CN103986320B - 一种开关电源遥控电路 - Google Patents

Abstract

一种开关电源遥控电路，包括开关电源控制电路、电压采样电路和遥控端口电路，所述开关电源控制电路包含具备欠压保护功能的开关电源控制芯片，采样电压输入端Vin为电压采样电路的第一输入端，遥控脚REM为遥控端口电路的输入端，该遥控端口电路的输出端连接电压采样电路的第二输入端，该电压采样电路的输出端连接开关电源控制芯片的欠压保护端UVP，以控制开关电源控制芯片欠压保护功能的启动或撤销。本发明通过遥控脚REM的远程控制、电压采样电路的采样分压作用以及开关电源控制芯片的欠压保护关断功能，有效地实现了电源的遥控功能。解决了现有遥控电路抗静电干扰能力差、欠压保护容易失效、高低温环境中遥控电平温漂的问题。

Description

一种开关电源遥控电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源遥控电路，特别涉及一种具有欠压保护、遥控功能、高功率密度、小体积、静电防护要求较高的开关电源遥控电路。

背景技术

目前的模块电源领域里，特别是小功率模块电源里，一般都同时具有遥控功能和欠压保护功能。这两种功能一般是通过电源的外围电路实现的，所述的遥控功能是为了方便应用系统设备，使用小信号实现对模块电源进行工作与不工作的控制称遥控功能。为此电源模块增加的功能引脚，称为遥控脚REM。

申请号为201220493771.5的中国实用新型申请公开了一种输入欠压保护电路，此电路同时具有遥控功能，如图1所示，其中稳压管Da和电阻Ra、Rc、Re组成采样电路，三极管Qa和Qb组成开关电路，当输入电压Vin大于欠压保护点电压VI时,输入信号将采样电路的输出端置为高电平，即三极管Qb基极处于高电平，Qb导通，从而使三极管Qa关断，二极管Db处于截止状态，控制IC的COM脚置为高电平，开关电源正常工作。当输入电压Vin低于欠压保护点电压VI时，输入信号经过采样电路时Qb关断，Vcc电压通过Rb使Qa导通，从而使Db导通，将控制IC的COM脚电平拉低置为低电平，关断控制IC驱动输出，开关电源处于关断状态，从而实现欠压保护功能。当电源正常工作时，遥控电平悬空或高电平状态，当低于1.2V的遥控低电平脉冲信号加到REM端口上时，该低电平的信号将采样电路的输出电平拉低，开关电路动作，Qb关断，Qa导通，将电源的被控制端COM端电平拉低，关断控制IC输出，达到了关断电源的目的，当遥控脚的控制电平恢复到3.5V或以上时，Qb导通，Qa关断，控制IC的COM脚置为高电平，开关电源恢复正常工作。

图1所示电路能够实现欠压保护和遥控功能，但是，当遥控脚REM端置为高电平时，电阻Rc和Re是以遥控电平进行分压，而不是以输入电压Vin进行分压，所以会出现三极管Qb一直处于导通状态，从而导致低压欠压保护失效。同时在静电要求较高的场合中还需要更多的外围器件,图1电路在电阻Ra、Rc和Re取值足够大的情况下对正向静电还是有一定的预防效果的，为了增强其对正向静电的抗干扰能力，可以选择在REM脚到地或者到Vin并联一吸收电容，增强其对正向静电的抗干扰能力，但是对于负向静电的干扰即使是增加了吸收电容，也不能够完全解决，特别是高电压等级的负向静电，负向静电会瞬时将三极管Qb关断使得电路出现短时的欠压保护，关断输出，出现电路重启。此外，由于三级管的Vbe压降随着环境温度的变化将会出现较大差异，这就会出现在高低温环境中工作时，出现欠压保护点明显的差异。而且图1电路器件数量多，电路复杂，布板面积大，不利于布板，且成本高，通过前面分析欠压保护和遥控功能可以发现，要实现电路的精确控制，就必须对电路的计算和设计进行不断的优化处理，电路调试复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电源遥控电路，解决了现有遥控电路抗静电干扰能力差、欠压保护容易失效、高低温环境中遥控电平温漂的问题。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的：一种开关电源遥控电路，包括开关电源控制电路、电压采样电路和遥控端口电路，所述开关电源控制电路包含具备欠压保护功能的开关电源控制芯片，采样电压输入端Vin为电压采样电路的第一输入端，遥控脚REM为遥控端口电路的输入端，该遥控端口电路的输出端连接电压采样电路的第二输入端，该电压采样电路的输出端连接开关电源控制芯片的欠压保护端UVP，以控制开关电源控制芯片欠压保护功能的启动或撤销。

上述开关电源控制芯片优选控制IC MS003，一电阻RI连接在控制IC MS003的Ri端和地之间，该控制IC MS003中的输入电压保护电路包含电阻R、电流采样电路、延时电路、镜像电路、二个电流比较器和RS触发器，电阻R、电流采样电路、延时电路和镜像电路依次串联，采样电压输入端Vin连接电阻R，欠压保护端UVP连接电阻R和电流采样电路的连接点，镜像电路的输出端连接电流比较器U1的负向输入端和电流比较器U2的正向输入端，电流比较器U1的正向输入端连接欠压保护基准电流端，其欠压保护基准电流为9Iref，电流比较器U2的负向输入端连接欠压恢复基准电流端，其欠压恢复基准电流为10Iref，电流比较器U1的输出端连接RS触发器的S端，电流比较器U2的输出端连接RS触发器的R端，Q端和非Q端为RS触发器的输出端；若欠压保护端UVP的电压经电流采样电路、延时电路和镜像电路后，使镜像电路输出端输出的镜像电流小于9Iref，则电流比较器U1输出端置为高电平，同时电流比较器U2的输出端置为低电平，RS触发器的输出Q端被置为高电平，欠压保护启动，控制ICMS003停止输出驱动信号，开关电源关断；若镜像电流大于9Iref，小于10Iref时，此时电流比较器U1输出端置为低电平，而电路比较器U2输出端仍是低电平，则RS触发器输出Q端维持原状态不变；若镜像电流大于10Iref时,则电流比较器U1输出端为低电平，电流比较器U2的输出端置为高电平，RS触发器的输出Q端被置为低电平，欠压保护撤销，控制IC MS003重新输出驱动信号，开关电源恢复正常工作。

上述电压采样电路可包括串联连接的电阻R1和R2，电阻R1和R2的连接点连接电压采样电路的第二输入端，电阻R1的另一端连接电压采样电路的第一输入端，电阻R2的另一端连接电压采样电路的输出端。

对于开关电源控制芯片选用控制IC MS003的情况，上述电压采样电路的电阻R1和电阻R2之和满足

公式1：(VI-Vbe)/(R1+R2)＝1/4RI

或

公式2：(VI-Vbe)*0.9/(R1+R2)＝1/4RI，

其中VI为欠压保护点电压，Vbe取值0.65V，是控制IC MS003内置偏置PN结压降，电阻RI是控制IC MS003工作频率设定电阻，该电阻RI满足

公式3：

其中f_max为控制IC MS003的工作频率，单位为kHz，电阻RI的单位为KΩ。

为了解决高低温环境中遥控电平温漂问题，上述电压采样电路还可包括稳压二极管DZ1，该稳压二极管DZ1的阴极连接电压采样电路的第一输入端，阳极连接电阻R1。

上述遥控端口电路可包括二极管D1和电阻R3，电阻R3的一端连接二极管D1的阴极，另一端连接遥控端口电路的输入端，二极管D1的阳极连接遥控端口电路的输出端。为了增强遥控端口电路的抗干扰能力及静电防护能力，该遥控端口电路还可包括具有滤波吸收作用的电容C1，该电容C1连接在遥控端口电路的输入端与地之间。为了增强遥控端口电路的抗干扰能力及静电防护能力，该遥控端口电路还可包括具有滤波吸收作用的电容C2，该电容C2连接在二极管D1的阴极与地之间。

在开关电源正常工作时，遥控脚REM的电平悬空或为高电平状态，当有低于遥控脚REM设定电平的低电平信号加到遥控脚REM上时，该低电平信号将电压采样电路的输出端电平拉低，从而使开关电源控制芯片的欠压保护端UVP输入低电平，启动欠压保护，关断驱动控制信号，达到了关断电源输出的目的。当遥控脚REM的控制电平恢复到遥控脚REM设定电平或以上时，欠压保护端UVP的电平恢复高电平，欠压保护撤销，电源重新启动，输出恢复正常。

相比于现有技术，本发明具有以下技术效果：

本发明通过遥控脚REM的远程控制、电压采样电路的采样分压作用以及开关电源控制芯片的欠压保护关断功能，有效地实现了电源的遥控功能，遥控脚REM的设定电平可以自由控制，设计方便，稳压二极管DZ1可以解决高低温环境中遥控电平温漂问题，可靠性高。电压采样电路和遥控端口电路中的电阻阻值设计值较大，当有静电及浪涌等瞬间大能量脉冲进入电路中时，较大阻值的电阻能够起到一定的抑制效果，使得瞬时的大能量脉冲能量大部分都消耗在大阻值的电阻上，能够进入到模块内部的能量十分有限，同时控制ICMS003具有一定的滤波消除功能，有效地抑制了静电干扰，提高了电源的整体性能。而且本发明电路采用器件较少，不仅成本低廉，还节省了大量布板空间，有利于提升电源功率密度。

附图说明

图1为现有技术的遥控控制电路原理图；

图2为本发明实施例一的电路图；

图3为本发明控制IC MS003中输入电压保护电路图；

图4为本发明实施例二的电路图；

图5为本发明实施例三的电路图；

图6为本发明实施例四的电路图；

图7为本发明实施例五的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

实施例一

如图2所示，为本发明实施例一的电路图，包括开关电源控制电路1、电压采样电路2和遥控端口电路3。开关电源控制电路1可以优选采用控制芯片IC MS003和电阻RI组成，电阻RI连接在控制IC MS003的Ri端和地之间，电压采样电路2由电阻R1和R2串联组成，电阻R1的另一端连接采样电压输入端Vin，电阻R2另一端连接控制IC的欠压保护端UVP，两个电阻的连接点为电压采样电路2的第二输入端，遥控脚REM为遥控端口电路3的输入端，该遥控端口电路3的输入端依次通过电阻R3和反向的二极管D1连接电压采样电路2的第二输入端。

控制IC MS003是一款现有的开关电源控制芯片，能根据电路的状态输出一定频率，一定占空比的驱动脉冲，该芯片具有欠压保护功能，是通过欠压保护端UVP端检测该引脚的输入电流实现欠压保护功能。当UVP端输入高电平时，电源正常工作，当控制IC MS003的欠压保护端UVP端输入低电平或者悬空时，启动欠压保护，关断驱动控制信号，达到了关断电源输出的目的。

控制IC MS003内部实现欠压保护功能的部分是输入电压保护电路，其原理框图如图3所示，该输入电压保护电路包含电阻R、电流采样电路、延时电路、镜像电路、二个电流比较器和RS触发器，电阻R、电流采样电路、延时电路和镜像电路依次串联，采样电压输入端Vin连接电阻R，欠压保护端UVP连接电阻R和电流采样电路的连接点，镜像电路的输出端连接电流比较器U1的负向输入端和电流比较器U2的正向输入端，电流比较器U1的正向输入端连接欠压保护基准电流端，其欠压保护基准电流为9Iref，电流比较器U2的负向输入端连接欠压恢复基准电流端，其欠压恢复基准电流为10Iref，电流比较器U1的输出端连接RS触发器的S端，电流比较器U2的输出端连接RS触发器的R端，Q端和非Q端为RS触发器的输出端。具体工作原理如下：当电压输入端Vin的输入电压低于欠压保护点电压VI时，欠压保护端UVP的电压也变低，电流经过电流采样电路、延时电路、镜像电路处理后，镜像电流与两个比较器的欠压保护基准电流9Iref和欠压恢复基准电流10Iref比较。若镜像电流小于9Iref，则电流比较器U1输出端置为高电平，同时电流比较器U2的输出端置为低电平，经过RS触发器后，输出Q端被置为高电平，启动欠压保护功能，控制IC MS003停止输出驱动信号，开关电源关断。若镜像电流大于9Iref，小于10Iref时，此时电流比较器U1输出端置为低电平，而电流比较器U2输出端仍是低电平，则RS触发器输出Q端维持原状态不变。若镜像电流大于10Iref，则电流比较器U1输出端为低电平，电流比较器U2的输出端置为高电平，RS触发器的输出Q端被置为低电平，欠压保护撤销，控制IC MS003重新输出驱动信号，开关电源恢复正常工作。

电路参数设计如下：

(VI-Vbe)/(R1+R2)＝1/4RI 公式1

(VI-Vbe)*0.9/(R1+R2)＝1/4RI 公式2

根据公式1或公式2计算出(R1+R2)，其中，VI欠压保护点电压，Vbe取0.65V，是IC内置偏置PN结压降，RI是控制IC工作频率设定电阻，其阻值根据设计的工作频率进行设定，参考如下公式设计选择RI阻值：

公式3

根据公式1和公式3计算可以得出，在现有的模块电压输入条件下R1+R2的阻值一般大于几百千欧。为减小模块体积，采样电阻R1和R2一般都选择贴片电阻，但是贴片电阻功能等级一般较小，为了增加整个电路的最大功率，电阻R1、R2可以用多个电阻串联进行替代使用，解决功率等级不足问题，可以使电路更加安全可靠工作。

由图3可以看出，电流采样电路输出端接有延时电路，延时电路的主要的作用是增强电路的静电的抗干扰能力。静电脉冲的脉宽一般为纳秒ns级，而延时电路设置的延时时间设置在微秒us级，这样就能够保证纳秒级的静电脉冲，包括正向和负向高低静电，很难通过延时电路后干扰内部欠压保护电路，引起误动作而关断电源模块，保证了模块安全可靠工作。

当开关电源正常工作时，遥控脚REM的遥控电平处于高电平，由于二极管D1的方向阻断作用，此电平不影响电源正常工作。当遥控电平逐渐降低到某一设定值以后，二极管D1正向导通，使得流过电阻R2的电流减小，当流过电阻R2电流减小到触发控制IC MS003的欠压保护端UVP欠压保护功能时，启动芯片欠压保护功能，从而关断电源输出电压，实现遥控关断功能。当遥控电平逐渐升高到一定值以后欠压保护撤销，则电路重新恢复正常工作，实现了遥控开机过程。

当有如±2KV静电脉冲加在遥控脚REM时，将会通过电阻R3、二极管D1、电阻R2和控制IC内部电路回到地端，由于电阻R3和R2阻值较大，R3一般取值在10KΩ-100KΩ之间，可以使得静电产生的电流信号减小到非常微弱而不影响电路正常工作。另外，由于如图3所示的控制IC MS003中的输入电压保护电路设置有延时电路，延时电路一般由电阻和电容组成，即使有部分的脉冲进入了控制IC MS003，也将被延时电路滤除而不影响电路正常工作，而且延时电路另一方面可以滤除电路干扰，提高欠压保护电路的抗干扰能力。

实施例二

在高低温环境中，半导体器件的PN结压降会出现明显差异，一般相差0.1-0.2V，这样的差异将随着电路的设计不断被放大，从而使得遥控电平在不同的环境中出现明显的差异，引起高低温环境中遥控电平不一致的现象。在图2所示的电压采样电路2中加入稳压二极管DZ1，如图4所示的本发明实施例二，稳压二极管DZ1的阴极连接电压输入端Vin，阳极连接电阻R1,其余与图2所示的实施例一相同，由于半导体器件随着温度的降低，导通压降会升高，即Vbe升高，所以欠压保护点电压VI升高，从而引起遥控电平的变化，稳压二极管串入后，可以减小电阻R1和R2上的分压比例，从而减小由于温度差异而引起的欠压保护点的差异，使得遥控电平能在高低温环境中保持一致。

实施例三

当有更大等级静电或者浪涌信号进入电路时，可在图2所示的遥控端口电路3加入具有滤波吸收作用的电容C1，如图5所示本发明实施例三，电容C1连接在遥控脚REM及地之间，其余与图2所示的实施例一相同，在遥控端口电路3的输入端，即遥控脚REM增加吸收电容C1后，对瞬时的静电脉冲或者浪涌信号起到一定的吸收旁路作用，从而提高了遥控脚REM的防静电等级。

实施例四

如图6所示本发明实施例四，为在图2所示的遥控端口电路3加入具有滤波吸收作用的电容C2，该电容C2连接在二极管D1的阴极与地之间。其余与图2所示的实施例一相同。原理与图5所示实施例三类同，不一一赘述。

图5和图6所示实施例中的电容同样可以加在图4所示实施例二中的同样位置，原理与图5所示实施例三类同，不一一赘述。

实施例五

如图7所示是本发明实施例五，在图所示实施例的基础上增加二极管D2和上拉电阻R5；二极管D2的阴极接二极管D1的阴极，二极管D2的阳极接地，上拉电阻R5一端接二极管D2的阴极，另一端连接电源VDD。二极管D2的作用有两个：(1)、增强遥控脚REM的负静电能力。因为打负静电时，D2正向导通，泄放ESD电流，从而保护了芯片不被ESD击坏。(2)、打负静电时A处的负电压小，只有一个D2的二极管压降，可使得A处的电压快速恢复。若没有该二级管，打负静电时A处的负压较大，加上二极管寄生电容效应，使得A的负压维持时间长，这段时间一直会被认为输入欠压，容易进入误保护，导致电源输出电压下掉。上拉电阻R5的作用是：为了使得功耗小，R1的阻值较大，二极管D1的寄生电容和C1电容的存在，导致节点B处的时间常数较大，打静电时该处的负电压不能很快恢复，容易进入误保护，电源输出电压下掉。增加上拉电阻R5后，减小了B处的时间常数，即电源VDD可通过R5给B处充电，加快该处电压的恢复，在REM打静电时，可达到电源输出不掉电的有益效果。

本发明的实施方式不限于此按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种开关电源遥控电路，其特征在于：包括开关电源控制电路、电压采样电路和遥控端口电路，所述开关电源控制电路包含具备欠压保护功能的开关电源控制芯片，采样电压输入端Vin为电压采样电路的第一输入端，遥控脚REM为遥控端口电路的输入端，该遥控端口电路的输出端连接电压采样电路的第二输入端，该电压采样电路的输出端连接开关电源控制芯片的欠压保护端UVP，以控制开关电源控制芯片欠压保护功能的启动或撤销；

所述电压采样电路包括串联连接的电阻R1和R2，电阻R1和R2的连接点连接电压采样电路的第二输入端，电阻R1的另一端连接电压采样电路的第一输入端，电阻R2的另一端连接电压采样电路的输出端；

所述遥控端口电路包括二极管D1和电阻R3，电阻R3的一端连接二极管D1的阴极，另一端连接遥控端口电路的输入端，二极管D1的阳极连接遥控端口电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述电压采样电路还包括稳压二极管DZ1，该稳压二极管DZ1的阴极连接电压采样电路的第一输入端，阳极连接电阻R1。

3.根据权利要求1所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述开关电源控制芯片采用控制IC MS003，一电阻RI连接在控制IC MS003的Ri端和地之间。

4.根据权利要求3所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述电压采样电路包括串联连接的电阻R1和R2，电阻R1和R2的连接点连接电压采样电路的第二输入端，电阻R1的另一端连接电压采样电路的第一输入端，电阻R2的另一端连接电压采样电路的输出端；

电阻R1和电阻R2之和满足

公式1：(VI-Vbe)/(R1+R2)＝1/4RI

或

公式2：(VI-Vbe)*0.9/(R1+R2)＝1/4RI，

其中VI为欠压保护点电压，Vbe取值0.65V，是控制IC MS003内置偏置PN结压降，电阻RI是控制IC MS003工作频率设定电阻，该电阻RI满足

公式3：

其中f_max为控制IC MS003的工作频率，单位为kHz，电阻RI的单位为KΩ。

5.根据权利要求4所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述电压采样电路还包括稳压二极管DZ1，该稳压二极管DZ1的阴极连接电压采样电路的第一输入端，阳极连接电阻R1。

6.根据权利要求1所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述遥控端口电路还包括电容C1，该电容C1连接在遥控端口电路的输入端与地之间。

7.根据权利要求1所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述遥控端口电路还包括电容C2，该电容C2连接在二极管D1的阴极与地之间。

8.根据权利要求7所述的开关电源遥控电路，其特征在于：所述遥控端口电路还包括二极管D2和上拉电阻R5；二极管D2的阴极接二极管D1的阴极，二极管D2的阳极接地，上拉电阻R5一端接二极管D2的阴极，另一端连接电源VDD。