CN104052253B - 电源开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源开关控制电路，包括：导通模块、启动模块和开关管模块。所述导通模块的第一输入端接收控制信号，并基于所述控制信号导通和关断，从而在所述导通模块导通时输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。所述启动模块基于所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号输出PWM控制信号。所述开关管模块的控制端接收所述PWM控制信号以基于所述PWM控制信号控制所述电源的开机和关机。实施本发明的电源开关控制电路，通过控制导通模块的开通和断开来控制电源的开机和关机，从而避免了PMOS管的使用，因而与辅助电源的功率等级无关，也无需考虑器件的热应力问题。

Description

电源开关控制电路

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种电源开关控制电路。

背景技术

随着工业化的发展以及各种终端设备供电性能要求的提高，模块化UPS在灵活性、高可靠性和高容错性方面的优势逐渐显现。而模块化UPS需要对各种模块，包括功率模块，电池模块和充电器模块进行开关机控制，主要是对辅助电源模块进行开关控制。

传统的模块化UPS对辅助电源模块的开关控制都是在辅助电源的原边主回路串联P沟道耗尽型场效应晶体管（positive channel Metal OxideSemiconductor，PMOS），通过控制该PMOS的通断来实现对辅助电源模块的开关机控制。图1示出了传统的电源开关控制电路。如图1所示，PMOS串联在辅助电源的电源输入端BAT和变压器的原边之间。通过控制PMOS的通断控制启动芯片U1进而对开关管Q1进行控制，从而实现对辅助电源模块的开关机控制。

随着模块化UPS的功率密度和复杂程度的逐渐提高，辅助电源模块的功率等级也在逐渐提高，这就使得PMOS的热应力问题越来越难以解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的采用PMOS实现对辅助电源模块的开关机控制的技术方案难以解决PMOS的热应力问题的缺陷，提供一种无需使用PMOS管，从而与电源模块的功率等级无关的电源开关控制电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电源开关控制电路，包括：

导通模块，所述导通模块的第一输入端接收控制信号，并基于所述控制信号导通和关断，所述导通模块的第二输入端同时连接变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号，所述导通模块的输出端在所述导通模块导通时输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号；

启动模块，所述启动模块从所述导通模块的输出端接收所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号，并基于所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号输出PWM控制信号；

开关管模块，所述开关管模块的控制端接收所述PWM控制信号、输入端连接到所述变压器的原边绕组的第二端、输出端连接到所述变压器的自馈绕组的第二端以基于所述PWM控制信号控制所述电源的开机和关机。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述导通模块包括光耦，所述光耦的发射端阳极接收所述控制信号、发射端阴极接地、接收端集电极连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、接收端发射极连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述导通模块进一步包括第一二极管、限流电阻、第二二极管、第三二极管和分流电阻，所述第一二极管的阳极接收所述控制信号、阴极经所述限流电阻连接到所述光耦的发射端阳极，所述第二二极管的阳极连接所述光耦的发射端阳极、阴极接地，所述第三二极管的阴极连接所述光耦的发射端阳极、阳极接地，所述分流电阻连接在所述光耦的发射端阳极和地之间。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述导通模块包括继电器，所述继电器的第一线圈控制端接收所述控制信号、第二线圈控制端接地、动触头连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、静触点连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述导通模块包括第四二极管，所述第四二极管的阴极连接所述继电器的第一线圈控制端、阳极接地。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述导通模块为三极管，所述三极管的基极接收所述控制信号、集电极连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、发射极连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述导通模块为金属氧化物半导体场效应晶体管，所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极接收所述控制信号、漏极连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、源极连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述启动模块包括启动芯片、启动电阻和启动电容，其中所述启动芯片的控制端接收所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号，所述启动芯片的信号输出端输出所述PWM控制信号，所述启动电阻连接到所述变压器的原边绕组的第一端和所述导通模块的第二输入端之间，所述启动电容连接到所述导通模块的输出端和所述变压器的自馈绕组的第二端之间。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述的电源开关控制电路还包括反顶二极管，所述反顶二极管的阳极连接所述变压器的自馈绕组的第一端、阴极连接所述导通模块的第二输入端。

在本发明所述的电源开关控制电路中，所述开关管模块包括开关管，所述开关管的栅极连接所述启动芯片的信号输出端，源极连接所述变压器的自馈绕组的第二端、漏极连接所述变压器的原边绕组的第二端。

实施本发明的电源开关控制电路，通过控制导通模块的开通和断开来控制电源的开机和关机，从而避免了PMOS管的使用，因而与辅助电源的功率等级无关，也无需考虑器件的热应力问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的电源开关控制电路的电路原理图；

图2是本发明的电源开关控制电路的原理框图；

图3是本发明的电源开关控制电路的第一实施例的电路原理图；

图4是本发明的电源开关控制电路的第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的电源开关控制电路包括导通模块100、启动模块200和开关管模块300。其中所述导通模块100的第一输入端接收控制信号，并基于所述控制信号导通和关断。所述导通模块100的第二输入端同时连接变压器T1的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器T1的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号。当导通模块100在控制信号的控制下导通时，从变压器T1的原边绕组的第一端接收的原边输入启动信号和从所述变压器T1的自馈绕组的第一端接收的自馈输入启动信号可以送入到导通模块100的输出端，此时，导通模块100的输出端可以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。当导通模块100断开时，导通模块100的输出端无信号输出。所述启动模块200从所述导通模块100的输出端接收所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号，并基于所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号输出PWM控制信号。所述开关管模块300的控制端连接所述启动模块200的输出端、输入端连接到所述变压器T1的原边绕组的第二端、输出端连接到所述变压器T1的自馈绕组的第二端。所述开关管模块300基于所述PWM控制信号控制所述电源的开机和关机。

本领域技术人员知悉当导通模块100导通后，变压器T1原边绕组的第一端所连接的输入电压经导通模块100给启动模块200提供原边输入启动信号。经过一段时间以后，启动模块200开始工作，提供PWM信号控制开关管模块300导通，变压器T1正常工作，此时变压器T1的自馈绕组的电压开始上升，同时也可以为启动模块200提供自馈输入启动信号，直至启动过程结束。

当导通模块100关断时，启动模块200无法从导通模块100接收原边输入启动信号和自馈输入启动信号，因此其电压逐渐降低，直至掉电，此时开关管模块300由于接收不到PWM信号，从而关断，整个电源掉电。

本领域技术人员知悉，所述导通模块100可以是光耦、继电器、三极管、MOS管等开关器件。所述启动模块200可以基于现有技术的任何启动芯片及其附属电路构建，所述开关管模块300也可以基于现有技术的任何开关管及其附属电路构建。本领域技术人员进一步知悉，所述电源的变压器T1以及其拓扑电路可以选择反激式拓扑、正激式拓扑、降压拓扑、降压-升压拓扑、半桥拓扑或者全桥拓扑。

实施本发明的电源开关控制电路，通过控制导通模块的开通和断开来控制电源的开机和关机，从而避免了PMOS管的使用，因而与辅助电源的功率等级无关，也无需考虑器件的热应力问题。

图3是本发明的电源开关控制电路的第一实施例的电路原理图。如图3所示，本发明的电源开关控制电路包括导通模块、启动模块和开关管模块。其中所述导通模块包括光耦U2。所述启动模块包括启动芯片U1、启动电阻R3和启动电容C1、C2。所述开关管模块包括开关管Q1。

所述光耦U2的发射端阳极顺序经限流电阻R1、第一二极管D1的阴极、阳极接收所述控制信号Aux_Power_Start来控制光耦U2的导通和关断。光耦U2的发射端阴极接地。光耦U2的接收端集电极经启动电阻R3连接所述变压器T1的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号POWER+。同时光耦U2的接收端集电极经反顶二极管D4的阴极、阳极连接所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号。光耦U2的接收端发射极连接启动芯片U1的控制端以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。光耦U2的接收端发射极同时经并联的启动电容C1和C2连接到所述变压器的自馈绕组的第二端。分流电阻R2连接在所述光耦U2的发射端阳极和发射端阴极之间。第二二极管D2的阳极连接所述光耦U2的发射端阳极、阴极接地。第三二极管D3的阴极连接所述光耦U2的发射端阳极、阳极接地。所述启动芯片U1的控制端连接光耦U2的输出端，从而接收所述原边输入启动信号POWER+和所述自馈输入启动信号。所述启动芯片U1的信号输出端输出PWM控制信号给开关管Q1的栅极。开关管Q1的源极连接所述变压器T1的自馈绕组的第二端、漏极连接所述变压器T1的原边绕组的第二端。

下面结合图3对本发明的电源开关控制电路的原理说明如下。整机系统通过控制信号Aux_Power_Start来控制光耦U2的导通和关断。当光耦U2导通时，变压器T1的原边绕组的原边输入启动信号POWER+通过启动电阻R3给启动电容C1和C2充电。经过一段时间之后启动芯片U1开始工作，此时主变压器T1的自馈绕组电压逐渐上升，同时也可以为启动芯片U1提供自馈输入启动信号，直至启动过程结束。此时输出电压和启动芯片U1的供电电压均达到预期值。当光耦U2关断时，启动芯片U1既无法从原边输入启动信号POWER+获得能量，也无法从主变压器T1的自馈绕组的自馈输入启动信号获得能量，因此其供电电压逐渐降低到启动芯片的最低工作电压以下，此时开关管模块300由于接收不到PWM信号，从而关断，整个电源掉电。

本领域技术人员知悉，所述导通模块100除可以是本实施例的光耦外，还可以是继电器、三极管、MOS管等开关器件。所述启动模块200可以基于现有技术的任何启动芯片及其附属电路构建，所述开关管模块300也可以基于现有技术的任何开关管及其附属电路构建。本领域技术人员进一步知悉，所述电源的变压器T1以及其拓扑电路可以选择反激式拓扑、正激式拓扑、降压拓扑、降压-升压拓扑、半桥拓扑或者全桥拓扑。

实施本发明的电源开关控制电路，通过控制导通模块的开通和断开来控制电源的开机和关机，从而避免了PMOS管的使用，因而与辅助电源的功率等级无关，也无需考虑器件的热应力问题。

图4是本发明的电源开关控制电路的第二实施例的电路原理图。图4中所述的电源开关控制电路与图3所示的本发明的电源开关控制电路的区别仅在与导通模块的构建不同。在此仅对导通模块的构造进行说明。

在本实施例中，该导通模块包括继电器RLY1。所述继电器RLY1的第一线圈控制端接收所述控制信号Aux_Power_Start、第二线圈控制端接地。所述继电器RLY1的动触头连接所述变压器T1的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号POWER+和所述变压器T1的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号。所述继电器RLY1的静触点连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。所述继电器RLY1的第一线圈控制端和第二线圈控制端之间连接第四二极管D5，所述二线圈控制端接地。

由于图4所示出的实施例的启动模块、开关管模块的构造以及整个电源开关控制电路的工作原理以及效果均与图3中示出的实施例相同，在此就不再累述了。

本领域技术人员知悉，除了图3和4示出的光耦和继电器以外，导通模块还可以选用三极管或者金属氧化物半导体场效应晶体管等其他开关器件。当使用三极管时，所述三极管的基极接收所述控制信号、集电极连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、发射极连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。当使用金属氧化物半导体场效应晶体管时，所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极接收所述控制信号、漏极连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、源极连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号。

基于本发明的教导，本领域技术人员能够实现采用三极管或者金属氧化物半导体场效应晶体管实现本发明，其工作原理以及效果与使用光耦的实施例相同，在此就不再累述。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (4)

1.一种电源开关控制电路，其特征在于，包括：

导通模块，所述导通模块的第一输入端接收控制信号，并基于所述控制信号导通和关断，所述导通模块的第二输入端同时连接变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号，所述导通模块的输出端在所述导通模块导通时输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号；

启动模块，所述启动模块从所述导通模块的输出端接收所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号，并基于所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号输出PWM控制信号；

开关管模块，所述开关管模块的控制端接收所述PWM控制信号、输入端连接到所述变压器的原边绕组的第二端、输出端连接到所述变压器的自馈绕组的第二端以基于所述PWM控制信号控制所述电源的开机和关机；所述导通模块包括光耦，所述光耦的发射端阳极接收所述控制信号、发射端阴极接地、接收端集电极连接所述变压器的原边绕组的第一端以接收原边输入启动信号和所述变压器的自馈绕组的第一端以接收自馈输入启动信号、接收端发射极连接所述启动模块以输出所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号；

所述导通模块进一步包括第一二极管、限流电阻、第二二极管、第三二极管和分流电阻，所述第一二极管的阳极接收所述控制信号、阴极经所述限流电阻连接到所述光耦的发射端阳极，所述第二二极管的阳极连接所述光耦的发射端阳极、阴极接地，所述第三二极管的阴极连接所述光耦的发射端阳极、阳极接地，所述分流电阻连接在所述光耦的发射端阳极和地之间。

2.根据权利要求1所述的电源开关控制电路，其特征在于，所述启动模块包括启动芯片、启动电阻和启动电容，其中所述启动芯片的控制端接收所述原边输入启动信号和所述自馈输入启动信号，所述启动芯片的信号输出端输出所述PWM控制信号，所述启动电阻连接到所述变压器的原边绕组的第一端和所述导通模块的第二输入端之间，所述启动电容连接到所述导通模块的输出端和所述变压器的自馈绕组的第二端之间。

3.根据权利要求2所述的电源开关控制电路，其特征在于，所述的电源开关控制电路还包括反顶二极管，所述反顶二极管的阳极连接所述变压器的自馈绕组的第一端、阴极连接所述导通模块的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的电源开关控制电路，其特征在于，所述开关管模块包括开关管，所述开关管的栅极连接所述启动芯片的信号输出端，源极连接所述变压器的自馈绕组的第二端、漏极连接所述变压器的原边绕组的第二端。