CN106558980A - 一种使能控制电路 - Google Patents

Abstract

一种使能控制电路，由使能控制端EN，第一电阻R1、第二电阻R2以及第一PNP三极管Q1组成的使能控制单元201，由第三电阻R3、第四电阻R4、第二NPN三极管Q2、第一稳压二极管Z1、第一电容C1组成线性稳压启动电路202，输入电压检测控制电路A以及控制IC或者其它用电电路B组成；本发明的使能控制电路，在开关电源模块的输入电压与线性稳压启动电路、输入电压检测控制电路A之间加入一个使能控制单元，通过外部提供的控制信号，控制使能控制单元201的工作可以闭合或者切断开关电源模块的输入端电压与线性稳压启动电路202以及与输入电压检测控制电路A的连接关系，以达到控制开关电源模块工作并降低开关电源电路在关机状态时的待机功耗的目的。

Description

一种使能控制电路

技术领域

本发明涉及一种使能控制电路，特别涉及一种可实现降低开关电源的待机功耗的使能电路。

现有技术

电子产品的待机功耗一般指的是产品在关机或者不行使其主要功能的时候的能源消耗；在开关电源领域，开关电源模块没有达到其工作需要的条件而没有进入工作状态，譬如，一个受控工作的开关电源没有接收到使其工作的信号时或者开关电源模块处于输入欠压保护状态或者输入过压保护等状态下，没有开机工作并行使其主要功能，那么该开关电源模块实际上是处于待机状态，即使该开关电源模块是闲置的，但是由于其输入端接入了电压，仍然消耗着电能；随着开关电源模块在电子电器设备等相关产品中的广泛应用，降低待机功耗，特别是降低开关电源模块的待机功耗成为电子电器产品节能的一个重要方向。

常见的开关电源模块在关机时的待机功耗，因为其主功率回路有开关管，其漏电流很小，一般为微安级，故主功率回路的待机功耗也很小，因此其开关电源模块的待机功耗主要包括线性稳压启动电路的待机功耗、开关电源控制电路的待机功耗以及输入电压检测控制电路的待机功耗三大部分；在宽输入电压范围的开关电源模块中，一般情况下，其输入电压越高，对应的待机功耗就越大，特别是线性稳压启动电路的待机输入电流，一般为毫安级，对应的待机功耗就是几十毫瓦，甚至更高。

它激式DC/DC功率变换器，下面简述为开关电源，是以控制芯片为主体进行控制的，该开关电源用到的控制芯片或相关的保护电路芯片需要的是一稳定持续的直流供电电压VCC，该电压一般在12VDC左右，在开关电源的许多应用中，开关电源的输入电压一般都远高于该电压，一般情况下开关电源会引入一个线性稳压启动电路直接连接开关电源的输入端，把高电压的输入电压经线性稳压后输出到控制芯片的VCC供电端口或者相关保护电路芯片的VCC供电端口，为其提供启动所需能量；如图1所示，为目前现有技术中最普遍的一种变换器的输入过欠压保护和启动供电方式，线性稳压启动电路101采集输入电压为开关电源做启动使用，当开关电源正常工作后，就通过自供电电路102提供一个比线性稳压启动电路的输出电压更高的电压从而断开线性稳压启动电路使其停止工作，完成启动后VCC由自供电电路持续供电，自供电电路是在主功率变压器上增加一个辅助绕组，辅助绕组产生的脉冲电压波形通过整流滤波后的形成直流VCC电压，以供控制芯片使用；该电路简单，成本低，被广泛应用在特别是开关电源里面的各种控制芯片的线性稳压启动电路或者供电电路中，然而，现有技术在某些应用如电池组为开关电源供电的应用场合中，存在以下一个缺陷：开关电源模块的待机功耗主要集中在线性稳压启动电路的损耗上，在不需要开关电源模块工作的时候，该线性稳压启动电路的损耗依然持续存在，实际的开关电源除了采用一个线性稳压启动电路为其启动之外，还会根据实际的需要，对变换器加入输入电压检测控制电路A，直接对开关电源的输入电压进行电压采样检测，进而通过若干手段控制模块的工作状态实现其输入电压欠压保护或者输入电压过压保护等功能，这些对输入电压直接进行电压采样检测的电路会产生一个功耗，输入电压越高，在待机状态下其带来的待机功耗就越大；

上述的启动供电电路的待机功耗和输入电压检测控制电路的待机功耗相对于开关电源本身在能量转换时的损耗来说其实是一个比较小的损耗，在某些供电场合其实是小到可以忽略不计的，但是，在某些对待机功耗要求高的场合，比如在为该开关电源模块提供持续供电的是一个电池或者电池组的话，尤其是提供供电的电池或者电池组为多个开关电源模块提供供电的时候，该电池或者电池组的电压越高，对应的开关电源模块待机损耗越大，造成电池组在开关电源模块不工作时还会持续给开关电源供电的能量浪费，降低电池组的能量利用率，不利于节能，甚至会降低某些电池组的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决现有开关电源的线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路在电池组供电的应用场合中存在的不足，目的是提供一种使能控制电路，该使能控制电路可以通过外部控制信号来控制开关电源模块的线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路A是否工作，目的是降低开关电源模块处于关机状态下的待机功耗，使得开关电源的待机功耗不随开关电源模块所接入的输入电压的变化而明显变化。本发明是对现有技术的线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路在工作方式上的共性点进行改良，降低现有技术中的线性稳压启动电路、输入电压检测控制电路的待机损耗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种使能控制电路，包括正输入端Vin、负输入端GND、线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路，其特征在于：还包括使能控制单元，线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路通过使能控制单元与正输入端Vin连接；所述的使能控制单元的输入端连接所述的正输入端Vin，所述的使能控制单元的输出端连接所述的线性稳压启动电路的输入端和输入电压检测控制电路的输入端；开关电源模块正常工作时，使能控制单元正常输出电压信号给线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路，开关电源模块停止工作时，使能控制单元输出截止，关断正输入端Vin与线性稳压启动电路以及正输入端Vin与输入电压检测控制电路的连接。

所述的使能控制单元包括使能控制端、第一电阻、第二电阻和第一三极管；第一电阻的一端分别连接正输入端Vin、第一三极管的发射极和线性稳压电路的一个输入端；第一电阻的另一端分别连接第二电阻的一端和第一三极管的基极；第二电阻的另一端连接使能控制端EN；第一三极管的集电极连接输入电压检测控制电路的输入端和线性稳压电路的另一个输入端。

所述的第二电阻的另一端和所述的使能控制端之间增加第五电阻和第一光耦；所述的第五电阻的一端连接使能控制端，第五电阻的另一端连接第一光耦的第一端口，第一光耦的第二端口连接第二电阻的另一端，第一光耦的第三端口连接控制信号地SGND，第一光耦的第四端口连接负输入端GND。

所述的第一光耦的第三端口和第四端口也可以共同接控制信号地SGND或共同接负输入端GND。

所述输入电压检测控制电路，检测第一三极管的集电极电压，经若干处理后，生成特定信号，输送到开关电源的输入过压保护电路或者输入欠压保护等电路上，触发该保护电路的输入欠压保护功能或者输入过压保护功能；

优选的，所述的电压检测控制电路还可以具备输入电压前馈功能。

所述的线性稳压启动电路为后面的负载电路如控制IC或者其它用电电路B提供一个稳定供电电压VCC。

本发明实现控制启动和降低在开关电源模块不工作时的待机功耗的原理如下：

本发明的使能控制电路，在开关电源模块的输入电压与线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路A之间加入一个使能控制单元，通过外部提供的控制信号，控制使能控制单元201的工作可以闭合或者切断开关电源模块的输入端电压与线性稳压启动电路202以及开关电源模块的输入端电压与输入电压检测控制电路A的连接关系，以达到控制开关电源模块工作并降低开关电源电路在关机状态时的待机功耗的目的。

在开关电源模块正常工作时，通过外部控制，令使能控制端EN保持直接接地或者电压低于Vin一定值的低电平状态，比如0V电压等，通过适当的调整R1、R2的阻值可以令PNP三极管Q1在开关电源模块的全输入电压范围内都饱和导通，这时Vin电压经过饱和导通的Q1后再经过R3输送到Z1的阴极和Q2的基极，Q2导通，启动电流通过R4、Q2，经C1滤波后输送到VCC为控制IC或者其它用电电路B提供持续稳定的直流电压，又因为Q1是饱和导通，其发射极到集电极的饱和压降为0.3V左右，因此饱和导通的Q1集电极电压可以看做是约等于输入端电压Vin的，当输入电压检测控制电路A检测到的Q1集电极电压大于开关电源的启动电压且小于输入过压保护电路的过压保护电压后，控制IC或者其它用电电路B在其满足其他工作条件后开始工作，即开关电源开始工作；当输入电压检测控制电路检测到的Q1集电极电压高于开关电源的输入过压保护电压或者低于其输入欠压保护电压后，输出一个输入过压保护或者输入欠压保护信号到输入过欠压保护电路，触发其保护功能，使得开关电源停止工作。

在开关电源停止工作时，通过外部控制，令使能控制端EN保持直接悬空或者切断使能控制端EN对负输入端GND的导电回路，可以令Q1截止，使能控制单元201输出截止。这时，Q2跟着截止，线性稳压启动电路停止工作，断开了线性稳压启动电路与开关电源模块的输入端电压的连接，进而停止对控制IC或者其它用电电路B供电；同时，使能控制单元201输出截止后，也断开了输入电压检测控制电路与开关电源模块的输入端电压的连接，线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路A的待机功耗几乎为零，大幅度降低整个开关电源模块的待机功耗。

本发明的有益效果是：在开关电源模块处于关机或待机状态时，通过使能控制单元201切断开关电源模块的输入端电压与线性稳压启动电路202以及开关电源模块的输入端电压与输入电压检测控制电路A的连接关系，以达到降低开关电源电路在关机状态时的待机功耗的目的。

附图说明

图1为现有技术的自供电电路原理图。

图2为本发明的实施例一的电路图。

图3为本发明的实施例二的电路图。

具体实施方式

实施例一：

请参阅图2，一种使能控制电路，包括正输入端Vin，负输入端GND，使能控制端EN，输出端VCC，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一PNP三极管Q1、第二NPN三极管Q2，第一稳压二极管Z1，第一电容C1，输入电压检测控制电路A路以及控制IC或者其它用电电路B；

其中由使能控制端EN，第一电阻R1、第二电阻R2以及第一PNP三极管Q1组成使能控制单元201；由第三电阻R3、第四电阻R4、第二NPN三极管Q2、第一稳压二极管Z1、第一电容C1组成线性稳压启动电路202；

第二电阻R2的一端连接使能控制端EN，另外一端连接第一电阻R1的一端和第一PNP三极管Q1的基极；第一电阻R1的另外一端连接正输入端Vin、三极管Q1的发射极以及第四电阻R4的一端；第一三PNP极管Q1的集电极与第三电阻R3的一端连接并连接到所述输入电压检测控制电路A的输入端；第三电阻R3的另外一端与第二NPN三极管Q2的基极以及第一稳压二极管Z1的阴极相连；第一稳压二极管Z1的阳极与第一电容C1的一端相连并连接到负输入端GND；第二NPN三极管Q2的集电极连接第四电阻R4的另外一端；第二NPN三极管Q2的发射极与第一电容C1的另外一端相连并连接到线性稳压启动电路的输出端VCC，在线性稳压启动电路工作且VCC电压达到一定值后，为后面的控制IC或者其它用电电路B提供供电。

所述输入电压检测控制电路A，检测第一PNP三极管Q1的集电极电压，经若干处理后，生成特定信号，输送到开关电源的输入过压保护电路或者输入欠压保护等电路上，触发该保护电路的输入欠压保护功能或者输入过压保护功能；

优选的，所述的电压检测控制电路A还可以具备输入电压前愦功能。

所述的控制IC或者其它用电电路B为开关电源的主控IC及其外围电路或者其它需要一个稳定供电电压VCC供电的功能电路。

本发明实现控制启动和降低在开关电源模块不工作时的待机功耗的原理在发明内容中已经详述，在此不再赘述。

实测我司一个输入9～30V的开关电源模块，加入本发明电路后在待机时候的输入电流由之前的5mA降低到10uA以下，即开关电源模块在关机状态下的输入电流由毫安级降低至微安级，极大的降低了开关电源模块在关机时的待机功耗。

下表为使用同样的测试设备，在室温27℃下，实际测得我司产品型号为URF2424LP-20WR3(现有技术产品)和采用本发明技术的样品在同等条件下的待机功耗对比：

由上表可见，采用本发明方案的产品，其在关机状态下的待机功耗相差近一千倍，远远小于采用现有技术产品的。

实施案例二：

请参阅图3，一种使能控制电路，包括正输入端Vin，负输入端GND，使能控制端EN，控制信号地SGND，输出端VCC，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，第一PNP三极管Q1、第二NPN三极管Q2，第一稳压二极管Z1，第一电容C1，第一光耦OC1、输入电压检测控制电路A路以及控制IC或者其它用电电路B；

其中由使能控制端EN，第一电阻R1、第二电阻R2、第五电阻R5、第一光耦OC1以及第一PNP三极管Q1组成的使能控制单元301；由第三电阻R3、第四电阻R4、第二NPN三极管Q2、第一稳压二极管Z1、第一电容C1组成线性稳压启动电路单元302；

使能控制端EN输入一个控制信号经第五电阻R5输入到第一光耦OC1的输入端(即第一端口1)；光耦OC1的输入地S(即第三端口3)接控制信号地SGND；第二电阻R2的一端连接控制端光耦的输出(即第二端口2)，另外一端连接第一电阻R1的一端和第一PNP三极管Q1的基极；光耦的第四端口4接负输入端GND；第一电阻R1的另外一端连接正输入端Vin、三极管Q1的发射极以及第四电阻R4的一端；第一三PNP极管Q1的集电极与第三电阻R3的一端连接并连接到所述输入电压检测控制电路A的输入；第三电阻R3的另外一端与第二NPN三极管Q2的基极以及第一稳压二极管Z1的阴极相连；第一稳压二极管Z1的阳极与第一电容C1的一端相连并连接到负输入端GND；第二NPN三极管Q2的集电极连接第四电阻R4的另外一端；第二NPN三极管Q2的发射极与第一电容C1的另外一端相连并连接到线性稳压启动电路的输出端VCC，在线性稳压启动电路工作且VCC电压达到一定值后，为后面的控制IC或者其它用电电路B提供供电。

优选的，光耦的输入地S和第四端口也可以共同接控制信号地SGND或共同接负输入端GND。

其原理如下：

本发明的使能控制电路，在开关电源模块的输入电压与线性稳压启动电路、输入电压检测控制电路之间加入一个使能控制单元，通过外部提供的控制信号，控制使能控制单元301的工作可以闭合或者切断开关电源模块的输入端电压与线性稳压启动电路302以及开关电源模块的输入端电压与输入电压检测控制电路A的连接关系，以达到控制开关电源模块工作并降低开关电源电路在关机状态时的待机功耗的目的。

在开关电源模块正常工作时，通过外部控制，令使能控制端EN输入一个持续的高电平信号，那么光耦持续导通，通过适当的调整R1、R2的阻值可以令PNP三极管Q1在开关电源模块的全输入电压范围内都饱和导通，这时Vin电压经过饱和导通的Q1后再经过R3输送到Z1的阴极和Q2的基极，Q2导通，启动电流通过R4、Q2，经C1滤波后输送到VCC为IC供电，又因为Q1是饱和导通，其发射极到集电极的饱和压降为0.3V左右，因此饱和导通的Q1集电极电压可以看做是约等于输入端电压Vin的，当输入电压检测控制电路A检测到的Q1集电极电压大于开关电源的启动电压且小于输入过压保护电路的过压保护电压后，控制IC或者其它用电电路B在其供电端口VCC满足工作条件后开始工作，即开关电源开始工作；当输入电压检测控制电路检测到的Q1集电极电压高于开关电源的输入过压保护电压或者低于其输入欠压保护电压后，输出一个输入过压保护或者输入欠压保护信号到输入过欠压保护电路，触发其保护功能。

在开关电源模块停止工作时，通过外部控制，令使能控制端EN输入一个持续的低电平信号，光耦截止，可以令Q1截止，使能控制单元201输出截止。这时，Q2跟着截止，线性稳压启动电路停止工作，断开了线性稳压启动电路与开关电源模块的输入端电压的连接，进而停止对控制IC或者其它用电电路B供电；同时，使能控制单元201输出截止后，也断开了输入电压检测控制电路与开关电源模块的输入端电压的连接，线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路A的待机功耗几乎为零，大幅度降低整个开关电源模块的待机功耗。

与现有技术相比，本发明的使能控制电路，在开关电源模块的输入电压与线性稳压启动电路、输入电压检测控制电路之间加入一个使能控制单元，通过外部提供的控制信号，控制使能控制单元301的工作可以闭合或者切断开关电源模块的输入端电压与线性稳压启动电路302以及与输入电压检测控制电路A的连接关系，以达到控制开关电源模块工作并降低开关电源电路在关机状态时的待机功耗的目的。

以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想，对本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离发明原理的前提下，通过以上描述与举例能自然联想到的其它等同应用方案，以及对本发明进行若干的改进和修饰，比如主功率变压器上增加一个辅助绕组，辅助绕组产生的脉冲电压波形通过整流滤波后的形成直流VCC电压，以供控制芯片使用；再比如加入TVS或者若干滤波电容；或者把线性稳压启动电路改成高压线性稳压启动电路等均落入本发明的权利要求书的保护范围。

Claims (4)

1.一种使能控制电路，包括正输入端Vin、负输入端GND、线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路，其特征在于：还包括使能控制单元，线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路通过使能控制单元与正输入端Vin连接；所述的使能控制单元的输入端连接所述的正输入端Vin，所述的使能控制单元的输出端连接所述的线性稳压启动电路的输入端和输入电压检测控制电路的输入端；开关电源模块正常工作时，使能控制单元正常输出电压信号给线性稳压启动电路和输入电压检测控制电路，开关电源模块停止工作时，使能控制单元输出截止，关断正输入端Vin与线性稳压启动电路以及正输入端Vin与输入电压检测控制电路的连接。

2.根据权利要求1所述的一种使能控制电路，其特征在于：所述的使能控制单元包括使能控制端、第一电阻、第二电阻和第一三极管；第一电阻的一端分别连接正输入端Vin、第一三极管的发射极和线性稳压电路的一个输入端；第一电阻的另一端分别连接第二电阻的一端和第一三极管的基极；第二电阻的另一端连接使能控制端EN；第一三极管的集电极连接输入电压检测控制电路的输入端和线性稳压电路的另一个输入端。

3.根据权利要求2所述的一种使能控制电路，其特征在于：所述的第二电阻的另一端和所述的使能控制端之间增加第五电阻和第一光耦；所述的第五电阻的一端连接使能控制端，第五电阻的另一端连接第一光耦的第一端口，第一光耦的第二端口连接第二电阻的另一端，第一光耦的第三端口连接控制信号地SGND，第一光耦的第四端口连接负输入端GND。

4.根据权利要求3所述的一种使能控制电路，其特征在于：所述的第一光耦的第三端口和第四端口也可以共同接控制信号地SGND或共同接负输入端GND。