CN105846400B - 单级开环应急供电电路 - Google Patents

Abstract

单级开环应急供电电路，包括开环升压模块、欠压保护模块、过压保护模块及基准电压模块；采用开关升压模块将电源的输入电压以直流‑直流的转换形式来实现应急供电，同时在电源的输入电压过压或欠压时，过压保护模块及欠压保护模块对应作出保护动作，控制开关升压模块停止工作，即控制电源的输入电压停止对负载供电。上述电路简单可靠，且采用直流‑直流的转换形式，能够提高转换效率，且能够在过压及欠压状态下保护负载。

Description

单级开环应急供电电路

技术领域

本发明涉及应急电路，特别是涉及一种简单的、效率高的单级开环应急供电电路。

背景技术

通常的电源应急供电逆变电路由准闭环直流-直流升压和直流-交流逆变两级电路构成，输出电压通过第二级的直流-交流逆变电路来做闭环稳压。此类应急供电电路能输出一个稳定的交流电压，适用于需要稳压供电的应急供电场合，但是由于采用了两级电路，电路的效率低成本高。

发明内容

基于此，有必要提供一种简单的、效率高的单级开环应急供电电路。

一种单级开环应急供电电路，包括开环升压模块、欠压保护模块、过压保护模块及基准电压模块；

所述基准电压模块用于为所述欠压保护模块、所述过压保护模块提供基准电压；所述基准电压模块的输入端电连接电源，所述基准电压模块的输出端电连接所述欠压保护模块以及所述过压保护模块的输入端；所述欠压保护模块及所述过压保护模块的输出端均电连接所述开环升压模块的反馈端；所述开环升压模块的输入端电连接电源、所述开环升压模块的输出端接负载；

所述开环升压模块用于将电源的输入电压升压为负载所需的电压；所述欠压保护模块在所述电源的输入电压欠压时，控制所述开关升压模块停止工作；所述过压保护模块在所述电源的输入电压过压时，控制所述开关升压模块停止工作。

在其中一个实施例中，所述基准电压模块包括电阻R36、稳压源U2、电容C38；

所述电阻R36一端电连接电源，另一端接所述稳压源U2的负极，所述稳压源U2的正极接地；所述电容C38一端接地，另一端接所述稳压源U2的控制端；所述稳压源U2的控制端为所述基准电压模块的输出端。

在其中一个实施例中，所述稳压源U2为芯片TL431。

在其中一个实施例中，所述过压保护模块包括电阻R47、电阻R48、放大器U3、电阻R45、电阻R46及二极管D49；

所述电阻R47一端电连接所述基准电压模块的输出端，另一端电连接所述电阻R48，所述电阻R48远离所述电阻R47的一端接地；所述电阻R45一端电连接电源，另一端电连接所述电阻R46，所述电阻R46远离所述电阻R45的一端接地，所述放大器U3的反相输入端电连接所述电阻R47和所述电阻R48的公共连接点，所述放大器U3的同相输入端电连接所述电阻R45和所述电阻R46的公共连接点，所述放大器U3的输出端电连接所述二极管D49的正极，所述二极管D49的负极电连接所述开环升压模块的反馈端。

在其中一个实施例中，所述放大器U3为芯片LM258。

在其中一个实施例中，所述欠压保护模块包括电阻R41、电阻R42、放大器U4、电阻R39、电阻R40、电容C50及二极管D44；

所述电阻R41一端电连接所述基准电压模块的输出端，另一端电连接所述电阻R42，所述电阻R42远离所述电阻R41的一端电连接所述二极管D44的正极；所述电阻R39一端接电源，另一端电连接所述电阻R40，所述电阻R40远离所述电阻R39的一端接地，所述放大器U4的反相输入端电连接所述电阻R39和所述电阻R40的公共连接点，所述放大器U4的同相输入端电连接所述电阻R41和所述电阻R42的公共连接点，所述放大器U4的输出端电连接所述二极管D44的正极，所述放大器U4的电源端电连接电源；所述二极管D44的负极电连接所述开环升压模块的反馈端；所述电容C50正极电连接电源，负极接地。

在其中一个实施例中，所述放大器U4为芯片LM258。

在其中一个实施例中，所述开环升压模块包括脉宽调制芯片U1、电阻R27、电阻R25、电阻R22、电阻R21、电阻R20、电阻R18、电容C26、电容C19、电容C16、电阻R28、电阻R32、电阻R31、电阻R35、电阻R14、电阻R11、电容C2、电容C10、三极管Q30、三极管Q34、三极管Q15、三极管Q24、场效应管Q4、场效应管Q5、变压器T3、整流桥、二极管D29及二极管D33；

所述脉冲调制芯片U1的引脚13、引脚14、引脚15连接；

所述电阻R27一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚16，另一端接地；

所述电阻R25一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚1，另一端接地；

所述电阻R22一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚2，另一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13；

所述电阻R20一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚4，另一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13；

所述电容C26正极电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13，负极接地；

所述电阻R21一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚4，另一端接地；

所述电容C19一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚5，另一端接地；

所述电阻R18一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚6，另一端接地；

所述脉冲调制芯片U1的引脚8接电源，所述脉冲调制芯片U1的引脚9电连接所述三极管Q30的基极，所述脉冲调制芯片U1的引脚10电连接所述三极管Q34的基极；

所述电容C16正极电连接输入电源，负极接地；

所述电阻R28一端电连接所述三极管Q30的基极，另一端接地；

所述电阻R32一端电连接所述三极管Q34的基极，另一端接地；

所述二极管D29正极电连接所述三极管Q30的基极，负极电连接所述三极管Q30的发射极；

所述三极管D33正极电连接所述三极管Q34的基极，负极电连接所述三极管Q34的发射极；

所述三极管Q30的集电极接地，所述三极管Q34的集电极接地；

所述电阻R31一端电连接所述三极管Q30的发射极，另一端接所述场效应管Q4的栅极；

所述电阻R35一端电连接所述三极管Q34的发射极，另一端电连接所述场效应管Q5的栅极；

所述三极管Q15的发射极电连接工作电压VCC，集电极电连接电源，基极接所述三极管Q24的集电极；所述三极管Q24的发射极接地，所述三极管Q24的基极电连接所述过压保护模块的输出端和所述欠压保护模块的输出端；

所述电阻R14一端接电源，另一端电连接所述三极管Q15的基极和所述三极管Q24的集电极的公共连接点；

所述场效应管Q4的源极和所述场效应管Q5的源极均接地；所述场效应管Q4的漏极和所述场效应管Q5的漏极分别电连接所述变压器T3的初级线圈；所述变压器T3的初级线圈的中心抽头接电源；

所述变压器T3的次级线圈电连接整流桥，所述整流桥的输出端电连接负载；

所述电容C10正极电连接所述整流桥的输出端，负极接地；

所述电阻R11一端电连接所述整流桥的输出端，另一端接地。

在其中一个实施例中，所述脉冲调制芯片U1为芯片TL494。

在其中一个实施例中，还包括电阻R23，所述电阻R23一端同时电连接所述欠压保护模块的输出端和所述过压保护模块的输出端，另一端电连接所述开环升压模块的反馈端。

上述单级开环应急供电电路采用开关升压模块将电源的输入电压以直流-直流的转换形式来实现应急供电，同时在电源的输入电压过压或欠压时，过压保护模块及欠压保护模块对应作出保护动作，控制开关升压模块停止工作，即控制电源的输入电压停止对负载供电。上述电路简单可靠，且采用直流-直流的转换形式，能够提高转换效率，且能够在过压及欠压状态下保护负载。

附图说明

图1为单级开环应急供电电路的模块图；

图2为单级开环应急供电电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，为单级开环应急供电电路的模块图。

一种单级开环应急供电电路，包括开环升压模块104、欠压保护模块103、过压保护模块102及基准电压模块101。

所述基准电压模块101用于为所述欠压保护模块103、所述过压保护模块102提供基准电压；所述基准电压模块101的输入端电连接电源，所述基准电压模块101的输出端电连接所述欠压保护模块103以及所述过压保护模块102的输入端；所述欠压保护模块103及所述过压保护模块102的输出端均电连接所述开环升压模块104的反馈端；所述开环升压模块101的输入端电连接电源的输入电压、所述开环升压模块101的输出端接负载，所述开环升压模块104用于将电源的输入电压升压为负载所需的电压；所述欠压保护模块103在所述电源的输入电压欠压时，控制所述开关升压模块104停止工作；所述过压保护模块102在所述电源的输入电压过压时，控制所述开关升压模块104停止工作。

基准电压模块101用于提供2.5V的基准电压，欠压保护模块103及过压保护模块102监控电源的输入电压，在电源的输入电压出现异常，如过压或欠压时，欠压保护模块103及过压保护模块102输出对应的保护控制信号，使得欠压保护模块103及过压保护模块102执行保护动作。

过压保护模块102用于在电源的输入电压超过额定阈值时，为避免过压对负载造成损坏，电源的输入电压过压时，过压保护模块102输出控制信号控制开环升压模块104停止工作，进而控制电源的输入电压停止对负载供电。

同理，欠压保护模块103用于在电源的输入电压低于额定阈值时，为避免欠压对负载造成损坏，电源的输入电压欠压时，欠压保护模块103输出控制信号控制开环升压模块104停止工作，进而控制电源的输入电压停止对负载供电。

开环升压模块104用于将电源的输入电压的电压升压为负载所需的电压，采用开环直流-直流的转换形式为负载提供升压后的直流电压。

请结合图2。

基准电压模块101包括电阻R36、稳压源U2、电容C38。

所述电阻R36一端电连接电源，另一端接所述稳压源U2的负极，所述稳压源U2的正极接地；所述电容C38一端接地，另一端接所述稳压源U2的控制端；所述稳压源U2的控制端为所述基准电压模块101的输出端。

稳压源U2为芯片TL431。

过压保护模块102包括电阻R47、电阻R48、放大器U3、电阻R45、电阻R46及二极管D49。

所述电阻R47一端电连接所述基准电压模块的输出端，另一端电连接所述电阻R48，所述电阻R48远离所述电阻R47的一端接地；所述电阻R45一端电连接电源，另一端接电连所述电阻R46，所述电阻R46远离所述电阻R45的一端接地，所述放大器U3的反相输入端电连接所述电阻R47和所述电阻R48的公共连接点，所述放大器U3的同相输入端电连接所述电阻R45和所述电阻R46的公共连接点，所述放大器U3的输出端电连接所述二极管D49的正极，所述二极管D49的负极电连接所述开环升压模块104的反馈端。

放大器U3为芯片LM258。

欠压保护模块103包括电阻R41、电阻R42、放大器U4、电阻R39、电阻R40、电容C50及二极管D44。

所述电阻R41一端电连接所述基准电压模块的输出端，另一端电连接所述电阻R42，所述电阻R42远离所述电阻R41的一端电连接所述二极管D44的正极；所述电阻R39一端接电源的输入电压，另一端电连接所述电阻R40，所述电阻R40远离所述电阻R39的一端接地，所述放大器U4的反相输入端电连接所述电阻R39和所述电阻R40的公共连接点，所述放大器U4的同相输入端电连接所述电阻R41和所述电阻R42的公共连接点，所述放大器U4的输出端电连接所述二极管D44的正极，所述放大器U4的电源端电连接电源；所述二极管D44的负极电连接所述开环升压模块104的反馈端；所述电容C50正极电连接电源，负极接地。

放大器U4为芯片LM258。

开环升压模块包括脉宽调制芯片U1、电阻R27、电阻R25、电阻R22、电阻R21、电阻R20、电阻R18、电容C26、电容C19、电容C16、电阻R28、电阻R32、电阻R31、电阻R35、电阻R14、电阻R11、电容C2、电容C10、三极管Q30、三极管Q34、三极管Q15、三极管Q24、场效应管Q4、场效应管Q5、变压器T3、整流桥、二极管D29及二极管D33。

所述脉冲调制芯片U1的引脚13、引脚14、引脚15连接。

所述电阻R27一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚16，另一端接地。

所述电阻R25一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚1，另一端接地。

所述电阻R22一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚2，另一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13。

所述电阻R20一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚4，另一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13。

所述电容C26正极电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13，负极接地。

所述电阻R21一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚4，另一端接地。

所述电容C19一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚5，另一端接地。

所述电阻R18一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚6，另一端接地。

所述脉冲调制芯片U1的引脚8接电源，所述脉冲调制芯片U1的引脚9电连接所述三极管Q30的基极，所述脉冲调制芯片U1的引脚10电连接所述三极管Q34的基极。

所述电容C16正极电连接输入电源，负极接地。

所述电阻R28一端电连接所述三极管Q30的基极，另一端接地。

所述电阻R32一端电连接所述三极管Q34的基极，另一端接地。

所述二极管D29正极电连接所述三极管Q30的基极，负极电连接所述三极管Q30的发射极。

所述三极管D33正极电连接所述三极管Q34的基极，负极电连接所述三极管Q34的发射极。

所述三极管Q30的集电极接地，所述三极管Q34的集电极接地。

所述电阻R31一端电连接所述三极管Q30的发射极，另一端电连接所述场效应管Q4的栅极。

所述电阻R35一端电连接所述三极管Q34的发射极，另一端电连接所述场效应管Q5的栅极。

所述三极管Q15的发射极电连接工作电压VCC，集电极电连接电源，基极电连接所述三极管Q24的集电极；所述三极管Q24的发射极接地，所述三极管Q24的基极电连接所述过压保护模块102的输出端和所述欠压保护模块103的输出端。

所述电阻R14一端接电源，另一端电连接所述三极管Q15的基极和所述三极管Q24的集电极的公共连接点。

所述场效应管Q4的源极和所述场效应管Q5的源极均接地；所述场效应管Q4的漏极和所述场效应管Q5的漏极分别电连接所述变压器T3的初级线圈；所述变压器T3的初级线圈的中心抽头接电源。

所述变压器T3的次级线圈电连接整流桥，所述整流桥的输出端电连接负载。

所述电容C10正极电连接所述整流桥的输出端，负极接地。

所述电阻R11一端电连接所述整流桥的输出端，另一端接地。

脉冲调制芯片U1为芯片TL494。

单级开环应急供电电路还包括电阻R23，所述电阻R23一端同时电连接所述欠压保护模块103的输出端和所述过压保护模块102的输出端，另一端电连接所述开环升压模块104的反馈端。

基于上述所有实施例，单级开关应急供电电路的工作原理如下：

电源12V电压经过保险丝F1和电容C2输入到升压电路，开环升压模块104采用芯片TL494组成的推挽电路。

推挽电路由变压器T3、场效应管Q4和场效应管Q5，二极管D6-D9构成整流桥，电容C10、电阻R11和保险丝F12组成。电阻R11用作死负载。保险丝F12用作输出短路保护。

推挽驱动辅助电源电路由开关13、电阻R14、三极管Q15和电容C16组成。

推挽驱动脉冲电路由TL494芯片17、电阻R18、电容C19、电阻R20、电阻R21、电阻R25、电容C26和电阻R27组成。电阻R18和电容C19构成振荡电路，用来设定芯片TL494的驱动脉冲频率。芯片TL494内置的两个比较器的同相端通过电阻R25和电阻R27接地，反相端接基准电压，因此两个比较器不起作用，芯片TL494工作于开环状态。引脚14的基准电压、电阻R20和电阻R21构成分压网络，提供一个电压给引脚4来设定死区时间，避免场效应管Q4和场效应管Q5同时导通。

推挽驱动电路由电阻R28、二极管Q29、三极管Q30、电阻R31、电阻R32、二极管D33、三极管Q34和电阻R35组成。芯片TL494引脚9和10产生两路相位差180度的驱动脉冲，分别通过二极管D29和二极管D33，以及电阻R31和R35来开通场效应管Q4和场效应管Q5，通过电阻R31和电阻R35，以及三极管Q30和三极管Q34来关断场效应管Q4和场效应管Q5。

基准电压模块101由电阻R36、芯片TL431和电容C38组成，在电容C38上产生一个2.5V的基准电压给过压保护模块102和欠压保护模块103。

当电池欠压或者过压时，芯片LM258输出高电平，通过电阻R23让三极管Q24导通，三极管Q15关断，VCC为零，推挽升压电路不工作，应急输出关闭。

上述单级开环应急供电电路采用开关升压模块104将电源的输入电压以直流-直流的转换形式来实现应急供电，同时在电源的输入电压过压或欠压时，过压保护模块102及欠压保护模块103对应作出保护动作，控制开关升压模块104停止工作，即控制电源的输入电压停止对负载供电。上述电路简单可靠，且采用直流-直流的转换形式，能够提高转换效率，且能够在过压及欠压状态下保护负载。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单级开环应急供电电路，其特征在于，包括开环升压模块、欠压保护模块、过压保护模块及基准电压模块；

所述基准电压模块用于为所述欠压保护模块、所述过压保护模块提供基准电压；所述基准电压模块的输入端电连接电源，所述基准电压模块的输出端电连接所述欠压保护模块以及所述过压保护模块的输入端；所述欠压保护模块及所述过压保护模块的输出端均电连接所述开环升压模块的反馈端；所述开环升压模块的输入端电连接电源、所述开环升压模块的输出端接负载；

所述开环升压模块用于将电源的输入电压升压为负载所需的电压；所述欠压保护模块在所述电源的输入电压欠压时，控制开环升压模块停止工作；所述过压保护模块在所述电源的输入电压过压时，控制所述开环升压模块停止工作；

所述基准电压模块包括电阻R36、稳压源U2、电容C38。

2.根据权利要求1所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，

所述电阻R36一端电连接电源，另一端接所述稳压源U2的负极，所述稳压源U2的正极接地；所述电容C38一端接地，另一端接所述稳压源U2的控制端；所述稳压源U2的控制端为所述基准电压模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述稳压源U2为芯片TL431。

4.根据权利要求1所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述过压保护模块包括电阻R47、电阻R48、放大器U3、电阻R45、电阻R46及二极管D49；

所述电阻R47一端电连接所述基准电压模块的输出端，另一端电连接所述电阻R48，所述电阻R48远离所述电阻R47的一端接地；所述电阻R45一端电连接电源，另一端电连接所述电阻R46，所述电阻R46远离所述电阻R45的一端接地，所述放大器U3的反相输入端电连接所述电阻R47和所述电阻R48的公共连接点，所述放大器U3的同相输入端电连接所述电阻R45和所述电阻R46的公共连接点，所述放大器U3的输出端电连接所述二极管D49的正极，所述二极管D49的负极电连接所述开环升压模块的反馈端。

5.根据权利要求4所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述放大器U3为芯片LM258。

6.根据权利要求1所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述欠压保护模块包括电阻R41、电阻R42、放大器U4、电阻R39、电阻R40、电容C50及二极管D44；

所述电阻R41一端电连接所述基准电压模块的输出端，另一端电连接所述电阻R42，所述电阻R42远离所述电阻R41的一端电连接所述二极管D44的正极；所述电阻R39一端接电源，另一端电连接所述电阻R40，所述电阻R40远离所述电阻R39的一端接地，所述放大器U4的反相输入端电连接所述电阻R39和所述电阻R40的公共连接点，所述放大器U4的同相输入端电连接所述电阻R41和所述电阻R42的公共连接点，所述放大器U4的输出端电连接所述二极管D44的正极，所述放大器U4的电源端电连接电源；所述二极管D44的负极电连接所述开环升压模块的反馈端；所述电容C50正极电连接电源，负极接地。

7.根据权利要求6所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述放大器U4为芯片LM258。

8.根据权利要求1所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述开环升压模块包括脉冲调制芯片U1、电阻R27、电阻R25、电阻R22、电阻R21、电阻R20、电阻R18、电容C26、电容C19、电容C16、电阻R28、电阻R32、电阻R31、电阻R35、电阻R14、电阻R11、电容C2、电容C10、三极管Q30、三极管Q34、三极管Q15、三极管Q24、场效应管Q4、场效应管Q5、变压器T3、整流桥、二极管D29及二极管D33；

所述脉冲调制芯片U1的引脚13、引脚14、引脚15连接；

所述电阻R27一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚16，另一端接地；

所述电阻R25一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚1，另一端接地；

所述电阻R22一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚2，另一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13；

所述电阻R20一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚4，另一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13；

所述电容C26正极电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚13，负极接地；

所述电阻R21一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚4，另一端接地；

所述电容C19一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚5，另一端接地；

所述电阻R18一端电连接所述脉冲调制芯片U1的引脚6，另一端接地；

所述脉冲调制芯片U1的引脚8接电源，所述脉冲调制芯片U1的引脚9电连接所述三极管Q30的基极，所述脉冲调制芯片U1的引脚10电连接所述三极管Q34的基极；

所述电容C16正极电连接输入电源，负极接地；

所述电阻R28一端电连接所述三极管Q30的基极，另一端接地；

所述电阻R32一端电连接所述三极管Q34的基极，另一端接地；

所述二极管D29正极电连接所述三极管Q30的基极，负极电连接所述三极管Q30的发射极；

所述二极管D33正极电连接所述三极管Q34的基极，负极电连接所述三极管Q34的发射极；

所述三极管Q30的集电极接地，所述三极管Q34的集电极接地；

所述电阻R31一端电连接所述三极管Q30的发射极，另一端接所述场效应管Q4的栅极；

所述电阻R35一端电连接所述三极管Q34的发射极，另一端电连接所述场效应管Q5的栅极；

所述三极管Q15的发射极电连接工作电压VCC，集电极电连接电源，基极接所述三极管Q24的集电极；所述三极管Q24的发射极接地，所述三极管Q24的基极电连接所述过压保护模块的输出端和所述欠压保护模块的输出端；

所述电阻R14一端接电源，另一端电连接所述三极管Q15的基极和所述三极管Q24的集电极的公共连接点；

所述场效应管Q4的源极和所述场效应管Q5的源极均接地；所述场效应管Q4的漏极和所述场效应管Q5的漏极分别电连接所述变压器T3的初级线圈；所述变压器T3的初级线圈的中心抽头接电源；

所述变压器T3的次级线圈电连接整流桥，所述整流桥的输出端电连接负载；

所述电容C10正极电连接所述整流桥的输出端，负极接地；

所述电阻R11一端电连接所述整流桥的输出端，另一端接地。

9.根据权利要求8所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，所述脉冲调制芯片U1为芯片TL494。

10.根据权利要求1所述的单级开环应急供电电路，其特征在于，还包括电阻R23，所述电阻R23一端同时电连接所述欠压保护模块的输出端和所述过压保护模块的输出端，另一端电连接所述开环升压模块的反馈端。