CN103956889A - 一种使能信号控制电路和电源电路 - Google Patents

一种使能信号控制电路和电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种使能信号控制电路和电源电路,涉及电力电子技术领域,用以通过控制电源转换器的使能信号,防止电源转换器锁死的现象的发生。在本发明实施例中,上电控制子电路通过第一电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收分压子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于上电控制子电路的第一预设阈值时,上电控制子电路向使能控制子电路输出电压信号;使能控制子电路通过第二电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收上电控制子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于使能控制子电路的第二预设阈值时,使能控制子电路输出使能控制信号;从而防止电源转换器锁死的现象的发生。

Description

一种使能信号控制电路和电源电路
技术领域
[0001 ] 本发明涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种使能信号控制电路和电源电路。
背景技术
[0002] 在电网、煤矿等行业中,大部分设备采用DC/DC (直流电源转直流电源)电源转换器供电,这种设计比较简单且模块化较强。但是,在电网强烈波动或异常掉电时,有可能出现设备电源锁死导致设备无法正常运行或无法启动的现象。
[0003] 图1示出了现有技术中的DC/DC电源电路,如图1所示,DC/DC电源转换器的电源输入端VIN与供电电源连接,使能输入端EN为高电平输入,接地端GND接地。若DC/DC电源转换器为高电平有效,此时需将该DC/DC电源转换器的使能输入端常置为高电平,该DC/DC电源转换器才能够正常工作。当为DC/DC电源转换器供电的电网强烈波动或供电电源掉电时,DC/DC电源转换器的VIN端接收到不稳定的电压信号,DC/DC电源转换器内部的保护电路会自动将DC/DC电源转换器锁死,以防止DC/DC电源转换器损坏。
[0004] 现有技术中,若设备的DC/DC电源转换器锁死,可以通过对设备进行掉电处理的方式使设备正常启动并正常运行。对于电网、煤矿等行业,许多设备采用DC/DC电源转换器供电,由于设备的安装位置和使用环境的限制,一旦设备的DC/DC电源转换器锁死,有可能使网络内的部分设备、甚至全部设备不能正常运行,从而造成整个网络瘫痪。
发明内容
[0005] 本发明实施例提供一种使能信号控制电路和电源电路,用以通过控制DC/DC电源转换器的使能信号,防止DC/DC电源转换器锁死的现象的发生。
[0006] 一种使能信号控制电路,用于对DC/DC直流转直流电源转换器输出使能控制信号,该电路包括:分压子电路、上电控制子电路和使能控制子电路;
[0007] 分压子电路连接于第一供电电源和地之间,用于向上电控制子电路输出分压后的电压信号;
[0008] 上电控制子电路通过第一电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收分压子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于上电控制子电路的第一预设阈值时,上电控制子电路向使能控制子电路输出电压信号;
[0009] 使能控制子电路通过第二电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收上电控制子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于使能控制子电路的第二预设阈值时,使能控制子电路输出使能控制信号。
[0010] 从上述方案可以看出,分压子电路为上电控制子电路提供了电压信号,当分压子电路输出的电压信号不小于上电控制子电路的预设阈值时,上电控制子电路能够向使能控制子电路输出电压信号,否则,上电控制子电路不输出电压信号,在上电控制子电路不输出电压信号时,使能控制子电路接收到第一供电电源提供的电压信号;当使能控制子电路接收到的电压信号不小于使能控制子电路的预设阈值时,使能控制子电路输出电平值为低的使能控制信号,否则,该使能信号控制电路输出电平值为高的使能控制信号。这样,本发明实施例提供的使能信号控制电路能够根据第一供电电压的电压值的变化,输出电平值为高或低的使能控制信号,实现对使能信号的控制。
[0011] 一种电源电路,该电路包括:电源转换器、分压子电路、上电控制子电路和使能控制子电路;
[0012] 所述分压子电路连接于第一供电电源和地之间,用于向所述上电控制子电路输出分压后的电压信号;
[0013] 所述上电控制子电路通过第一电阻连接于所述第一供电电源和地之间,用于接收所述分压子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于所述上电控制子电路的第一预设阈值时,所述上电控制子电路向所述使能控制子电路输出电压信号;
[0014] 所述使能控制子电路通过第二电阻连接于所述第一供电电源和地之间,用于接收所述上电控制子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于所述使能控制子电路的第二预设阈值时,所述使能控制子电路向所述电源转换器输出使能控制信号;
[0015] 所述电源转换器连接于所述第一供电电源和地之间,用于接收所述使能控制子电路输出的使能控制信号;在接收到的使能控制信号不小于预设门限值时,所述电源转换器正常工作。
[0016] 从上述方案可以看出,分压子电路为上电控制子电路提供了电压信号,当分压子电路输出的电压信号不小于上电控制子电路的预设阈值时,上电控制子电路能够向使能控制子电路输出电压信号,否则,上电控制子电路不输出电压信号,在上电控制子电路不输出电压信号时,使能控制子电路接收到第一供电电源提供的电压信号;当使能控制子电路接收到的电压信号不小于使能控制子电路的预设阈值时,使能控制子电路输出电平值为低的使能控制信号,否则,该使能信号控制电路输出电平值为高的使能控制信号;进一步的,在电源转换器接收到的使能控制信号不小于预设门限值时,电源转换器在额定工作电压下正常工作,否则,电源转换器不工作,并等待接收到的使能控制信号不小于预设门限值时,电源转换器才会在额定工作电压下正常工作。这样,本发明实施例提供的电源电路能够根据第一供电电压的电压值的变化,向电源转换器输出电平值为高或低的使能控制信号,通过对电源转换器的使能信号的控制,实现对电源转换器的工作状态的控制,从而防止电源转换器由于供电电源的波动造成电源转换器锁死的现象的发生。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为现有技术中的DC/DC电源电路的结构示意图;
[0019] 图2为本发明实施例提供的一种使能信号控制方法的原理示意图;
[0020] 图3为本发明实施例提供的一种电源电路的结构示意图;
[0021]图4为本发明实施例提供的一种使能信号控制电路的结构示意图。具体实施方式
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0023] 本发明实施例适用于多种应用领域,尤其适用于对DC/DC电源转换器进行防锁死控制的应用场景。
[0024] 图2示出了本发明实施例提供的一种使能信号控制方法的原理示意图,基于如图2所示的方法,本发明实施例提供的使能信号控制电路包括:分压子电路、上电控制子电路和使能控制子电路。
[0025] 分压子电路连接于第一供电电源和地之间,用于向上电控制子电路输出分压后的电压信号;
[0026] 上电控制子电路通过第一电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收分压子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于上电控制子电路的第一预设阈值时,上电控制子电路向使能控制子电路输出电压信号;
[0027] 使能控制子电路通过第二电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收上电控制子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于使能控制子电路的第二预设阈值时,使能控制子电路输出使能控制信号。
[0028] 具体实现时,分压子电路为上电控制子电路提供了电压信号,当分压子电路输出的电压信号不小于上电控制子电路的预设阈值时,上电控制子电路能够向使能控制子电路输出电压信号,否则,上电控制子电路不输出电压信号,在上电控制子电路不输出电压信号时,使能控制子电路接收到第一供电电源提供的电压信号;当使能控制子电路接收到的电压信号不小于使能控制子电路的预设阈值时,使能控制子电路输出电平值为低的使能控制信号,否则,该使能信号控制电路输出电平值为高的使能控制信号。这样,本发明实施例提供的使能信号控制电路能够根据第一供电电压的电压值的变化,输出电平值为高或低的使能控制信号,实现对使能控制信号的控制。
[0029] 可选的,分压子电路至少由两个电阻串连组成,其中,至少一个电阻为阻值可调电阻。
[0030] 具体实现时,分压子电路可以至少由第一电阻和第二电阻串连组成,其中,第一电阻的阻值可调节,第一电阻用于将第一供电电源的电压进行分压后,输出给上电控制子电路。
[0031] 可选的,上电控制子电路为接收不小于第一预设阈值电压信号后开启,且对输出电流进行控制的功能电路。
[0032] 进一步的,上电控制子电路可以至少包括一个N沟道MOS管;N沟道MOS管的栅极用于接收分压子电路输出的电压信号,漏极通过第一电阻与第一供电电源连接,漏极用于向使能控制子电路输出电压信号,源极接地。需要说明的是,上电控制子电路不限于由一个N沟道MOS管组成,只要能实现本发明实施例中描述的上电控制子电路的功能的电路、电子元件或多个电子元件的组合均包含在本发明实施例中。
[0033] 具体实现时,当N沟道MOS管的栅极接收到的电压信号不小于该N沟道MOS管的开启电压时,该N沟道MOS管导通,相当于该N沟道MOS管的漏极和源级相连并接地,此时漏极向使能控制子电路输出电压信号且该电压信号为低电平;当N沟道MOS管的栅极接收到的电压信号小于该N沟道MOS管的开启电压时,该N沟道MOS管关断,该N沟道MOS管的漏极和源级之间相当于断路,此时漏极不输出电压信号。
[0034] 可选的,使能控制子电路为开关电路,当接收到的电压信号不小于第二预设阈值时,开关电路处于开启状态输出使能控制信号至所述DC/DC电源转换器的使能输入端。
[0035] 进一步的,使能控制子电路可以至少包括一个NPN三极管;NPN三极管的基极用于接收上电控制子电路输出的电压信号,集电极通过第二电阻与第一供电电源连接,集电极用于输出使能控制信号,发射极接地。需要说明的是,使能控制子电路不限于由一个NPN三极管组成,只要能实现本发明实施例中描述的使能控制子电路的功能的电路、电子元件或多个电子元件的组合均包含在本发明实施例中。
[0036] 具体实现时,NPN三极管的基极可以接收第一供电电源提供的电压信号,还可以接收上电控制子电路输出的电压信号。当NPN三极管的基极接收到的电压信号不小于该NPN三极管的开启电压时,该NPN三极管导通,相当于NPN三极管的集电极与发射极相连并接地,此时NPN三极管的集电极输出的使能控制信号为低电平信号;当NPN三极管的基极接收到的电压信号小于该NPN三极管的开启电压时,该NPN三极管关断,NPN三极管的发射极和集电极之间相当于断路,此时输出的使能控制信号经过第二电阻被拉高,相当于输出电平值为高的使能控制信号。
[0037] 可选的,该电路还包括:第一滤波电容;第一滤波电容的一端与上电控制子电路用于接收分压子电路输出的电压信号的一端连接,另一端接地;第一滤波电容的取值范围是 0.1 〜2.2 μ F。
[0038] 具体实现时,第一滤波电容C1的主要作用是对N沟道MOS管栅极的掉电过程进行滤波,同时由于第一滤波电容的充放电的影响,还会影响到电压从高电平掉落到低电平的时间,C1的取值可以根据实际工程需要进行调节。
[0039] 可选的,该电路还包括:第二滤波电容;第二滤波电容的一端与使能控制子电路用于接收上电控制子电路输出的电压信号的一端连接,另一端接地;第二滤波电容的取值范围是470〜2200pF。
[0040] 具体实现时,第二滤波电容C2的主要作用是对NPN三极管的掉电过程进行滤波,需要说明的是,当C2的电容值过大时,会造成C2储能过多,从而影响NPN三极管的关断时间,进而影响整个使能信号控制电路的功能,因此,C2的取值不能过大。
[0041 ] 图3示出本发明实施例提供的一种电源电路的结构示意图,如图3所示,该电路包括:电源转换器、分压子电路、上电控制子电路和使能控制子电路;
[0042] 分压子电路连接于第一供电电源和地之间,用于向上电控制子电路输出分压后的电压信号;
[0043] 上电控制子电路通过第一电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收分压子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于上电控制子电路的第一预设阈值时,上电控制子电路向使能控制子电路输出电压信号;
[0044] 使能控制子电路通过第二电阻连接于第一供电电源和地之间,用于接收上电控制子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于使能控制子电路的第二预设阈值时,使能控制子电路向电源转换器输出使能控制信号;
[0045] 电源转换器连接于第一供电电源和地之间,用于接收使能控制子电路输出的使能控制信号;在接收到的使能控制信号达到预设门限值时,电源转换器正常工作。
[0046] 具体实现时,分压子电路为上电控制子电路提供了电压信号,当分压子电路输出的电压信号不小于上电控制子电路的预设阈值时,上电控制子电路能够向使能控制子电路输出电压信号,否则,上电控制子电路不输出电压信号,在上电控制子电路不输出电压信号时,使能控制子电路接收到第一供电电源提供的电压信号;当使能控制子电路接收到的电压信号不小于使能控制子电路的预设阈值时,使能控制子电路输出电平值为低的使能控制信号,否则,该使能信号控制电路输出电平值为高的使能控制信号。
[0047] 进一步的,电源转换器接收到使能控制子电路输出的使能控制信号,若接收到的使能控制信号不小于预设门限值(使能有效值),则电源转换器在额定工作电压下正常工作,若接收到的使能控制信号小于预设门限值(使能有效值),则电源转换器不工作。这样,本发明实施例能够通过控制输出给电源转换器的使能控制信号的电平值,从而控制电源转换器的工作状态,防止电源转换器因为供电不稳定或电网波动造成的锁死现象。
[0048] 本发明实施例还提供了一种根据上述使能信号控制电路的上电延缓启动方法和掉电提前关断方法,下面以外部电源输入电压为12V和一任意使能输入端EN为高电平(本发明实施例中为4V)有效的DC/DC电源转换器为例,对本发明实施例进行详细描述。
[0049] 图4示出了本发明实施例提供的一种使能信号控制电路的示意图,参见图4,该电路至少可以包括:NPN三极管Ql (本发明实施例以MMBT5551LT1G元件为例进行说明)、N沟道MOS管Q2 (本发明实施例以2N7002元件为例进行说明)、电阻R1 (R1 = IOK Ω )、电阻R2 (R2=IOK Ω )、电阻 R3 (R3 = IOK Ω )、电阻 R4 (R4 = IOK Ω )、电容 C1 (C1 = I μ F)、电容 C2 (C2 =1000pF),以及第一供电电源VIN和DC/DC电源转换器POWER,其中,DC/DC电源转换器POWER至少具有电源输入端VIN、控制信号输入端EN、接地端GND。
[0050] 在本发明实施例中,上电控制子电路可以包括一个N沟道MOS管,该N沟道MOS管的开启电压为2.1V ;使能控制子电路可以包括一个NPN三极管,该NPN三极管的开启电压为 0.7V。
[0051] 本发明实施例中的DC/DC电源转换器POWER的EN控制信号输入端输入的电压信号不小于4V时,能够触发该DC/DC电源转换器正常工作。本发明实施例提供的分压子电路可以包括分压电阻R1、分压电阻R2,可以通过调整R1和R2的阻值大小来控制使能信号控制电路的电压,在本发明实施例中,R1 = 10ΚΩ, R2 = IOK Ω,关断电压Utjff应该大于上电控制子电路的开启电压,其具体计算公式可以为:
[0052]
Figure CN103956889AD00081
[0053] 在本实施例中,第一滤波电容C1的主要作用是对N沟道MOS管栅极的掉电过程进行滤波,其中,C1 = I μ F ;第二滤波电容C2的主要作用是对NPN三极管的掉电过程进行滤波,其中,C2 = 1000PF,需要说明的是,当C2的电容值过大时,会造成C2储能过多,从而影响NPN三极管的关断时间,进而影响整个控制电路的功能,因此,C2的取值不能过大。
[0054] 可见,分压子电路为上电控制子电路提供了电压信号,当分压子电路输出的电压信号不小于上电控制子电路的预设阈值时,上电控制子电路能够向使能控制子电路输出电压信号,否则,上电控制子电路不输出电压信号,在上电控制子电路不输出电压信号时,使能控制子电路接收到第一供电电源提供的电压信号;当使能控制子电路接收到的电压信号不小于使能控制子电路的预设阈值时,使能控制子电路输出电平值为低的使能控制信号,否则,该使能信号控制电路输出电平值为高的使能控制信号。这样,本发明实施例提供的使能信号控制电路能够根据第一供电电压的电压值的变化,输出电平值为高或低的使能控制信号,实现对使能信号的控制。
[0055] 在上电过程中,当第一供电电源的电压处于O〜4.2V时,此时N沟道MOS管的栅极电压未达到该N沟道MOS管的开启电压,因此N沟道MOS管关断;此时NPN三极管的基极电压达到该NPN三极管的开启电压,因此NPN三极管导通,因此输出的使能控制信号为低电平,此时DC/DC电源转换器不工作。
[0056] 当第一供电电源的电压处于4.2V〜12V时,此时N沟道MOS管的栅极电压达到该N沟道MOS管的开启电压,N沟道MOS管导通,触发NPN三极管的基级拉低,因此NPN三极管关断,输出的使能控制信号为高电平,此时DC/DC电源转换器正常工作。
[0057] 这样,实现了上电延缓启动的功能,保证了后级电路的上电的可靠性。
[0058] 在掉电过程中,当第一供电电源的电压处于12V〜4.2V时,此时N沟道MOS管的栅极电压达到该N沟道MOS管的开启电压,N沟道MOS管导通,触发NPN三极管的基级拉低,因此NPN三极管关断,输出的使能控制信号为高电平,此时DC/DC电源转换器正常工作。
[0059] 当第一供电电源的处于4.2V〜OV时,此时N沟道MOS管的栅极电压未达到该N沟道MOS管的开启电压,因此N沟道MOS管关断;此时NPN三极管的基极电压达到该NPN三极管的开启电压,因此NPN三极管导通,因此输出的使能控制信号为低电平,此时DC/DC电源转换器不工作。这样,实现提前关断作用,防止电源转换器锁死。
[0060] 进一步的,第一滤波电容C1的主要作用是对N沟道MOS管栅极的掉电过程进行滤波,第二滤波电容(:2的主要作用是对NPN三极管的掉电过程进行滤波;实际上由于电容充放电的影响,输出的使能控制信号变高和变低的时间会有所延后,所以并不是在VIN =
4.2V时EN开始变化,具体延后的时间长度由滤波电容C1决定,C1的取值可以根据实际工程需要进行调节。上电时,电压低,电容充电慢,延迟大;下电时,电压高,放电快,延迟小;从而实现了上电时控制DC/DC电源转换器延缓开启、下电时控制DC/DC电源转换器提前关断的目的,防止电压波动时,DC/DC电源转换器进入保护死锁。
[0061] 本发明实施例能够通过控制输出给电源转换器的使能控制信号的电平值,从而控制电源转换器的工作状态,防止电源转换器因为供电不稳定或电网波动造成的锁死现象。
[0062] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器,使得通过该计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令可实现流程图中的一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0063] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0064] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图的一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0065] 尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0066] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种使能信号控制电路,用于对DC/DC直流转直流电源转换器输出使能控制信号,其特征在于,该电路包括:分压子电路、上电控制子电路和使能控制子电路; 所述分压子电路连接于第一供电电源和地之间,用于向所述上电控制子电路输出分压后的电压信号; 所述上电控制子电路通过第一电阻连接于所述第一供电电源和地之间,用于接收所述分压子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于所述上电控制子电路的第一预设阈值时,所述上电控制子电路向所述使能控制子电路输出电压信号; 所述使能控制子电路通过第二电阻连接于所述第一供电电源和地之间,用于接收所述上电控制子电路输出的电压信号;在接收到的电压信号不小于所述使能控制子电路的第二预设阈值时,所述使能控制子电路输出使能控制信号至所述DC/DC电源转换器的使能输入端。
2.如权利要求1所述的电路,其特征在于,所述分压子电路至少由两个电阻串连组成,其中,至少一个电阻为阻值可调电阻。
3.如权利要求2所述的电路,其特征在于,所述上电控制子电路为接收不小于第一预设阈值电压信号后开启,且对输出电流进行控制的功能电路。
4.如权利要求3所述的电路,其特征在于,所述上电控制子电路具体包括一个N沟道MOS 管; 所述N沟道MOS管的栅极用于接收所述分压子电路输出的电压信号; 漏极通过所述第一电阻与所述第一供电电源连接,所述漏极用于向所述使能控制子电路输出电压信号; 源极接地。
5.如权利要求2-4任一所述的电路,其特征在于,所述使能控制子电路为开关电路,当接收到的电压信号不小于第二预设阈值时,所述开关电路处于开启状态输出使能控制信号至所述DC/DC电源转换器的使能输入端。
6.如权利要求5所述的电路,其特征在于,所述使能控制子电路具体包括一个NPN三极管; 所述NPN三极管的基极用于接收所述上电控制子电路输出的电压信号; 集电极通过所述第二电阻与所述第一供电电源连接,所述集电极用于输出使能控制信号; 发射极接地。
7.如权利要求6所述的电路,其特征在于,该电路还包括:第一滤波电容; 所述第一滤波电容的一端与所述上电控制子电路用于接收所述分压子电路输出的电压信号的一端连接,另一端接地。
8.如权利要求7所述的电路,其特征在于,该电路还包括:第二滤波电容; 所述第二滤波电容的一端与所述使能控制子电路用于接收所述上电控制子电路输出的电压信号的一端连接,另一端接地。
9.一种电源电路,其特征在于,该电路包括:DC/DC电源转换器和如权利要求1-8中任一项所述的使能信号控制电路; 所述DC/DC电源转换器连接于所述第一供电电源和地之间,用于接收所述使能控制子电路输出的使能控制信号;在接收到的使能控制信号不小于预设门限值时,所述电源转换器正常 工作。
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