CN106026656A - 迟滞型电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种迟滞型电源电路，包括：输入电路、开关组合电路、采样与控制电路、反馈电路和输出电路。输入电路连接至电源输入端，对电源输入进行整流并提供输入端的隔离保护。开关组合电路连接到输入电路，开通或者关断以控制电源输出端的输出功率。采样与控制电路采样输出电压并将输出电压与基准电压比较，根据比较的结果控制开关组合电路的开通或者关断。反馈电路连接在开关组合电路和采样与控制电路之间，开关组合电路通过反馈电路向采样与控制电路输出正反馈信号，正反馈信号使得基准电源芯片的比较动作产生迟滞效应。输出电路连接到开关组合电路，对开关组合电路的输出进行滤波并提供输出端的隔离保护，其输出作为迟滞型电源电路的输出。

Description

迟滞型电源电路

技术领域

本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及为断路器供电的电源电路。

背景技术

随着低压电器行业的不断进步，塑料外壳式断路器(塑壳断路器)正向智能化，可通信不断发展。塑壳断路器的智能化主要通过电子器件来实现，因此，也需要为素和断路器供电的电源电路。智能控制器的可靠和稳定离不开电源电路性能和可靠性的提升。同时，电源电路由于在强电和弱电电路中进行转换，易出现过压、过流、击穿、电磁干扰等问题，急切需要提高其稳定性和抗干扰能力，使电源电路既可以吸纳大功率输入并不会损坏，又可以在功率输入小的情况下提供稳定输出。因此，设计一种简单有效、性能稳定、安全可靠的电源电路成为迫切需求。

现有技术中提出一种电源电路，包括速饱和电流互感器、整流电路、开关电路单元、控制单元。控制单元控制开关电路单元的导通或截至，控制单元采用有运算放大器构成的正反馈滞回单元。该种方案中使用运算放大器产生迟滞信号，因此电路较为复杂，成本高并且容易出现故障。

现有技术中还提出一种电源电路，包括输入滤波电路、整流滤波电路、单端开关变换电路、开关电源控制电路和次级整流滤波电路。该电源电路在由能量线圈单独供电的情况下，可以对能量线圈输出的能量的幅值进行检测，并根据幅值实现对两路电源的控制。该方案中通过隔离型的开关电源供电，使得控制电路结构复杂，电路体积较大，不适合小型化的塑壳断路器。

现有技术中还提出一种电源电路，包括用于判断是否生成过压信号的过压取样模块、用于判断是否生成欠压信号的欠压取样模块、用于将过压或欠压信号生成保护信号的信号生成模块和用于延时处理保护信号并输出处理后的保护信号的信号迟滞模块。该方案中迟滞效应是通过改变电阻分压值来实现，需要复杂的计算和操作，并且过压信号和欠压信号分开采样使电路更复杂，另外还需要提供辅助直流电源。

现有技术中还提出一种电源电路，包括电压采样电路、控制电路、滞回电路；电源输入电压端、直流偏置电压端，开关电源控制端。输入采样电路采用三个电阻串联，形成电阻分压器。控制电路采用误差放大器，误差放大器连接偏置电阻，根据输入采样电路的采样信号，来控制保护点开关电源控制端的电平。在开关电源高于设定值时，关闭开关电源，起到保护开关电源的作用。该方案中使用了三个串联电阻作为分压电阻，使得计算更加复杂，并且还必须使用辅助直流电源。

总之，现有技术中普遍存在电路复杂、体积大、器件多、计算过程复杂、成本高的问题。

发明内容

本发明揭示了一种迟滞型电源电路，包括：输入电路、开关组合电路、采样与控制电路、反馈电路和输出电路。输入电路连接至电源输入端，输入电路对电源输入进行整流并提供输入端的隔离保护。开关组合电路连接到输入电路，开关组合电路开通或者关断以控制电源输出端的输出功率。采样与控制电路采样输出电压并将输出电压与基准电压比较，采样与控制电路根据比较的结果控制开关组合电路的开通或者关断。反馈电路连接在开关组合电路和采样与控制电路之间，开关组合电路通过反馈电路向采样与控制电路输出正反馈信号，正反馈信号使得基准电源芯片的比较动作产生迟滞效应。输出电路连接到开关组合电路，输出电路对开关组合电路的输出进行滤波并提供输出端的隔离保护，输出电路的输出作为迟滞型电源电路的输出。

在一个实施例中，输出电路的输出为塑壳断路器中的控制器供电。

在一个实施例中，输出电路的输出为塑壳断路器中的控制器以及塑壳断路器中的脱扣器的磁通控制器供电。

在一个实施例中，输出电路还连接到辅助直流电源。输出电路包括电源输入端、辅助直流电源与电源输出端、脱扣磁通电源输出端之间的数个通路。

在一个实施例中，开关组合电路中包括场效应管和稳压管，通过控制场效应管和稳压管的开通或者关断来控制电源输出端的输出功率。

在一个实施例中，场效应管包括大电流功率场效应管。

在一个实施例中，场效应管包括增强型场效应管和大电流功率场效应管，大电流功率场效应管的栅极和增强型场效应管的漏极相连，该点作为反馈点。

在一个实施例中，采样与控制电路包括基准电源芯片，基准电源芯片产生基准电压。采样与控制电路根据比较的结果控制开关组合电路中场效应管和稳压管的开通或者关断。

在一个实施例中，采样与控制电路包括采样电路，采样电路包括一对采样电阻，一对采样电阻的电阻值之比为1：[(Vout/Vref)-1]，其中Vout是输出电压，Vref是基准电压，该一对采样电阻之间为采样点。

在一个实施例中，反馈电路是反馈电阻，反馈电阻连接在反馈点和采样点之间，采样点连接到基准电源芯片的参考端。

在一个实施例中，输出电路包括滤波电路。

在一个实施例中，输入电路和输出电路中包括隔离保护器件。

本发明的迟滞型电源电路使用基准电源芯片代替运算放大器来产生控制信号，使得电路结构更加简单，成本更低。反馈电路直接连接反馈点和采样点，对基准电源芯片进行反馈，电路简单但能增加基准电源芯片的操作迟滞型，使得基准电源芯片的控制更加稳定，抗干扰能力更强。在电路中配置大电流功率场效应管，在出现大电流输入时能吸纳并消耗多余功率，保护后端电路不受大电流冲击，使得输入电流的上限显著提高。

总体来说，本发明的迟滞型电源电路体积小、成本低，器件损耗小、使用寿命长，并能减少高频电磁干扰。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明的一实施例的迟滞型电源电路的结构框图。

图2揭示了根据本发明的迟滞型电源电路的第一实施例的电路原理图。

图3揭示了根据本发明的迟滞型电源电路的第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的迟滞型电源电路的结构框图。如图1所示，本发明的迟滞型电源电路包括输入电路102、开关组合电路104、反馈电路106、采样与控制电路108和输出电路110。

输入电路102连接至电源输入端，输入电路102对电源输入进行整流并提供输入端的隔离保护。

开关组合电路104连接到输入电路102，开关组合电路104开通或者关断以控制电源输出端的输出功率。在一个实施例中，开关组合电路104中包括场效应管和稳压管，通过控制场效应管和稳压管的开通或者关断来控制电源输出端的输出功率。

采样与控制电路108采样输出电压并将输出电压与基准电压比较，采样与控制电路108根据比较的结果控制开关组合电路104的开通或者关断。在一个实施例中，采样与控制电路108包括基准电源芯片，基准电源芯片产生基准电压。采样与控制电路108根据比较的结果控制开关组合电路104中场效应管和稳压管的开通或者关断。

反馈电路106连接在开关组合电路104和采样与控制电路108之间。开关组合电路104通过反馈电路106向采样与控制电路108输出正反馈信号，正反馈信号使得基准电源芯片的比较动作产生迟滞效应。正反馈信号能够使得基准电源芯片基于基准电压和采样的输出电压的比较更加稳定，避免由于电压抖动引起开关组合电路的频繁通断，并因此减少由于频繁通断造成的能量损耗和电磁干扰。

输出电路110连接到开关组合电路104，输出电路110对开关组合电路104的输出进行滤波并提供输出端的隔离保护，输出电路110的输出作为迟滞型电源电路的输出。输出电路110的输出可以为塑壳断路器中的控制器供电和/或为塑壳断路器中的脱扣器的磁通控制器提供脱扣电压。

参考图2所示，图2揭示了根据本发明的迟滞型电源电路的第一实施例的电路原理图。在图2所示的第一实施例中，输入电路102是第一二极管D1。第一二极管D1起到对电源输入进行整流和隔离保护的作用。开关组合电路104包括第一场效应管V1、第二场效应管V2、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。其中第一场效应管V1是N沟道增强型场效应管，第二场效应管V2是N沟道大电流功率场效应管。第二二极管D2和第三二极管D3起到稳压的作用，是稳压管。反馈电路106是第七电阻R7。采样与控制电路108包括基准电源芯片U1、第五电阻R5和第六电阻R6。基准电源芯片U1是三端可调分流基准电源芯片，基准电源芯片U1产生基准电源。第五电阻R5和第六电阻R6作为分压电阻使用，第五电阻R5和第六电阻R6用于采样输出电压并提供给基准电源芯片U1。输出电路110包括第四二极管D4、第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2组成滤波电路。

电源输入端Vin连接到第一二极管D1的阳极和第二场效应管(N沟道大电流功率场效应管)V2的漏极。第一二极管D1的阴极连接到第一电阻R1的第一端、第四电阻R4的第一端和第五电阻R5的第一端，第一电阻R1、第四电阻R4和第五电阻R5均实现分压电阻的功能，在此处的作用是上拉电位，第一电阻R1、第四电阻R4和第五电阻R5都作为上拉电阻使用。第一电阻R1的第二端连接第二二极管(稳压管)D2的阴极。第二二极管D2的阳极连接第二场效应管V2的栅极、第一场效应管(N沟道增强型场效应管)V1的漏极、第七电阻R7和第二电阻R2的第一端，上述电路交叉点为反馈点A点。第七电阻R7是反馈电阻，第二电阻R2是分压电阻，第二电阻R2的作用是下拉电位，作为下拉电阻使用。第二场效应管V2的源极接地。第七电阻(反馈电阻)R7的第二端连接基准电源芯片(三端可调分流基准电源芯片)U1的参考极，上述的电路交叉点为采样点B。第二电阻R2的第二端接地。第一场效应管V1的栅极与第三二极管(稳压管)D3阳极和第三电阻R3的第一端连接，第一场效应管V1的源极接地。第三电阻R3是分压电阻，第三电阻R3的作用是下拉电位，作为下拉电阻使用。第三电阻R3的第二端接地。第三二极管D3的阴极连接基准电源芯片U1的阴极和第四电阻R4的第二端。基准电源芯片U1的阳极接地。基准电源芯片U1的参考极与第七电阻R7的第二端、第五电阻R5的第二端以及第六电阻R6的第一端相连。第七电阻R7是反馈电阻。反馈电阻，即第七电阻R7是连接在反馈点与采样点，即A点与B点之间，由此形成开关组合电路104对采样与控制电路108的正反馈。第五电阻R5和第六电阻R6是分压电阻，在此处对基准电压进行分压。第五电阻R5的第一端与第四电阻R4的第一端相连，还连接到第四二极管D4的阳极。第六电阻R6的第二端接地。第一电容C1和第二电容C2跨接在第四二极管D4的阳极和地之间，第一电容C1和第二电容C2是滤波电容。第四二极管D4的阴极连接到电源输出端PVcc。

在图2所示的第一实施例中，输出电路110只有一个电源输出端PVcc，该电源输出端用于为塑壳断路器中的控制器供电。

图2所示的第一实施例中，各个部件的型号或者参数选择如下：基准电源芯片是三端可调分流基准电源芯片，可以选用TL431AIDBZR型号。第一场效应管V1是N沟道增强型场效应管，可以选用2N7002K型号。第二场效应管是N沟道大电流功率场效应管，可以选用STD60NF06型号。第二二极管D2是稳压管，可以选用BZX84-C15型号。第三二极管D3是稳压管，可以选用BZX84-C5V1型号。第一二极管D1、第二二极管D4可以选用M7型号。第一电阻R1是上拉电阻，电阻值为1k。第二电阻R2是下拉电阻，电阻值为10k。第三电阻R3是下拉电阻，电阻值为10k。第四电阻R4是上拉电阻，电阻值为4.7l。第五电阻R5和第六电阻R6作为分压和采样电阻，电阻比例满足如下的要求：R5/R6＝(Vout/Vref)-1。其中Vref是基准电源芯片的参考端产生的基准电压。根据输出电压Vout的要求来选择R5和R6的电阻值。在一个实施例中，第五电阻R5的电阻值为100k，第六电阻R6的电阻值为10k。第七电阻R7是反馈电阻，电阻值为100k。第一电容C1和第二电容C2为滤波电容，第一电容C1的电容值为220uF，第二电容C2的电容值为100nF。

第一实施例的迟滞型电源电路的工作原理如下：当外部的电源电压刚开启时，电源输入端Vin的输入电压从零开始缓慢上升。电源输出端PVcc的输出电压值小于预设值，选取合适的电阻比值的采样电阻R5与R6，对输出电压值进行采样。在R5和R6两个电阻的串联连接处产生分压值，该分压值与三端可调分流基准电源芯片U1的参考端产生的基准电压Vref进行比较。在一个实施例中，基准电压Vref为2.5V。如果上述的分压值小于基准电压2.5V，则三端可调分流基准电源芯片U1处于关断状态，其阴极保持在高电平，这时稳压管D3导通，使第一场效应管V1的栅极为高电平，第一场效应管V1处于导通状态。第一场效应管V1的漏极接地，使得第二场效应管V2关断，不会影响输入电压的继续升高。

当电源输入端Vin的输入电压慢慢上升，电源输出端PVcc的输出电压值达到并大于预设值时，采样电阻R5与R6对输出的电压值进行采样获得的分压值与三端可调分流基准电源芯片U1的参考端的基准电压相比较，分压值达到并大于基准电压2.5V，使得三端可调分流基准电源芯片U1处于导通状态，其阴极电压被拉低，输出2V的导通电压。该导通电压使得稳压管D3关断，第一场效应管V1的栅极被下拉电阻R3拉低到低电平，第一场效应管V1处于关断状态。由于电阻R1、稳压管D2与电阻R2的分压，使得第一场效应管V1的漏极电压大于7V，反馈点A将该电压正反馈给三端可调分流基准电源芯片U1的参考端，使三端可调分流基准电源芯片U1持续保持导通，并使的第二场效应管V2导通。第二场效应管V2导通后，电源输入端Vin被接地。由于第二场效应管是N沟道大电流功率场效应管，电源输入端输入的能量通过热能的形式被第二场效应管V2消耗。电源输入端Vin的输入电压慢慢下降，但由于反馈点A的正反馈，三端可调分流基准电源芯片U1保持导通，直至反馈点A的电压降低到一定值，使采样点B再次小于基准电压2.5V，三端可调分流基准电源芯片U1再次关断。第一场效应管V1导通，再次使得第二场效应管V2关断，电源输入端Vin的输入电压不再降低。但此时反馈点A的电平仍然为低电平，反馈到三端可调分流基准电源芯片U1参考点，使三端可调分流基准电源芯片U1持续关断，直至电源输入端Vin的输入电压再次上升到预设值。

反馈电路的正反馈信号使得基准电源芯片的比较动作产生迟滞效应。正反馈信号能够使得基准电源芯片基于基准电压和采样的输出电压的比较更加稳定，避免由于电压抖动引起开关组合电路的频繁通断，并因此减少由于频繁通断造成的能量损耗和电磁干扰。

开关组合电路104中的第二场效应管是N沟道大电流功率场效应管，例如STD60NF06型号。大电流功率场效应管能够在出现大电流冲击时吸收多余的功率并以热能的方式将功率消耗，从而提高输入电流的限制，输入电流的限制能够从几十毫安提升到几安。

参考图3所示，图3揭示了根据本发明的迟滞型电源电路的第二实施例的电路原理图。如图3所示，第二实施例以第一实施例的电路原理图为基础，对输出电路110做了一定的改动。在第二实施例中，输出电路110包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。输出电路110具有两路输入和两路输出。在输出方面，除了电源输出端PVcc以外，还包括脱扣磁通电源输出端TVcc。在输入方面，除了电源输入端Vin以外，还包括辅助直流电源Vcc。如图3所示，通过第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7，输出电路110建立起两个输入端和两个输出端之间的多条通路。上述的第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7均起到对电源输入进行整流和隔离保护的作用。

输入电路102依旧是第一二极管D1。第一二极管D1起到对电源输入进行整流和隔离保护的作用。开关组合电路104依旧包括第一场效应管V1、第二场效应管V2、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。其中第一场效应管V1是N沟道增强型场效应管，第二场效应管V2是N沟道大电流功率场效应管。第二二极管D2和第三二极管D3起到稳压的作用，是稳压管。反馈电路106是第七电阻R7。采样与控制电路108包括基准电源芯片U1、第五电阻R5和第六电阻R6。基准电源芯片U1是三端可调分流基准电源芯片，基准电源芯片U1产生基准电源。第五电阻R5和第六电阻R6作为分压电阻使用，第五电阻R5和第六电阻R6用于采样输出电压并提供给基准电源芯片U1。

第一实施例的电路图作为第二实施例的电路图的一部分，保持不变，提供电源输入端Vin至电源输出端PVcc的电流通路，电源输出端PVcc的用于为塑壳断路器中的控制器供电。

第五二极管D5的阳极连接到电源输入端Vin，第五二级管D5的阴极连接到脱扣磁通电源输出端TVcc。第六二极管D6的阳极连接到辅助直流电源Vcc，第六二级管D6的阴极连接到电源输出端PVcc。第七二极管D7的阳极连接到辅助直流电源Vcc，第七二级管D7的阴极连接到脱扣磁通电源输出端TVcc。第一电容C1和第二电容C2组成滤波电路。第三电容C3和第四电容C4跨接在磁通电源输出端TVcc和地之间，第三电容C3和第四电容C4是滤波电容。第三电容C3和第四电容C4组成脱扣磁通电源输出端TVcc的滤波电路，而第一电容C1和第二电容C2组成电源输出端PVcc的滤波电路。脱扣磁通电源输出端TVcc为塑壳断路器中的脱扣器的磁通控制器提供脱扣电压。在第二实施例中，存在两个输出端Pvcc和TVcc，因此输出电路110的输出可以为塑壳断路器中的控制器供电并同时为塑壳断路器中的脱扣器的磁通控制器提供脱扣电压。

在器件型号的选择上，第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7的型号选择与第一二极管D1、第二二极管D4一样，可以选用M7型号。第三电容C3为的电容值为100nF，第四电容C4的电容值为220uF。

在工作原理方面，因为第二实施例中的输入电路102、开关组合电路104、反馈电路106和采样与控制电路108与第一实施例相同，因此第二实施例的工作过程和工作原理与第一实施例相同，此处不再重复描述。

本发明的迟滞型电源电路使用基准电源芯片代替运算放大器来产生控制信号，使得电路结构更加简单，成本更低。反馈电路直接连接反馈点和采样点，对基准电源芯片进行反馈，电路简单但能增加基准电源芯片的操作迟滞型，使得基准电源芯片的控制更加稳定，抗干扰能力更强。在电路中配置大电流功率场效应管，在出现大电流输入时能吸纳并消耗多余功率，保护后端电路不受大电流冲击，使得输入电流的上限显著提高。

总体来说，本发明的迟滞型电源电路体积小、成本低，器件损耗小、使用寿命长，并能减少高频电磁干扰。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (12)

1.一种迟滞型电源电路，其特征在于，包括：

输入电路，输入电路连接至电源输入端，输入电路对电源输入进行整流并提供输入端的隔离保护；

开关组合电路，开关组合电路连接到输入电路，开关组合电路开通或者关断以控制电源输出端的输出功率；

采样与控制电路，采样与控制电路采样输出电压并将输出电压与基准电压比较，采样与控制电路根据比较的结果控制开关组合电路的开通或者关断；

反馈电路，反馈电路连接在开关组合电路和采样与控制电路之间，开关组合电路通过反馈电路向采样与控制电路输出正反馈信号，正反馈信号使得基准电源芯片的比较动作产生迟滞效应；

输出电路，输出电路连接到开关组合电路，输出电路对开关组合电路的输出进行滤波并提供输出端的隔离保护，输出电路的输出作为迟滞型电源电路的输出。

2.如权利要求1所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述输出电路的输出为塑壳断路器中的控制器供电。

3.如权利要求1所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述输出电路的输出为塑壳断路器中的控制器以及塑壳断路器中的脱扣器的磁通控制器供电。

4.如权利要求3所述的迟滞型电源电路，其特征在于，

所述输出电路还连接到辅助直流电源；

所述输出电路包括电源输入端、辅助直流电源与电源输出端、脱扣磁通电源输出端之间的数个通路。

5.如权利要求1-4中任一项所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述开关组合电路中包括场效应管和稳压管，通过控制场效应管和稳压管的开通或者关断来控制电源输出端的输出功率。

6.如权利要求5所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述场效应管包括大电流功率场效应管。

7.如权利要求6所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述场效应管包括增强型场效应管和大电流功率场效应管，大电流功率场效应管的栅极和增强型场效应管的漏极相连，该点作为反馈点。

8.如权利要求7所述的迟滞型电源电路，其特征在于，

采样与控制电路包括基准电源芯片，基准电源芯片产生基准电压；

采样与控制电路根据比较的结果控制开关组合电路中场效应管和稳压管的开通或者关断。

9.如权利要求8所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述采样与控制电路包括采样电路，所述采样电路包括一对采样电阻，所述一对采样电阻的电阻值之比为1：[(Vout/Vref)-1]，其中Vout是输出电压，Vref是基准电压，该一对采样电阻之间为采样点。

10.如权利要求9所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述反馈电路是反馈电阻，所述反馈电阻连接在反馈点和采样点之间，所述采样点连接到基准电源芯片的参考端。

11.如权利要求5所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述输出电路包括滤波电路。

12.如权利要求5所述的迟滞型电源电路，其特征在于，所述输入电路和输出电路中包括隔离保护器件。