CN104467394B - 一种辅助电源启动及电压检测电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助电源启动及电压检测电路及其控制方法。所述电路包括DC/DC功率模块、电源管理芯片、第一电容、第一MOS管、第一二极管、第二二极管、功率电阻模块、第三电阻和第四电阻。本发明只使用一组功率电阻模块同时实现了辅助电源启动和母线电压检测功能，减小了使用功率电阻的数量，降低了系统功耗和电路成本，减少了占用PCB电路板的面积，降低了技术人员的布线难度，提到了系统的可靠性。

Description

一种辅助电源启动及电压检测电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及检测电路技术领域，更具体地说，特别涉及一种辅助电源启动及电压检测电路及其控制方法。

背景技术

通常在完整的电源系统中都存在直流储能滤波模块和辅助电源模块，如变频器、UPS等。为了简化电路，辅助电源通常直接从直流母线取电，转换得到控制系统所需的各路电压。所以辅助电源的启动电阻是直接连接到直流母线的正端的。另外为了控制算法和过压、欠压保护的需要，在这些系统中往往还需要对直流母线的电压进行检测。图1所示即为典型的辅助电源启动及电压检测方式。下面简单的介绍一下图1的工作原理。

Vbus为输入的直流母线电压，该电压可以是外部输入的直流高压电源或交流高压电源通过整流滤波模块转换得到的直流高压电源。

功率转换模块U1、电源管理芯片U2、二极管D1、电容C1、功率电阻R1和R2构成完成的辅助电源。直流母线上电时，直流母线电压Vbus通过R1、R2对C1充电，C1的电压从零开始上升。当C1的电压上升到UC284X的启动电压后，UC284X开始工作，输出驱动信号到DC/DC转换模块，DC/DC转换模块的各路输出电压逐步建立起来(其中一路输出电压Vau在给系统其它电路供电的同时，也对UC284X进行供电，因此Vau的电压高于UC284X的欠压门槛)。即Vau的电压逐步上升，同时C1的电压开始下降，通过对C1选择合适的电容值，可保证在C1上的电压下降到UC284X欠电压门槛之前，Vau的电压已经建立完成。这时C1上消耗的电荷由U1的其中一路输出电压Vau进行补充，C1电压不再下降，稳定在比Vau低一个二极管正向压降的电位。二极管D1的作用是防止在辅助电源启动过程中，R1、R2对C1的充电电流被其它电路分流，使电源管理芯片UC284X无法正常启动。

直流母线电压的采集技术是实现电源变换算法的必要条件之一，同时直流母线的过电压和欠电压保护也是系统非常重要的保护功能，因此必须对直流母线的电压进行检测，最简单的检测方式是直接在直流母线上并联分压电阻网络，并将分压得到的小信号送至系统的控制单元。图1中的电阻R3、R4、R5即构成了完整的母线电压检测电路，Vsense即为采集到的母线电压信号。通过调整R3+R4与R5的比值，就可调整Vsense与母线电压的比 值。

由于辅助电源的启动电路和母线电压的检测电路是相互独立的，需要使用两种体积较大和成本较高的功率电阻。因此图1所示的电路存在着以下缺点：首先大量使用功率电阻增加了电路成本；其次功率电阻要耗费较大的功率，使电路效率降低；最后功率电阻体积较大，而且功率电阻与高电压相连，在PCB板上必须留较大的安规距离，占用了大量的PCB电路板空间，增加了PCB布线难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辅助电源启动及电压检测电路，使其具有降低系统功耗和电路成本，减少了占用PCB电路板的面积，降低了技术人员的布线难度，提到了系统可靠性的功能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种辅助电源启动及电压检测电路，包括DC/DC功率模块、电源管理芯片、第一电容、第一MOS管、第一二极管、第二二极管、功率电阻模块、第三电阻和第四电阻；

所述DC/DC功率模块的输入端与直流母线的第一端连接，其控制极与电源管理芯片的VO端连接，DC/DC功率模块的任意一路输出端与第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与电源管理芯片的VCC端连接，第一二极管的阴极还经过第一电容接地；所述电源管理芯片的GND端还与直流母线的第二端连接；

所述功率电阻模块的一端与直流母线的第一端连接，其另一端与第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极与第一二极管的阴极连接；

所述第一MOS管的栅极经过第四电阻后与第一二极管的阳极连接，其漏极与第二二极管的阳极连接，其源极经过第三电阻后与直流母线的第二端连接。

优选地，所述功率电阻模块包括依次串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与直流母线的第一端连接，其另一端通过第二电阻后与第二二极管的阳极连接。

优选地，所述第一电阻和第二电阻为功率电阻，所述第三电阻为小信号电阻。

优选地，所述电源管理芯片的型号为UC284X。

本发明还提供一种根据上述的辅助电源启动及电压检测电路的控制方法，包括以下步骤，

第一步、直流母线上电时，直流母线电压通过功率电阻模块和第二二极管构成的串联回路对第一电容充电；

第二步、当第一电容的电压上升到电源管理芯片的启动电压后，电源管理芯片开始工作，输出驱动信号到DC/DC功率模块，DC/DC功率模块的各路输出电压逐步建立起来，其中一路输出电压在给系统其它电路供电的同时，也对电源管理芯片进行供电；

第三步、当其中一路输出电压达到第一MOS管的开启电压时，第一MOS管开启，第二二极管反偏截止，功率电阻模块上的电流全部流过第一MOS管和第三电阻，使第三电阻产生与母线电压成比例的信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明只使用一组功率电阻模块同时实现了辅助电源启动和母线电压检测功能，减小了使用功率电阻的数量，降低了系统功耗和电路成本，减少了占用PCB电路板的面积，降低了技术人员的布线难度，提到了系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的电源系统辅助电源启动及电压检测电路的电气原理图；

图2为本发明的电源系统辅助电源启动及电压检测电路的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图2所示，本发明提供一种辅助电源启动及电压检测电路，包括DC/DC功率模块U1、电源管理芯片U2、第一电容C1、第一MOS管S1、第一二极管D1、第二二极管D2、功率电阻模块、第三电阻R3和第四电阻R4。

所述DC/DC功率模块U1的输入端与直流母线的第一端连接，其控制极与电源管理芯片U2的VO端连接，DC/DC功率模块的任意一路输出端与第一二极管D1的阳极连接；所述第一二极管D1的阴极与电源管理芯片U2的VCC端连接，第一二极管D1的阴极还经过第一电容C1接地；所述电源管理芯片U2的GND端还与直流母线的第二端连接；所述功率电阻模块的一端与直流母线的第一端连接，其另一端与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阴极连接；所述第一MOS管S1的栅极经过第四电阻R4 后与第一二极管D1的阳极连接，其漏极与第二二极管D2的阳极连接，其源极经过第三电阻R3后与直流母线的第二端连接。

作为优选，本实施例中的功率电阻模块包括依次串联的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与直流母线的第一端连接，其另一端通过第二电阻R2后与第二二极管D2的阳极连接。并且，功率电阻模块根据实际电路可为若干功率电阻的串联或并联而成。

下面对本发明的原理作进一步介绍：

Vbus为输入的直流母线电压，该电压可以是外部输入的直流高压电源或交流高压电源通过整流滤波模块转换得到的直流高压电源。

DC/DC功率模块U1、电源管理芯片U2、第一二极管D1、第二二极管D2、电容C1、功率电阻R1和R2构成完整的辅助电源。直流母线上电时，直流母线电压Vbus通过由R1、R2及第二二极管D2构成的串联回路对电容C1充电，C1的电压从零开始上升。当C1的电压上升到电源管理芯片U2的启动电压后，电源管理芯片U2开始工作，输出驱动信号到DC/DC功率模块U1，DC/DC功率模块U1的各路输出电压逐步建立起来(其中一路输出电压Vau在给系统其它电路供电的同时，也对电源管理芯片U2进行供电，因此Vau的电压高于电源管理芯片U2的欠压门槛)。即Vau的电压逐步上升，同时C1的电压开始下降，通过对电容C1选择合适的电容值，可保证在C1上的电压下降到电源管理芯片U2欠电压门槛之前，Vau的电压已经建立完成。这时C1上消耗的电荷由U1的其中一路输出电压Vau进行补充，C1电压不再下降，稳定在比Vau低一个二极管正向压降的电位。D1的作用是防止在辅助电源启动过程中，R1、R2对C1的充电电流被其它电路分流，使电源管理芯片U2无法正常启动。

当电源管理芯片U2开始工作后，功率电阻R1、R2已经完成了启动任务，这时电源管理芯片U2工作所需的电流都由电容C1存储的能量提供。因此，当Vau的电压达到第一MOS管S1的开启电压时，第一MOS管S1开通。由于电源管理芯片U2的工作电压高于5V，而Vsense为送入控制系统的信号，为小于5V的电压，因此第二二极管D2反偏截止。电阻R1、R2上的电流全部流过第一MOS管S1和第三电阻R3，使第三电阻R3产生与母线电压成比例的信号，功率电阻R1、R2由电源启动的作用过渡为电压检测的作用。此时，功率电阻R1、R2，小信号电阻R3构成电压检测电路(MOS管S1的通态电阻非常小，对母线电压检测的影响可以忽略)。Vsense即为所需要的母线电压检测信号，即为送入系统控制单元的信号。而通过调整R1+R2与R3的比值，就可调整Vsense与母线电压的比值,通常R1+R2 远远大于R3，Vsense为小于5V的电压信号。

作为优选，本发明中的第一电阻R1和第二电阻R2为功率电阻，第三电阻R3为小信号电阻。电源管理芯片U2的型号为UC284X。

以上对本发明所提供的一种辅助电源启动及电压检测电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种辅助电源启动及电压检测电路，其特征在于：包括DC/DC功率模块、电源管理芯片、第一电容、第一MOS管、第一二极管、第二二极管、功率电阻模块、第三电阻和第四电阻；

所述DC/DC功率模块的输入端与直流母线的第一端连接，其控制极与电源管理芯片的VO端连接，DC/DC功率模块的任意一路输出端与第一二极管的阳极连接；所述第一二极管的阴极与电源管理芯片的VCC端连接，第一二极管的阴极还经过第一电容接地；所述电源管理芯片的GND端还与直流母线的第二端连接；

所述功率电阻模块的一端与直流母线的第一端连接，其另一端与第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极与第一二极管的阴极连接；

所述第一MOS管的栅极经过第四电阻后与第一二极管的阳极连接，其漏极与第二二极管的阳极连接，其源极经过第三电阻后与直流母线的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的辅助电源启动及电压检测电路，其特征在于：所述功率电阻模块包括依次串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与直流母线的第一端连接，其另一端通过第二电阻后与第二二极管的阳极连接。

3.根据权利要求2所述的辅助电源启动及电压检测电路，其特征在于：所述第一电阻和第二电阻为功率电阻，所述第三电阻为小信号电阻。

4.根据权利要求2所述的辅助电源启动及电压检测电路，其特征在于：所述电源管理芯片的型号为UC284X。

5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的辅助电源启动及电压检测电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步、直流母线上电时，直流母线电压通过功率电阻模块和第二二极管构成的串联回路对第一电容充电；

第二步、当第一电容的电压上升到电源管理芯片的启动电压后，电源管理芯片开始工作，输出驱动信号到DC/DC功率模块，DC/DC功率模块的各路输出电压逐步建立起来，其中一路输出电压在给系统其它电路供电的同时，也对电源管理芯片进行供电；

第三步、当其中一路输出电压达到第一MOS管的开启电压时，第一MOS管开启，第二二极管反偏截止，功率电阻模块上的电流全部流过第一MOS管和第三电阻，使第三电阻产生与母线电压成比例的信号。