CN106911187A - 一种宽电压电源控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽电压电源控制电路，包括输入保护电路、输入检测电路、保险故障指示电路、控制电路、驱动电路和MOSFET故障指示电路。输入保护电路防止二路输入电源反接；输入检测电路判断二路输入电源是否满足最低输入10V的要求；保险故障指示电路对二路输入电源进行保险故障指示；控制电路对二路MOS管的门极控制电路；驱动电路对二路输入电源驱动。宽电压电源控制电路可以工作在电压10V～100V，当电源输入端极性反接时能自动切断电源回路，避免负载系统受反压冲击损坏，具有快速的反向电流关断能力，关断时间不大于500ns，从而有效防止负载能量回灌回电源输入端，或两路输入电源相互干扰。两路输入电源能实现平滑切换，切换过程不会产生振荡。

Description

一种宽电压电源控制电路
技术领域
本发明涉及一种宽电压电源控制电路，属于电路技术领域。
背景技术
先进的电信计算平台、军用电子设备为了预防电源故障，对系统造成的重大损坏，通常需要采用双路输入电源供电，当一路电源发生故障或电源输入端极性反接时能自动切断电源回路，避免负载系统受反压冲击损坏，同时两路输入电源能实现平滑切换。
现有的电源控制系统往往在电源输入回路上串入功率二极管，由于二极管存在固定的压降，对于一些低电压应用来说，可能造成系统工作不正常。其次，对于一些大电流的应用来说，由于二极管的压降相对固定，造成二极管上消耗的功率过大，二极管散热困难，电路的可靠性降低，电源的效率也随之降低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术中的缺陷，解决对电源输入控制的问题，提供一种满足宽电压电压要求的控制电路。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种宽电压电源控制电路，其特征是，包括两路输入保护电路、输入检测电路、保险故障指示电路和控制电路，两路控制电路的输出端分别连接至驱动电路，MOSFET故障指示电路用于指示驱动电路的异常；
两路输入电源分别对应输入一路输入保护电路，输入保护电路在输入电源反接时进行截止反向保护，无输出电源；
两路输入检测电路分别对应检测一路输入电源的电压是否大于10V，当输入电源电压大于10V时，输入检测电路中的第四发光二极管熄灭；当输入电源电压不大于10V时，第四发光二极管常亮；
两路保险故障指示电路，当输入电源电压大于3.5V时，保险故障指示电路中的第五发光二极管熄灭，当输入电源电压小于3.5V或者输入电源反接时，第五发光二极管亮指示电源有故障。
所述输入电源的电压为10V～100V的宽电源输入范围。
所述输入保护电路中包括第二MOS管，当输入电源正接时，第二MOS管导通；当输入电源反接时，第二MOS管截止无输出电源。
所述输入保护电路包括双向瞬态电压抑制器、滤波电容、第一电阻、第二电阻、第二MOS管和第三稳压二极管；双向瞬态电压抑制器并联在输入电源与地之间；滤波电容并联在双向瞬态电压抑制器的两端；第二MOS管漏极接输入电源，源极与第三稳压二极管的阴极连接，栅极与第三稳压二极管的阳极及第一电阻的一端共连，第一电阻另一端接地；第二电阻的两端分别连接在第二MOS管的栅极与源极之间。
所述输入检测电路还包括分压电阻、第一电压比较器、第二驱动器和第三MOS管；分压电阻对输入电源进行分压后的电压输入至第一电压比较器反相输入端，第一电压比较器的正相输入端接基准电压源；第一电压比较器的输出端经第二驱动器连接至第三MOS管的栅极，第三MOS管的源极接地，第三MOS管的漏极与第四发光二极管的阴极连接，第四发光二极管的阳极接电源输出端。
所述保险故障指示电路包括第三电压比较器、第四驱动器、第六MOS管和第五发光二极管；第三电压比较器的正相输入端连接至输入电源，第三电压比较器的反相输入端连接3.5V的电压源，第三电压比较器的输出端经第四驱动器连接至第六MOS管的栅极，第六MOS管的源极接地，第六MOS管的漏极接第五发光二极管的阴极，第五发光二极管的阳极连接至电源输出端。
所述控制电路包括第五电压比较器，第五电压比较器正相输入端与输入电源连接，反相输入端连接25mV的电压源，输出端连接至驱动电路作为其一路门极控制信号。
所述驱动电路包括第七稳压二极管、第八MOS管、第九稳压二极管、第十MOS管和第一取样电阻、第二取样电阻；
第七稳压二极管的阴极、第八MOS管的栅极共连至一路控制电路输出端输出的门极控制信号，第七稳压二极管的阳极与第八MOS管的源极共连至输入电源，第八MOS管的漏极经第一取样电阻连接至电源输出端；第九稳压二极管的阴极、第十MOS管的栅极共连至另一路控制电路输出端输出的门极控制信号，第九稳压二极管的阳极与第十MOS管的源极共连至输入电源，第十MOS管的漏极经第二取样电阻连接至电源输出端。
所述MOSFET故障指示电路包括第六电流检测器、第七电流检测器、或门、第十一MOS管和第十二发光二极管；第六电流检测器、第七电流检测器的正相输入端分别对应连接第八MOS管的漏极、第十MOS管的漏极，第六电流检测器、第七电流检测器的反相输入端分别连接电源输出端，第六电流检测器、第七电流检测器的输出端分别作为或门的一个输入，或门的输出端与第十一MOS管的栅极连接，第十一MOS管的源极接地，第十一MOS管的漏极连接到第十二发光二极管的阴极，第十二发光二极管的阳极与电源输出端连接。
本发明一种满足宽电压下的电源控制电路，输入保护电路主要防止二路输入电源反接，毁坏系统、以及对电源浪涌的抑制；输入检测电路主要进行二路宽电源输入是否满足最低输入10V的要求，同时进行错误指示；保险故障指示电路主要完成二路输入电源保险故障指示功能；MOSFET控制电路完成二路MOSFET的门极控制电路；MOSFET驱动电路完成二路电源驱动；MOSFET故障指示电路完成二路MOSFET异常指示功能。
本发明的优点：
本发明电源输入电压为10V～100V宽电源输入范围，无需额外提供电源；具有输入电源反接保护，当电源输入端极性反接时能自动切断电源回路，防止输入电源反接毁坏系统以及对电源浪涌的抑制，避免负载系统受反压冲击损坏；电源输入端极性反接时能自动切断电源回路，避免负载系统受反压冲击损坏。快速的反向电流关断能力，关断时间不大于500ns。从而有效防止负载能量回灌回电源输入端，或两路输入电源相互干扰。两路输入电源能实现平滑切换，切换过程不会产生振荡；对各种故障能提供保护与指示功能；具有小体积和高可靠性。
附图说明
图1是本发明一宽电压电源控制电路的电路框图。
图2是本发明一宽电压电源控制电路输入保护电路的电路图。
图3是本发明一宽电压电源控制电路输入检测电路的电路图。
图4是本发明一宽电压电源控制电路保险故障指示电路的电路图。
图5是本发明一宽电压电源控制电路MOSFET控制电路的电路图。
图5a是本发明一宽电压电源控制电路电荷泵电路。
图6是本发明一宽电压电源控制电路MOSFET驱动电路的电路图。
图7是本发明一宽电压电源控制电路MOSFET故障指示电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本方案的实施方式。
由图1所示，本发明的宽电压电源控制电路包括两路输入保护电路11、输入检测电路12、保险故障指示电路13和MOSFET控制电路14，两路MOSFET控制电路14的输出端分别连接至MOSFET驱动电路15，MOSFET驱动电路15的输出端即为电源输出。MOSFET故障指示电路16用于指示MOSFET驱动电路15的异常。
本实施例中输入电源的电压为10V～100V的宽电源输入范围。
结合图2所示，输入保护电路11完成对输入电源进行保护，防止输入电源反接毁坏系统以及对电源浪涌的抑制。输入保护电路11由瞬态电压保护电路、电源滤波电路、输入反向保护电路组成。瞬态电压保护电路由双向瞬态电压抑制器V1构成，满足耐瞬态电压要求中尖峰电压的冲击，它并联在电源与地之间，当尖峰电压来时，它迅速导通，在电源与地之间形成能量泄放通道，从而避免系统受到损伤。电源滤波电路由滤波电容C1构成，滤波电容C1并联在双向瞬态电压抑制器V1的两端。输入反向保护电路由电阻R1、电阻R2、MOS管V2、稳压二极管V3构成，MOS管V2漏极接电源，源极与稳压二极管V3的阴极连接，栅极与稳压二极管V3的阳极及电阻R1的一端共连，电阻R1另一端接地；电阻R2的两端分别连接在MOS管V2的栅极与源极之间。当输入电源正接时，MOS管V2导通；当输入电源反接时，MOS管V2截止，完成输入反向保护。
结合图3所示，输入检测电路12完成对输入电源电压的检测，输入检测电路12包括电阻R3、R4、电压比较器N1、驱动器N2、MOS管V3、指示灯V4和电阻R5。指示灯V4可采用发光二极管。电阻R3、R4串联在输入电源与地之间，对输入电源进行分压后的电压连接至电压比较器N1的反相输入端，电压比较器N1的正相输入端接基准电压源；电压比较器N1的输出端连接至驱动器N2的输入端，驱动器N2的输出端连接至MOS管V3的栅极，MOS管V3的源极接地，MOS管V3的漏极与指示灯V4的阴极连接，指示灯V4的阳极经电阻R5后接电源输出端。
电阻R3、R4经分压后的电压与基准电压1进行比较，当其电压低于基准电压1，比较器N1输出为高电平，至驱动器N2，从而MOS管V3打开，指示灯V4亮，反之当其电压高于基准电压1，比较器N1输出为低电平，至驱动器N2，从而MOS管V3截止，指示灯V4熄灭。当输入电源电压大于10V时，指示灯V4熄灭，当输入电源电压小于10V时，指示灯V4常亮，从而可以判断该电源输入异常。
由图4所示，保险故障指示电路13完成对输入电源保险故障指示功能，保险故障指示电路13包括电压比较器N3、驱动器N4、MOS管V6、指示灯V5和电阻R6。指示灯V5可采用发光二极管。电压比较器N3的正相输入端连接至输入电源，电压比较器N3的反相输入端连接一3.5V的基准电压源，电压比较器N3的输出端连接至驱动器N4的输入端，驱动器N4的输出端连接至MOS管V6的栅极，MOS管V6的源极接地，MOS管V6的漏极接指示灯V5的阴极，指示灯V5的阳极经电阻R6连接至电源输出端。
当输入电源电压大于3.5V时，指示灯V5熄灭，当输入电源电压小于3.5V或者输入电源反接时，指示灯V5亮，从而可以判断该电源有故障。
结合图5所示，MOSFET控制电路14包括控制电路N5，控制电路N5正相输入端与输入电源连接，控制电路N5反相输入端连接25mV的电压源，控制电路N5的输出端连接至MOSFET驱动电路15作为其一路门极控制信号。一般对于N沟道功率MOSFET，栅极电压VG必须足够高于其源极电压VS。通常要使MOSFET完全可靠导通，其电压差一般在10 V以上，即栅源电压VGS＞10 V。要使VGS>10V，即控制电路必须能提供高于电源电压的电压，其升压电路采用电荷泵电路设计。
简单电荷泵原理电路图如图5a所示。电容C的A端通过二极管V接电源电压Vcc，电容C的B端接振幅Vin的方波。当B点电位为0时，V导通，电源电压Vcc开始对电容C充电，直到节点A的电位达到电源电压Vcc；当B点电位上升至高电平Vin时，因为电容两端电压不能突变，此时A点电位上升为Vcc+Vin。所以，A点的电压就是一个方波，最大值是Vcc+Vin，最小值是Vcc(假设二极管为理想二极管)。A点的方波经过简单的整流滤波，可提供高于Vcc的电压，完成控制电路中升压电路。
结合图6所示，MOSFET驱动电路15完成二路电源驱动，包括稳压二极管V7、MOS管V8、稳压二极管V9、MOS管V10和取样电阻RDS1、RDS2。稳压二极管V7的阴极、MOS管V8的栅极共连至一路MOSFET控制电路14输出端输出的门极控制信号1，稳压二极管V7的阳极与MOS管V8的源极共连至输入电源，MOS管V8的漏极连接取样电阻RDS1再至电源输出端。稳压二极管V9的阴极、MOS管10的栅极共连至另一路MOSFET控制电路14输出端输出的门极控制信号2，稳压二极管V9的阳极与MOS管V10的源极共连至输入电源，MOS管V10的漏极连接取样电阻RDS2再至电源输出端。
当门极电压高于MOS管的栅极电压10V以上，MOS管V8、V10完全可靠导通，完成电源驱动。稳压二极管V7、V9对门极进行保护，防止电压过冲大于20V，从而损坏MOS管V8、V10。
结合图7所示，MOSFET故障指示电路16完成二路MOSFET异常指示功能。MOSFET故障指示电路16包括电流检测器N6、N7、或门N8、MOS管V11、指示灯V12和电阻R9。指示灯V12可采用发光二极管。电流检测器N6的正相输入端分别连接MOS管V8的漏极V8D，电流检测器N6的负相输入端连接电源输出端。电流检测器N7的正相输入端连接MOS管V10的漏极V10D，电流检测器N7的负相输入端连接电源输出端。电流检测器N6、N7的输出端分别作为或门N8的一个输入，或门N8的输出端与MOS管V11的栅极连接，MOS管V11的源极接地，MOS管V11的漏极连接到指示灯V12的阴极，指示灯V12的阳极经电阻R9与电源输出端连接。
电流检测器的输入电压为取样电阻RDS1与RDS2的端电压，随着取样电流逐渐增大，其电流检测器N6、N7正向电压逐渐增大，当其中任一路电压大于0.5V电压时，电流检测器N6或N7输出高电平，从而指示灯V12亮，说明MOS管V8或V10已经过流，发出故障指示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种宽电压电源控制电路，其特征是，包括两路输入保护电路、输入检测电路、保险故障指示电路和控制电路，两路控制电路的输出端分别连接至驱动电路，MOSFET故障指示电路用于指示驱动电路的异常；
两路输入电源分别对应输入一路输入保护电路，输入保护电路在输入电源反接时进行截止反向保护，无输出电源；
两路输入检测电路分别对应检测一路输入电源的电压是否大于10V，当输入电源电压大于10V时，输入检测电路中的第四发光二极管熄灭；当输入电源电压不大于10V时，第四发光二极管常亮；
两路保险故障指示电路，当输入电源电压大于3.5V时，保险故障指示电路中的第五发光二极管熄灭，当输入电源电压小于3.5V或者输入电源反接时，第五发光二极管亮指示电源有故障。
2.根据权利要求1所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述输入电源的电压为10V～100V的宽电源输入范围。
3.根据权利要求1所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述输入保护电路中包括第二MOS管，当输入电源正接时，第二MOS管导通；当输入电源反接时，第二MOS管截止无输出电源。
4.根据权利要求1或3所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述输入保护电路包括双向瞬态电压抑制器、滤波电容、第一电阻、第二电阻、第二MOS管和第三稳压二极管；双向瞬态电压抑制器并联在输入电源与地之间；滤波电容并联在双向瞬态电压抑制器的两端；第二MOS管漏极接输入电源，源极与第三稳压二极管的阴极连接，栅极与第三稳压二极管的阳极及第一电阻的一端共连，第一电阻另一端接地；第二电阻的两端分别连接在第二MOS管的栅极与源极之间。
5.根据权利要求1所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述输入检测电路还包括分压电阻、第一电压比较器、第二驱动器和第三MOS管；分压电阻对输入电源进行分压后的电压输入至第一电压比较器反相输入端，第一电压比较器的正相输入端接基准电压源；第一电压比较器的输出端经第二驱动器连接至第三MOS管的栅极，第三MOS管的源极接地，第三MOS管的漏极与第四发光二极管的阴极连接，第四发光二极管的阳极接电源输出端。
6.根据权利要求1所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述保险故障指示电路包括第三电压比较器、第四驱动器、第六MOS管和第五发光二极管；第三电压比较器的正相输入端连接至输入电源，第三电压比较器的反相输入端连接3.5V的电压源，第三电压比较器的输出端经第四驱动器连接至第六MOS管的栅极，第六MOS管的源极接地，第六MOS管的漏极接第五发光二极管的阴极，第五发光二极管的阳极连接至电源输出端。
7.根据权利要求1所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述控制电路包括第五电压比较器，第五电压比较器正相输入端与输入电源连接，反相输入端连接25mV的电压源，输出端连接至驱动电路作为其一路门极控制信号。
8.根据权利要求1所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述驱动电路包括第七稳压二极管、第八MOS管、第九稳压二极管、第十MOS管和第一取样电阻、第二取样电阻；
第七稳压二极管的阴极、第八MOS管的栅极共连至一路控制电路输出端输出的门极控制信号，第七稳压二极管的阳极与第八MOS管的源极共连至输入电源，第八MOS管的漏极经第一取样电阻连接至电源输出端；第九稳压二极管的阴极、第十MOS管的栅极共连至另一路控制电路输出端输出的门极控制信号，第九稳压二极管的阳极与第十MOS管的源极共连至输入电源，第十MOS管的漏极经第二取样电阻连接至电源输出端。
9.根据权利要求8所述的宽电压电源控制电路，其特征是，所述MOSFET故障指示电路包括第六电流检测器、第七电流检测器、或门、第十一MOS管和第十二发光二极管；第六电流检测器、第七电流检测器的正相输入端分别对应连接第八MOS管的漏极、第十MOS管的漏极，第六电流检测器、第七电流检测器的反相输入端分别连接电源输出端，第六电流检测器、第七电流检测器的输出端分别作为或门的一个输入，或门的输出端与第十一MOS管的栅极连接，第十一MOS管的源极接地，第十一MOS管的漏极连接到第十二发光二极管的阴极，第十二发光二极管的阳极与电源输出端连接。
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