采样反馈端。
本发明再进一步设置为所述的调整电路的正向二极管D2的负极与电源电容CE1的正极和压控PWM电路中电阻R4、R6相连后组成输出电源VDC正极，电容CE1的负极、调整管Q1的源极、偏置电阻R1、驱动合成电路的R2、压控PWM电路U2的接地极3、C1、R5、D3正极、采样反馈电路的R7、电容C3相连后组成GND接地极接前端整流电源的负极。
附图说明
图1是背景技术断路器的电源电路；
图2是背景技术断路器的电源电路；
图3是本发明电源电路原理方框图；
图4是本发明电源电路原理图。
具体实施方式
以下结合上述3、4图，对本发明公开的“一种低功耗可控稳压电源电路”作进一步的说明。
参照图1、2，现有的智能断路器电源电路如图1，利用稳压二极管D1、电阻R1和功率晶体管Q1来稳定系统电源电压VDC，该方案功率晶体管不能完全工作在开关状态故功耗大、可靠性差且系统电压不可控。如图2另一种方案，通过驱动信号CTRL控制开关管Q1对前端整流的电压进行斩波，再经过单向二极管D1向电容CE1充电，由该电容向系统供电。通过采样电容C1上的电压来反馈给微处理器，控制驱动信号，使得系统的供电达到稳定。但当微处理器失控未能及时控制驱动信号时，将导致系统崩溃，电源VDC电压无法稳定。此方案可靠性差。
图3、4为本发明“一种低功耗可控稳压电源电路”的一种实施方式，它由压控PWM电路、采样反馈电路、驱动合成电路、微处理器以及调整电路组成。其中，压控PWM电路由电容C1、C2、电阻R4、R5、稳压二极管D2、D3和施密特触发器U2组成；采样反馈电路由电阻R6、R7和取样电容C3组成；驱动合成电路由单或门U1A、电阻R2、R3组成；调整电路由开关管Q1、正向二极管D1、电容CE1和电阻R1组成。压控PWM输出接单或门U1A逻辑功能极2，单或门U1A输出接调整电路Q1的栅极，电容C3的取样信号A/D输入到微处理器的A/D模块中处理，微处理器的SPWM输出端接单或门U1A的逻辑功能极1。
整个电源电路的各元件按以下布局：调整电路中调整开关管Q1的漏极和正向二极管D1的正极相连后接前端整流电源输出的正极，Q1的源极接前端整流电源输出的负极，Q1的栅极接驱动合成电路单或门U1A的输出极3和使Q1工作稳定的偏置电阻R1；驱动合成电路中U1A的逻辑功能极2接压控PWM电路U2的输出端1和偏置电阻R3，U1A的逻辑功能极1接微处理器的输出SPWM和偏置电阻R2；压控PWM电路中U2的源极2接电阻R3和为其提供电压的R5构成源极电压VDD，U2的接地极3与接地GND相连，滤波电容C1并接于U2的2、3极之间，R4、D2、R5串接后并连于输出电压VDC的正、负极之间，C2的二端并接于稳压管D2的二极，同时，稳压管D3的二端并接于R5的二端；采样反馈电路R6、R7串连后并接于输出电源VDC之间，取样电容C3与R7并连后从R6、R7的连接点取出电压A/D至微处理器的采样反馈端。调整电路的正向二极管D2的负极与电源电容CE1的正极和压控PWM电路中电阻R4、R6 相连后组成输出电源VDC正极，电容CE1的负极、调整管Q1的源极、偏置电阻R1、驱动合成电路的R2、压控PWM电路U2的接地极3、C1、R5、D3正极、采样反馈电路的R7、电容C3相连后组成GND接地极接前端整流电源的负极。
电路工作时，在启动阶段，微处理器还未正常工作，SPWM输出端为低电平，U1A输出亦为低电平，Q1截止，此时：VCE1↑→VR5↑超过限值→U2输出高电平→U1A输出高电平→Q1导通→VCE1↓；VcE1↓→VR5↓低于限值→U2输出低电平→U1A输出低电平→Q1截止→VCE1↑，由此，压控PWM电路通过实时控制Q1，弥补了微处理器失控未正常工作时的稳压空白。
在微处理器工作时，由微处理器根据采样反馈电路的A/D信号，输出SPWM控制信号经过单或门U1A控制调整管Q1的开关状态，通过控制Q1的导通与关断，使VCE1稳定在一个系统要求的值域内，且通过提高SPWM的调整频率，可以提高稳压精度及稳定度。
采用由微处理器与硬件电路实时监视系统电源电压的变化，进行实时PWM控制精确稳压，双重管理保证了系统电源电压的可控性、因此提高了电源的稳定性和可靠性。由于晶体管工作在开关状态，其热损耗极少，既降低了电源功耗，同时使电路的温升得到改善，保证了电源电路的工作稳定性。
Claims (10)
1.一种低功耗可控稳压电源电路，它包括压控PWM电路、采样反馈电路、驱动合成电路、调整电路及微处理器，其中：压控PWM电路由电容C1、C2、电阻R4、R5、稳压二极管D2、D3和施密特触发器U2组成；采样反馈电路由电阻R6、R7和取样电容C3组成；驱动合成电路由单或门U1A、电阻R2、R3组成；调整电路由开关管Q1、正向二极管D1、电容CE1和电阻R1组成。
2.根据权利要求1所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的压控PWM电路U2输出接单或门U1A的逻辑功能极2，单或门U1A输出接调整电路Q1的栅极，采样反馈电路由电容C3取出的反馈信号A/D输入到微处理器的A/D模块端口，微处理器的SPWM输出端接单或门U1A的逻辑功能极1。
3.根据权利要求1或2所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的调整电路中，调整开关管Q1的漏极和正向二极管D1的正极相连后接前端整流电源输出的正极，Q1的源极接前端整流电源输出的负极，Q1的栅极接驱动合成电路中单或门U1A的输出极3和使Q1工作稳定的偏置电阻R1。
4.根据权利要求1或2所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的驱动合成电路中，单或门U1A的逻辑功能极2接压控PWM电路U2的输出端1和偏置电阻R3，单或门U1A的逻辑功能极1接微处理器的SPWM输出端和偏置电阻R2。
5.根据权利要求3所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的驱动合成电路中，单或门U1A的逻辑功能极2接压控PWM电路U2的输出端1和偏置电阻R3，单或门U1A的逻辑功能极1接微处理器的SPWM输出端和偏置电阻R2。
6.根据权利要求1或2所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的压控PWM电路中，U2的源极2接电阻R3和为其提供电压的R5构成源极电压VDD，U2的接地极3与接地GND相连，滤波电容C1并接于U2的2、3极之间，R4、D2、R5串接后并连于输出电压VDC的正、负极之间，C2的二端并接于稳压管D2的二极，同时，稳压管D3的二端并接于R5的二端。
7.根据权利要求3所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的压控PWM电路中，U2的源极2接电阻R3和为其提供电压的R5构成源极电压VDD，U2的接地极3与接地GND相连，滤波电容C1并接于U2的2、3极之间，R4、D2、R5串接后并连于输出电压VDC的正、负极之间，C2的二端并接于稳压管D2的二极，同时，稳压管D3的二端并接于R5的二端。
8.根据权利要求1或2所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的采样反馈电路中，R6、R7串连后并接于输出电源VDC之间，取样电容C3与R7并连后从R6、R7的连接点取出电压A/D至微处理器的采样反馈端。
9.根据权利要求3所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的采样反馈电路中，R6、R7串连后并接于输出电源VDC之间，取样电容C3与R7并连后从R6、R7的连接点取出电压A/D至微处理器的采样反馈端。
10.根据权利要求1或2所述的低功耗可控稳压电源电路，其特征在于：所述的调整电路的正向二极管D2的负极与电源电容CE1的正极和压控PWM电路中电阻R4、R6相连后组成输出电源VDC正极，电容CE1的负极、调整管Q1的源极、偏置电阻R1、驱动合成电路的R2、压控PWM电路U2的接地极3、C1、R5、D3正极、采样反馈电路的R7、电容C3相连后组成GND接地极接前端整流电源的负极。
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