CN105337601B - 一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，包括依次连接的输入电源处理电路、稳压电路、非对称式时间可调积分电路、脉宽调制电路和功率管开关控制电路。相对于现有技术，本发明具有以下优势：满足智能控制，通过调整电路元器件参数，可实现“电源开启、关断时间可调节”功能；满足特殊使用，特别适合于需要缓慢开启、缓慢(或快速)关断电源的智能化设备或仪器。

Description

一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，尤其是涉及一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路。

背景技术

现有的电源开关电路主要实现以下功能：

(1)电源开关闭合时，电源电路迅速启动，在电源电路的输出端，电压在很短的时间内，由0伏上升到额定电压值。

(2)电源开关断开时，电源电路迅速关断，在电源电路的输出端，电压在很短的时间内，由额定电压值下降到0伏。

上述快速开启、快速关断的电源开关电路，不仅在电源开关电路内部形成了极大的冲击电流，而且在其负载端也极易形成过大的电压冲击。这些不利因素往往给PCB设计、元器件安全以及设备的可靠性带来了较大的隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，适合于要求缓慢开启、缓慢(或快速)关断电源的设备或仪器。

本发明的核心思想是利用非对称式时间可调积分电路技术、PWM(脉宽调制)技术以及功率管开关控制技术，对传统电源开关电路进行改进设计，特别适合于要求缓慢开启、缓慢(或快速)关断电源的设备或仪器。通过调整元器件参数，还能够实现电源开启、关断时间均可调节的功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，包括依次连接的如下单元：

输入电源处理电路，用来对外部输入的电源信号进行防反接、瞬态抑制、滤波处理；

稳压电路，用来对输入电源处理电路输出的电源信号进行稳压，形成后续非对称式时间可调积分电路、脉宽调制电路的供电电源；

非对称式时间可调积分电路，通过运算放大器实现用来输出电源开关闭合时幅值逐步增加的、电源开关断开时幅值逐步减小的电压信号；

脉宽调制电路，通过PWM控制芯片的信号转换，分别输出电源开关闭合时脉宽逐步增加的、电源开关断开时脉宽逐步减小的开关信号；

功率管开关控制电路，通过三极管的电平转换和功率管的电压驱动，在输出端分别输出电源开关闭合时缓慢上升的、电源开关断开时缓慢下降的电压信号。

进一步的，所述输入电源处理电路包括瞬态抑制二极管Z2、滤波电容E2、电容C2和防反接二极管D1，经过防反接二极管D1处理的电源正极与输入电源负极之间并联瞬态抑制二极管Z2、滤波电容E2、电容C2，输入电源正极与瞬态抑制二极管Z2的阴极之间串联防反接二极管D1。

进一步的，所述稳压电路包括并联在一起的稳压管Z1、电容E1、电容C1，所述输入电源处理电路的输出端通过电阻R1连接稳压管Z1的阴极、电容E1的正极，稳压管Z1的阳极与电路地连接。

进一步的，所述非对称式时间可调积分电路，包括运算放大器U1、电源开关S1、可调电阻R3，所述运算放大器U1的正向输入端通过电阻R6、二极管D2和电阻R9接地，所述二极管D2与可调电阻R3并联，所述可调电阻R3的中间端通过电阻R2与电源开关S1的一端相连，电源开关S1的另一端与稳压电路相连，可调电阻R3与电阻R9连接的一端与可调电阻R3的中间端相连；所述运算放大器U1的反向输入端通过电阻R5接地，还通过电阻R4接稳压电路输出的稳压电源VCC；所述运算放大器U1的输出端通过电容C3和电阻R6反馈到运算放大器U1的正向输入端。

进一步的，所述脉宽调制电路包括PWM控制芯片U2，PWM控制芯片U2的型号为SG3524，PWM控制芯片U2的第1、9管脚相连；PWM控制芯片U2的第4、5管脚接地；PWM控制芯片U2的第2管脚通过电阻R8接所述非对称式时间可调积分电路的输出端，且通过电阻R7接电路地；PWM控制芯片U2的第11、14管脚相连后连接功率管开关控制电路的控制端。

进一步的，所述功率管开关控制电路包括三极管Q1和功率管M1，所述三极管Q1的基极通过电阻R11与PWM控制芯片U2的第11管脚相连，其发射极通过电阻R15接地，其集电极与功率管M1的栅极相连；所述三极管Q1的基极通过电阻R14接电路地，电阻R14与稳压管Z3并联，稳压管Z3的阴极接Q1的基极；所述功率管M1的源极与防反接二极管D1的阴极相连，其栅极通过电阻R12与防反接二极管D1的阴极相连，其漏极通过电容E3接电路地GND，且其漏极为电源的输出端。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)满足智能控制，通过调整电路元器件参数，可实现“电源开启、关断时间可调节”功能；

(2)满足特殊使用，特别适合于需要缓慢开启、缓慢(或快速)关断电源的智能化设备或仪器；

(3)使用方便，可以实现远程操作与控制，在远端开启、关断设备或仪器的电源，且电路设计合理，容易实现；

(4)通过对电源启动、关断时的软控制，既能够降低电源启动时形成的对内(电源电路)冲击电流，又能够降低电源关断时形成的对外(供电负载)冲击电压；能够有效降低电子产品的电磁干扰峰值，提升电子产品的安全寿命，减轻为抗干扰而对产品进行的过于繁重的保护性设计措施。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的电路原理图。

1-输入电源处理电路，2-稳压电路，3-非对称式时间可调积分电路，4-脉宽调制电路，5-功率管开关控制电路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，如图1所示，包括依次连接的输入电源处理电路1、稳压电路2、非对称式时间可调积分电路3、脉宽调制电路4和功率管开关控制电路5。

所述输入电源处理电路包括瞬态抑制二极管Z2、滤波电容E2、电容C2和防反接二极管D1，经过防反接二极管D1处理的电源正极与输入电源负极之间并联瞬态抑制二极管Z2、滤波电容E2、电容C2，输入电源正极与瞬态抑制二极管Z2的阴极之间串联防反接二极管D1；其中输入电源负极即为电路地；

所述输入电源处理电路1的功能是将外部输入的电源信号经过防反接、瞬态抑制、滤波处理，形成后续稳压电路2、功率管开关控制电路5的供电电源。

所述稳压电路2包括并联在一起的稳压管Z1、电容E1、电容C1，所述防反接二极管D1的阴极通过电阻R1连接稳压管Z1的阴极，稳压管Z1的阴极与电容E1的正极连接，稳压管Z1的阳极与电路地连接；

所述稳压电路2的功能是将经过输入电源处理电路1的防反接、瞬态抑制、滤波处理的电源信号，通过阻容滤波、稳压管稳压，形成后续非对称式时间可调积分电路3、脉宽调制电路4的稳定的供电电源。

所述非对称式时间可调积分电路3，包括运算放大器U1、电源开关S1、可调电阻R3，所述运算放大器U1的第3管脚(正向输入端)通过电阻R6、二极管D2和电阻R9接地，所述二极管D2与可调电阻R3并联，所述二极管D2的阴极通过电阻R9接地，所述可调电阻R3的中间端通过电阻R2与电源开关S1的一端相连，电源开关S1的另一端与防反接二极管D1的阴极相连，可调电阻R3与电阻R9连接的一端与可调电阻R3的中间端相连；所述运算放大器U1的第2管脚(即反向输入端)通过电阻R5接地，还通过电阻R4接稳压电路2输出的稳压电源VCC；所述运算放大器U1的第6管脚(即输出端)通过电容C3和电阻R6反馈到运算放大器U1的第3管脚；所述运算放大器U1的第7管脚接稳压电路2的稳压电源VCC；运算放大器U1的第4管脚接地；运算放大器U1的第1、8管脚之间接电容C4。

所述非对称式时间可调积分电路3的功能是将电源开关的电气状态，经过非对称式时间可调积分电路3的信号处理，输出幅值逐步增加的(电源开关闭合时)、幅值逐步减小的(电源开关断开时)电压信号。

所述脉宽调制电路4包括PWM控制芯片U2，PWM控制芯片U2的第1、9管脚相连；PWM控制芯片U2的第4、5管脚接地；PWM控制芯片U2的第2管脚通过电阻R8接运算放大器U1的输出端，且通过电阻R7接电路地；PWM控制芯片U2的第6管脚通过电阻R10接地，第7管脚通过电容C5接地，PWM控制芯片U2的第8管脚接地，PWM控制芯片U2的第10管脚通过电阻R13接地，PWM控制芯片U2的第12、13、15管脚相连后接稳压电源VCC；PWM控制芯片U2的第11、14管脚相连后连接功率管开关控制电路；本实施例PWM控制芯片U2选择UG3524型号芯片。

所述脉宽调制电路4将非对称式时间可调积分电路3输出的控制信号，经过PWM控制芯片U2的信号转换，分别输出脉宽逐步增加的(电源开关闭合时)、脉宽逐步减小的(电源开关断开时)开关信号。

所述功率管开关控制电路5包括三极管Q1和功率管M1，所述三极管Q1的基极通过电阻R11与PWM控制芯片U2的第11管脚相连，其发射极通过电阻R15接地，其集电极与功率管M1的栅极相连；所述三极管Q1的基极通过电阻R14接电路地，电阻R14与稳压管Z3并联，稳压管Z3的阴极接Q1的基极；所述功率管M1的源极与防反接二极管D1的阴极相连，其栅极通过电阻R12与防反接二极管D1的阴极相连，其漏极通过电容E3接电路地GND，且其漏极为电源的输出端。

所述功率管开关控制电路5将脉宽调制电路4输出的脉宽可变控制信号，经过三极管的电平转换、功率管的电压驱动，在电源输出端分别输出缓慢上升的(电源开关闭合时)、缓慢下降的(电源开关断开时)电压信号，从而实现了电源电路的软启动与软关断。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，其特征在于包括依次连接的如下单元：

输入电源处理电路，用来对外部输入的电源信号进行防反接、瞬态抑制、滤波处理；

稳压电路，用来对输入电源处理电路输出的电源信号进行稳压，形成后续非对称式时间可调积分电路、脉宽调制电路的供电电源；

非对称式时间可调积分电路，通过运算放大器实现用来输出电源开关闭合时幅值逐步增加的、电源开关断开时幅值逐步减小的电压信号；

脉宽调制电路，通过PWM控制芯片的信号转换，分别输出电源开关闭合时脉宽逐步增加的、电源开关断开时脉宽逐步减小的开关信号；

功率管开关控制电路，通过三极管的电平转换和功率管的电压驱动，在输出端分别输出电源开关闭合时缓慢上升的、电源开关断开时缓慢下降的电压信号。

2.根据权利要求1所述的非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，其特征在于：所述输入电源处理电路包括瞬态抑制二极管Z2、滤波电容E2、电容C2和防反接二极管D1，经过防反接二极管D1处理的电源正极与输入电源负极之间并联瞬态抑制二极管Z2、滤波电容E2、电容C2，输入电源正极与瞬态抑制二极管Z2的阴极之间串联防反接二极管D1。

3.根据权利要求1所述的非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，其特征在于：所述稳压电路包括并联在一起的稳压管Z1、电容E1、电容C1，所述输入电源处理电路的输出端通过电阻R1连接稳压管Z1的阴极、电容E1的正极，稳压管Z1的阳极与电路地连接。

4.根据权利要求1所述的非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，其特征在于：所述非对称式时间可调积分电路，包括运算放大器U1、电源开关S1、可调电阻R3，所述运算放大器U1的正向输入端通过电阻R6、二极管D2和电阻R9接地，所述二极管D2与可调电阻R3并联，所述可调电阻R3的中间端通过电阻R2与电源开关S1的一端相连，电源开关S1的另一端与输入电源处理电路的输出端相连，可调电阻R3与电阻R9连接的一端与可调电阻R3的中间端相连；所述运算放大器U1的反向输入端通过电阻R5接地，还通过电阻R4接稳压电路输出的稳压电源VCC；所述运算放大器U1的输出端通过电容C3和电阻R6反馈到运算放大器U1的正向输入端；所述运算放大器U1的第7管脚接稳压电路2的稳压电源VCC；运算放大器U1的第4管脚接地；运算放大器U1的第1、8管脚之间接电容C4。

5.根据权利要求1所述的非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，其特征在于：所述脉宽调制电路包括PWM控制芯片U2，PWM控制芯片U2的型号为UG3524，PWM控制芯片U2的第1、9管脚相连；PWM控制芯片U2的第4、5管脚接地；PWM控制芯片U2的第2管脚通过电阻R8接所述非对称式时间可调积分电路的输出端，且通过电阻R7接电路地；PWM控制芯片U2的第11、14管脚相连后连接功率管开关控制电路的控制端；PWM控制芯片U2的第10管脚通过电阻R13接地，PWM控制芯片U2的第12、13、15管脚相连后接稳压电源VCC。

6.根据权利要求1或5所述的非对称式时间可调的软启动、软关断电源开关电路，其特征在于：所述功率管开关控制电路包括三极管Q1和功率管M1，所述三极管Q1的基极通过电阻R11与PWM控制芯片U2的第11管脚相连，其发射极通过电阻R15接地，其集电极与功率管M1的栅极相连；所述三极管Q1的基极通过电阻R14接电路地，电阻R14与稳压管Z3并联，稳压管Z3的阴极接Q1的基极；所述功率管M1的源极与防反接二极管D1的阴极相连，其栅极通过电阻R12与防反接二极管D1的阴极相连，其漏极通过电容E3接电路地GND，且其漏极为电源的输出端。