CN106100312B - 一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路 - Google Patents

一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路，开关电源输入电压VIN的接入端通过欠压保护电路连接至运放U1的输入正端，开关电源控制器工作电压VCC的接入端连至运放U1的输入负端，运放U1的输出端连接至开关电源输出电压Vo，且开关电源输出电压Vo与欠压保护电路之间还设置有延时关断电路。以解决由于油田需要测试的井越来越深，需要的电源功率也越来越大，高温、大功率、高输入阻抗下很难降低井下仪器开关电源的启动电流，无法保证开关电源迅速启动成功的问题。本发明属于测井仪器领域。

Description

一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路
技术领域
本发明涉及一种启动电路，属于测井仪器领域。
背景技术
近年来，油田需要测试的井越来越深，需要的电源功率也越来越大，高温、大功率、高输入阻抗下如何降低井下仪器开关电源的启动电流，保证开关电源能迅速启动成功变得更加迫切。原有的铠装电缆阻抗为20Ω/km，现油田广泛应用的钢管电缆阻抗达到90Ω/km以上，油田测井车所用电缆普遍在3000m～6000m，测井仪器的井下设备既要通过单芯电缆进行供电，还需要通过该电缆将井下测试数据实时上传。开关电源在满负载情况下的启动瞬时电流一般是额定电流的5倍以上，以井下仪器在铠装电缆上消耗的额定电流只需要0.2A为例，启动电流在1A以上。在输入端存在450Ω源阻抗的情况下，假设开关电源的最低工作电压为100V，消耗在电缆阻抗上450V电压降，则地面设备需要提供的电压至少为550V才能保证该电源工作正常。电源启动正常后，额定电流降到0.2A，消耗在电缆阻抗上电压降为90V，地面设备只需提供190V就能满足井下电源正常工作，启动前后的巨大电压差目前几乎找不到合适的匹配电路来适应。国内生产开关电源的厂家很多，还没有适应高输入阻抗的开关电源厂家，普通开关电源的输入端源阻抗一般只允许几欧姆。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路，以解决高输入阻抗下的开关电源在大负载情况下的启动的问题。
为解决上述问题，拟采用这样一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路，开关电源输入电压VIN的接入端通过欠压保护电路连接至运放U1的输入正端，开关电源控制器工作电压VCC的接入端连至运放U1的输入负端，运放U1的输出 端连接至开关电源输出电压Vo，且开关电源输出电压Vo与欠压保护电路之间还设置有延时关断电路。
前述启动电路中，欠压保护电路由电阻R1、R2、R4及稳压二极管V1、V3、V7和MOS管V4组成，电阻R1、稳压二极管V1、V3和V7依次串联在开关电源输入电压VIN的接入端和虚地GND之间，稳压二极管V1、V3和V7的正极均与虚地GND侧相连，MOS管V4的D极经电阻R2连接至开关电源输入电压VIN的接入端，MOS管V4的S极经电阻R4连接至虚地GND，MOS管V4的G端与稳压二极管V3的正极相连，MOS管V4为n沟道MOS管，且MOS管V4的D极和S极之间还连接有稳压二极管，该稳压二极管的正极与MOS管V4的S极相连；还包括有串联于稳压二极管V3的正极和虚地GND之间的电阻R3和R5，且开关电源输入电压VIN的接入端通过电阻R3和R5之间的连接部与运放U1的输入正端相连；
前述启动电路中，运放U1的输出端经电阻R6连接至MOS管V6的G极，MOS管V6的S极依次经二极管V5和稳压二极管V2连接至开关电源输出电压Vo，二极管V5与稳压二极管V2相连的一端为正极端，稳压二极管V2与二极管V5相连的一端为负极端，且MOS管V6的D极与MOS管V4的S极相连，MOS管V6也为n沟道MOS管，且MOS管V6的D极和S极之间还连接有稳压二极管，该稳压二极管的正极与MOS管V6的S极相连；
前述启动电路中，开关电源控制器工作电压VCC共有两个，其中一个开关电源控制器工作电压VCC经并联的电阻R7和二极管V8与运放U1的输入负端相连，二极管V8与该开关电源控制器工作电压VCC相连的一端为负极端，且二极管V8的负极端还经电阻R8与虚地GND相连，二极管V8的正极端经电容C3也与虚地GND相连，另一个开关电源控制器工作电压VCC的接入端与MOS管V6的S极相连，且MOS管V6的S极经并联的电容C1和C2连接至虚地GND。
电源是测井仪器能否可靠工作的前提条件，开关电源启动电路是保证开关电源稳定可靠工作的基本要求。本电路通过设置门槛电压、延时分步启动，自动切换开关电源控制器的输入电压等方式，解决了低启动电源，大动态范围输入电压下的开关电源启动困难，工作稳定性差等问题。
本电路的研制成功，可适应高输入阻抗50Ω～450Ω，宽输入电压120V～350V，宽工作温度范围-40℃～+175℃条件下的30W以上电源的正常启动工作。 本电路已成功应用到公司产品的井下电源设计中，有效解决了开关电源输入端电压波动大、输入阻抗高造成电源无法正常启动或频繁启动问题。
与现有技术相比，本发明还具有以下特点：
1.具有延时关断电路，在保证开关电源可靠启动的同时，又在开关电源正常工作后将开关电源控制器供电端与供电总线断开，避免了总线电压波动大对开关电源控制器的影响具有软启动保护功能，避免开关电源在异常电压下启动；
2.增加开关电源启动时间，降低启动电流，启动电路跟踪电缆总线电压波动情况，自动延时，步进式提升输出电压直至输出设定电压，有效降低启动电流；
3.具有欠压保护电路，使开关电源控制器可以在设定电压范围内正常启动，有效避免开关电源控制器承受大电压差发热损坏。启动电路通过电缆总线提供开关电源的控制器工作电压；正常工作后，启动电路断开总线电压，由开关电源自身输出电压给控制器提供电压，利用V2和V5将开关电源输出电压反馈至开关电源控制器供电端，实现开关电源的自供电设计。
附图说明
图1是本发明的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将通过附图对本发明作进一步地详细描述，
实施例：
参照附图1，本实施例提供一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路，包括：欠压保护电路由电阻R1、R2、R4及稳压二极管V1(75V)、V3(33V)、V7(18V)和MOS管V4组成，电阻R1、稳压二极管V1、V3和V7依次串联在开关电源输入电压VIN的接入端和虚地GND之间，稳压二极管V1、V3和V7的正极均与虚地GND侧相连，MOS管V4的D极经电阻R2连接至开关电源输入电压VIN的接入端，MOS管V4的S极经电阻R4连接至虚地GND，MOS管V4的G端与稳压二极管V3的正极相连，MOS管V4为n沟道MOS管，且MOS管V4的D极和S极之间还连接有稳压二极管，该稳压二极管的正极与MOS管V4的S极相连；还包括有串联于稳压二极管V3的正极和虚地GND之间的电阻R3和R5，且开关电源输入电压VIN的接入端通过电阻R3和R5之间的连接部与运放U1的输入正端相连；
延时关断电路由运放U1、MOS管V6及其外围电路组成，运放U1的输出端经电阻R6连接至MOS管V6的G极，MOS管V6的S极依次经二极管V5和稳压二极管V2连接至开关电源输出电压Vo，二极管V5与稳压二极管V2相连的一端为正极端，稳压二极管V2与二极管V5相连的一端为负极端，且MOS管V6的D极与MOS管V4的S极相连，MOS管V6也为n沟道MOS管，且MOS管V6的D极和S极之间还连接有稳压二极管，该稳压二极管的正极与MOS管V6的S极相连；
开关电源控制器工作电压VCC共有两个，其中一个开关电源控制器工作电压VCC经并联的电阻R7和二极管V8与运放U1的输入负端相连，二极管V8与该开关电源控制器工作电压VCC相连的一端为负极端，且二极管V8的负极端还经电阻R8与虚地GND相连，二极管V8的正极端经电容C3也与虚地GND相连，另一个开关电源控制器工作电压VCC的接入端与MOS管V6的S极相连，且MOS管V6的S极经并联的电容C1和C2连接至虚地GND。
欠压临界值由V1、V3、V7稳压值之和确定。使开关电源控制器可以在(120～350)V电压范围内正常启动，当VIN电压低于临界值(本设计为120V)时，MOS管V4栅极电压(即V7稳压值)为低电平，V4关断，VCC处电压为零，控制器不工作；当VIN超过120V启动时，V7稳压出18V，MOS管V4导通；运放U1输入负端的VCC仍为低电平，输入正端为18V经R3、R5分压电压(本设计中为12V)，U1输出高电压，MOS管V6导通，VCC处电压为18V，开关电源控制器启动；经过一段时间后，开关电源稳定输出18V，该电源电压经稳压管V2降压(4.7V)后再经二极管V5连接到VCC实现对开关电源控制器供电；在开关电源启动到稳定这段过程中，VCC经R7对C3充电至VCC，由于VCC大于12V，此时运放U1输出低电平，MOS管V6关断，VCC断开与VIN连接，此后，控制器完全由开关电源输出电压供电。

Claims (2)

1.一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路，其特征在于：开关电源输入电压VIN的接入端通过欠压保护电路连接至运放U1的输入正端，开关电源控制器工作电压VCC的接入端连至运放U1的输入负端，运放U1的输出端连接至开关电源输出电压Vo，且开关电源输出电压Vo与欠压保护电路之间还设置有延时关断电路。
2.根据权利要求1所述一种适用于高输入阻抗的直流电源启动电路，其特征在于：欠压保护电路由电阻R1、R2、R4及稳压二极管V1、V3、V7和MOS管V4组成，电阻R1、稳压二极管V1、V3和V7依次串联在开关电源输入电压VIN的接入端和虚地GND之间，稳压二极管V1、V3和V7的正极均与虚地GND侧相连，MOS管V4的D极经电阻R2连接至开关电源输入电压VIN的接入端，MOS管V4的S极经电阻R4连接至虚地GND，MOS管V4的G端与稳压二极管V3的正极相连，MOS管V4为n沟道MOS管，且MOS管V4的D极和S极之间还连接有稳压二极管，该稳压二极管的正极与MOS管V4的S极相连；
还包括有串联于稳压二极管V3的正极和虚地GND之间的电阻R3和R5，且开关电源输入电压VIN的接入端通过电阻R3和R5之间的连接部与运放U1的输入正端相连。
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