CN106452037B - 电源控制电路和电流保护电路 - Google Patents

电源控制电路和电流保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电源控制电路和电流保护电路。该电源控制电路包括：开关电源集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第一增强型场效应管、耗尽型场效应管和电压比较电路。本发明提供的电源控制电路，通过增加简单的器件，搭建了自动充放电回路，限制了流经变压器中的电流的瞬间增大，保护了变压器，提高了电源控制电路的控制效果。

Description

电源控制电路和电流保护电路
技术领域
本发明实施例涉及电路技术，尤其涉及一种电源控制电路和电流保护电路。
背景技术
电源控制电路常见于各种控制电路中，主要用于控制施加在电力设备上的电压逐渐增大，避免电力设备中出现过压或过流，从而损坏电力设备。例如变压器的输入端通常连接有电源控制电路，若电源控制电路不进行电流限制，一上电就用最大的电流工作，这时电感电流就会出现一个远大于正常工作电流值的过冲，极易造成变压器磁芯饱和，严重时会导致整个电路失效。
图1为现有的电源控制电路结构示意图。如图1所示，电源控制电路包括：开关电源集成电路U1、电阻R1、电容C1、增强型场效应管(Q1)、电阻R2和电阻R3，开关电源集成电路的供电脚(VCC)用于接入供电电源Vbus，驱动脚(Gate)用于输出驱动信号，检测脚(CS)用于进行电流检测，电阻R1和电容C1形成的充电电路用于向VCC脚提供缓慢上升的电压，当VCC脚的电压上升到一定值时，开关电源集成电路开始启动，通过Gate脚向Q1的栅极提供开关信号。
但是，在刚开始启动时，由于变压器(T1)输出端的输出电压还未稳定，电阻R3两端的阈值电压将会尽可能增大到其所能达到的上限值，即流经R3的电流会变得尽可能大，在这种情况下，变压器的瞬间磁通密度可能大大增加，由于磁性材料的特性，过大的磁通密度会使磁导率降低，从而造成有效电感量的迅速降低，降低的电感量反过来又会使电流上升的斜率越大，最后造成器件和电源失效。因此，现有的电源控制电路控制效果不好。
发明内容
本发明实施例提供一种电源控制电路和电流保护电路，以克服现有的电源控制电路控制效果不好，可能导致电力设备损坏的问题。
本发明第一方面提供一种电源控制电路，包括：开关电源集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第一增强型场效应管、耗尽型场效应管和电压比较电路；其中，
所述第一电阻的第一端与供电电源连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述耗尽型场效应管的漏极、所述第二电容的第一端以及所述开关电源集成电路的供电脚连接；
所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端和所述电压比较电路的第一输入端连接，所述第三电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第二端分别与所述耗尽型场效应管的栅极和所述电压比较电路的输出端连接，所述电压比较电路的第二输入端接地，所述电压比较电路用于在所述电压比较电路的第一输入端的电压大于预设电压时通过所述电压比较电路的输出端输出所述电压比较电路的第二输入端的电压；
所述耗尽型场效应管的源极分别与所述第一电容的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；
所述第二电容的第二端接地；
所述第五电阻的第二端分别与所述开关电源集成电路的检测脚和所述第六电阻的第一端连接；
所述第六电阻的第二端分别与所述第一增强型场效应管的源极和所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地；
所述第一增强型场效应管的栅极与所述开关电源集成电路的驱动脚连接，所述第一增强型场效应管的漏极与变压器的一次侧的第一端连接，所述变压器的一次侧的第二端与所述供电电源连接。
如上所述的电源控制电路，所述电压比较电路包括第二增强型场效应管；
所述第二增强型场效应管的栅极与所述第三电阻的第一端连接，所述第二增强型场效应管的源极接地，所述第二增强型场效应管的漏极与所述第四电阻的第二端连接。
如上所述的电源控制电路，所述电压比较电路包括三端可调分流基准源；
所述三端可调分流基准源的控制端与所述第三电阻的第一端连接，所述三端可调分流基准源的正极接地，所述三端可调分流基准源的负极与所述第四电阻的第二端连接。
本发明另一方面提供一种电流保护电路，包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、耗尽型场效应管和电压比较电路；其中，
所述第二电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述耗尽型场效应管的漏极连接形成所述电流保护电路的电源输入端；
所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端和所述电压比较电路的第一输入端连接，所述第三电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第二端分别与所述耗尽型场效应管的栅极和所述电压比较电路的输出端连接，所述电压比较电路的第二输入端接地，所述电压比较电路用于在所述电压比较电路的第一输入端的电压大于预设电压时通过所述电压比较电路的输出端输出所述电压比较电路的第二输入端的电压；
所述耗尽型场效应管的源极分别与所述第一电容的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；
所述第五电阻的第二端作为所述电流保护的输出端，与待限流电路连接。
本发明提供的电源控制电路，通过增加简单的器件，搭建了自动充放电回路，限制了流经变压器中的电流的瞬间增大，保护了变压器，提高了电源控制电路的控制效果。
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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的电源控制电路结构示意图；
图2为本发明提供的电源控制电路实施例一的结构示意图；
图3为本发明提供的电源控制电路实施例一中的电位变化示意图；
图4为本发明提供的电源控制电路实施例二的结构示意图；
图5为本发明提供的电源控制电路实施例三的结构示意图；
图6为本发明提供的电流保护电路的结构示意图。
附图标记：
10—开关电源集成电路； 11—第一电阻；
12—第二电阻； 13—第三电阻；
14—第四电阻； 15—第五电阻；
16—第六电阻； 17—第七电阻；
18—第一电容； 19—第二电容；
20—第一增强型场效应管； 21—耗尽型场效应管；
22—电压比较电路； 221—第二增强型场效应管；
222—三端可调分流基准源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明提供的电源控制电路实施例一的结构示意图，如图2所示，电源控制电路包括：开关电源集成电路10、第一电阻11、第二电阻12、第三电阻13、第四电阻14、第五电阻15、第六电阻16、第七电阻17、第一电容18、第二电容19、第一增强型场效应管20、耗尽型场效应管21和电压比较电路22；其中，
第一电阻11的第一端与供电电源连接，第一电阻11的第二端分别与第二电阻12的第一端、第四电阻14的第一端、耗尽型场效应管21的漏极、第二电容19的第一端以及开关电源集成电路10的供电脚VCC连接；
第二电阻12的第二端分别与第三电阻13的第一端和电压比较电路22的第一输入端连接，第三电阻13的第二端接地；
第四电阻14的第二端分别与耗尽型场效应管21的栅极和电压比较电路22的输出端连接，电压比较电路22的第二输入端接地，电压比较电路22用于在电压比较电路22的第一输入端的电压大于预设电压时通过电压比较电路22的输出端输出电压比较电路22的第二输入端的电压；
耗尽型场效应管21的源极分别与第一电容18的第一端和第五电阻15的第一端连接，第一电容18的第二端接地；
第二电容19的第二端接地；
第五电阻15的第二端分别与开关电源集成电路10的检测脚CS和第六电阻16的第一端连接；
第六电阻16的第二端分别与第一增强型场效应管20的源极和第七电阻17的第一端连接，第七电阻17的第二端接地；
第一增强型场效应管20的栅极与开关电源集成电路10的驱动脚Gate连接，第一增强型场效应管20的漏极与变压器的一次侧的第一端连接，变压器的一次侧的第二端与供电电源连接。
具体的，如图2所示，本发明通过在图1现有电源控制电路中，增加电流保护电路，以使供电电源通过开关电源集成电路向变压器供电时，可控制刚接入电时，变压器一次侧中流过的电路缓慢增大。
具体的，连接关系如图2所示，第一电阻11和第二电容19串联，连接供电电源和地，第一电阻11和第二电容19的连接点记为A，A点与开关电源集成电路10的供电脚VCC连接，当A点的电位逐渐增加，达到供电脚的供电阈值时，开关电源集成电路10开始通过驱动脚Gate向第一增强型场效应管20提供驱动电压，以驱动第一增强型场效应管20导通。
第一电阻11、第二电阻12和第三电阻13依次串联，连接供电电源和地。第二电阻12和第三电阻13的连接点记为B，根据分压原理第二电阻12和第三电阻13分担A点电压，因此，B点电压按着一定比例随着A点电压的变化而变化。即UB＝KUA，其中，K小于1且K的大小取决于第二电阻12和第三电阻13的阻值大小，第三电阻13的阻值越大K越大。
B点还与电压比较电路22的第一输入端连接，电压比较电路22的第二输入端接地，电压比较电路22的输出端与第四电阻连接，连接点记为C。电压比较电路22用于比较B点的电位是否大于预设电压，当B点电位大于预设电压时，电压比较电路22将电压比较电路22的第二输入端的电压，即0，输出给C点，使得C点电位被拉低为0。当B点电位小于预设电压时，C点电位仅与A点电位相关，随A点电位变化而变化。
C点还与耗尽型场效应管21的栅极连接，A点与耗尽型场效应管21的漏极连接，耗尽型场效应管21的源极通过第一电容18接地。耗尽型场效应管21的源极与第一电容18的连接点记为D。耗尽型场效应管21的工作原理为在栅极与源极两端的电压差小于耗尽型场效应管21的阈值电压(阈值电压为负值)时，耗尽型场效应管21关断，当栅极与源极两端的电压差大于耗尽型场效应管21的阈值电压时，耗尽型场效应管21导通。
当供电电源开始供电时，C点与D点电位均为0，耗尽型场效应管21导通，此时供电电源通过第一电阻11、导通的耗尽型场效应管21向第一电容18充电，使得D点电位上升，但是，供电电源同时通过第一电阻11向第二电容19充电，A点电位上升，从而导致B点电位上升，当B点电位上升到大于预设电压时，C点电位被拉低为0，进而使得耗尽型场效应管21的栅极和源极之间的电压差，即C点与D点之间的电压差，因为D点电位的升高，C点电位接地，而成为负值，且小于耗尽型场效应管21的阈值电压，从而导致耗尽型场效应管21关断，当耗尽型场效应管21关断，供电电源不再向第一电容充电18，D点电位此时达到最高值。但是供电电源仍可向第二电容19充电，A点电位持续上升。
第五电阻15、第六电阻16和第七电阻17串联连接，并连接D点和接地。第五电阻15和第六电阻16之间的连接点记为E，第五电阻15、第六电阻16和第七电阻17分担D点电压，因此，E点电压按着一定比例随着D点电压的变化而变化。即UE＝aUD，其中，a小于1且a的大小取决于第六电阻16和第七电阻17的阻值大小，第六电阻16和第七电阻17的阻值越大a越大。开关电源集成电路10的驱动脚Gate与第一增强型场效应管20的栅极连接，用于在A点电位高于供电阈值时，通过Gate向第一增强型场效应管20的栅极提供驱动电压，驱动第一增强型场效应管20导通。由于变压器的一次侧的第二端与供电电源连接，因此，变压器，导通的第一增强型场效应管20、第七电阻形成通路。
E点还与开关电源集成电路10的检测脚连接，由于检测脚存在最大电压，也就使得流经第六电阻16和第七电阻17中的电流存在最大电流Imax。
由于第七电阻17还经过第一增强型场效应管20与变压器的一次侧的第一端连接，即流经第七电阻17的电流I，包括由于D点电压产生的第一电流I1和流经变压器的一次侧绕组的第二电流I2，I1和I2的总和一定小于Imax,也即，当I1较大时，I2较小。
由于当耗尽型场效应管21关断，供电电源不再向第一电容充电18，同时，第一电容18、第五电阻15、第六电阻16和第七电阻17形成了放电回路，第一电容18开始放电，D点电位逐步降低，也使得I1逐渐减小，I2则逐渐增大，从而可实现控制变压器的一次侧中的电流逐渐增大的目的。
图3为本发明提供的电源控制电路实施例一中的电位变化示意图。如图3所示，包括A、B、C、D、E各点电位的变化情况。横轴t表示时间，纵轴V表示电压，当供电电源开始供电后，A、B、C、D、E各点电位开始升高，同时，B点电位低于A点电位，E点电位低于D点电位，当t1时刻，B点电位升高至电压比较电路的预设电压时，此时，C点电位接地。
同时或待D点电位持续升高一段时间后，耗尽型场效应管21的栅极与源极之间的电位差小于耗尽型场效应管21的阈值电压，从而使得耗尽型场效应管21关断，图3中，在t1时刻，耗尽型场效应管21关断。由于耗尽型场效应管21关断，D点电位不再升高，并开始放电，从而D点与E点电位逐步下降。
在t1时刻之后的任一时刻，示例性的，如t2，A点电位因持续充电高于开关电源集成电路10的供电阈值，从而驱动第一增强型场效应管20导通。由于一开始D点电位较高，提供了较大的电流，从而限制了流经变压器中的电流突然增大到电流的上限值。
可选的，本发明实施例中的各电容、电阻、电压比较电路、场效应管等各器件的参数，可根据需求进行设置，简单的参数的调整仍属于本发明的保护范围。
本发明提供的电源控制电路，通过增加简单的器件，搭建了自动充放电回路，限制了流经变压器中的电流的瞬间增大，保护了变压器，提高了电源控制电路的控制效果。
进一步地，在图2所示实施例的基础上，图4为本发明提供的电源控制电路实施例二的结构示意图，如图4所示，电压比较电路22包括第二增强型场效应管221；
第二增强型场效应管221的栅极与第三电阻13的第一端连接，第二增强型场效应管221的源极接地，第二增强型场效应管221的漏极与第四电阻14的第二端连接。
具体的，由于增强型场效应管221的工作原理为，当增强型场效应管221的栅极与源极之间的电压差大于增强型场效应管221的阈值电压(一般为正值)时，增强型场效应管221导通，即B点电位高于地电位一定值时，增强型场效应管221导通，当增强型场效应管221导通时，C点电位被拉低。
进一步地，在图2所示实施例的基础上，图5为本发明提供的电源控制电路实施例三的结构示意图，如图5所示，电压比较电路22包括三端可调分流基准源222；
三端可调分流基准源222的控制端与第三电阻13的第一端连接，三端可调分流基准源222的正极接地，三端可调分流基准源222的负极与第四电阻14的第二端连接。
具体的，根据三端可调分流基准源的工作原理，当控制端的电位高于三端可调分流基准源222的阈值电压时，三端可调分流基准源222导通，进而导致C点电位接地。
本发明示例性的给出了电压比较电路22的实现方式，任何其他可实现电压比较电路22的工作原理的电路均属于本发明的保护范围。
考虑到该电流保护电路可应用于任意需要限流的设备中，本发明另一方面提供一种电流保护电路，当该电流保护电路应用于变压器的开机电流保护时，其电路原理如图2至图5所示，该电流保护电路的工作原理仍如上述实施例所述，因此不再赘述。
图6为本发明提供的电流保护电路的结构示意图，如图6所示，电流保护电路包括：
第二电阻12、第三电阻13、第四电阻14、第五电阻15、第一电容18、耗尽型场效应管21和电压比较电路22；其中，
第二电阻12的第一端、第四电阻14的第一端、耗尽型场效应管21的漏极连接形成电流保护电路的电源输入端；
第二电阻12的第二端分别与第三电阻13的第一端和电压比较电路22的第一输入端连接，第三电阻13的第二端接地；
第四电阻14的第二端分别与耗尽型场效应管21的栅极和电压比较电路22的输出端连接，电压比较电路22的第二输入端接地，电压比较电路22用于在电压比较电路22的第一输入端的电压大于预设电压时通过电压比较电路22的输出端输出电压比较电路22的第二输入端的电压；
耗尽型场效应管21的源极分别与第一电容18的第一端和第五电阻15的第一端连接，第一电容18的第二端接地；
第五电阻15的第二端作为电流保护的输出端，与待限流电路连接。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种电源控制电路，其特征在于，包括：开关电源集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第一增强型场效应管、耗尽型场效应管和电压比较电路；其中，
所述第一电阻的第一端与供电电源连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述耗尽型场效应管的漏极、所述第二电容的第一端以及所述开关电源集成电路的供电脚连接；
所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端和所述电压比较电路的第一输入端连接，所述第三电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第二端分别与所述耗尽型场效应管的栅极和所述电压比较电路的输出端连接，所述电压比较电路的第二输入端接地，所述电压比较电路用于在所述电压比较电路的第一输入端的电压大于预设电压时通过所述电压比较电路的输出端输出所述电压比较电路的第二输入端的电压；
所述耗尽型场效应管的源极分别与所述第一电容的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；
所述第二电容的第二端接地；
所述第五电阻的第二端分别与所述开关电源集成电路的检测脚和所述第六电阻的第一端连接；
所述第六电阻的第二端分别与所述第一增强型场效应管的源极和所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地；
所述第一增强型场效应管的栅极与所述开关电源集成电路的驱动脚连接，所述第一增强型场效应管的漏极与变压器的一次侧的第一端连接，所述变压器的一次侧的第二端与所述供电电源连接。
2.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，所述电压比较电路包括第二增强型场效应管；
所述第二增强型场效应管的栅极与所述第三电阻的第一端连接，所述第二增强型场效应管的源极接地，所述第二增强型场效应管的漏极与所述第四电阻的第二端连接。
3.根据权利要求1所述的电源控制电路，其特征在于，所述电压比较电路包括三端可调分流基准源；
所述三端可调分流基准源的控制端与所述第三电阻的第一端连接，所述三端可调分流基准源的正极接地，所述三端可调分流基准源的负极与所述第四电阻的第二端连接。
4.一种电流保护电路，其特征在于，包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、耗尽型场效应管和电压比较电路；其中，
所述第二电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述耗尽型场效应管的漏极连接形成所述电流保护电路的电源输入端；
所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端和所述电压比较电路的第一输入端连接，所述第三电阻的第二端接地；
所述第四电阻的第二端分别与所述耗尽型场效应管的栅极和所述电压比较电路的输出端连接，所述电压比较电路的第二输入端接地，所述电压比较电路用于在所述电压比较电路的第一输入端的电压大于预设电压时通过所述电压比较电路的输出端输出所述电压比较电路的第二输入端的电压；
所述耗尽型场效应管的源极分别与所述第一电容的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端接地；
所述第五电阻的第二端作为所述电流保护的输出端，与待限流电路连接。
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