CN107800286B - 一种取能电源的启动电路及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种取能电源的启动电路及其工作方法，该取能电源的启动电路包括至少一级启动电路单元和至少一个光电耦合器，启动电路单元与光电耦合器的数量相同；启动电路单元包括第一稳压管和至少两个相互并联的开关器件，光电耦合器包括光电二极管和光敏三极管；光敏三极管的集电极与各开关器件的栅极相连，光敏三极管的发射极与开关器件的源极相连；第一稳压管的阳极连接至光敏三极管的发射极，第一稳压管的阴极连接至光敏三极管的集电极。本发明的技术方案不受单颗开关器件极限耐受电压值的限制，能够低电压启动，高电压耐受，降低了开关器件损坏的几率和电路实现的难度和成本，可广泛应用于宽输入范围的高压开关电源。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种取能电源的启动电路及其工作方法。
背景技术
电源为各种电气设备或电子设备提供电能。对于工业输电的电源输入电压有较高的要求，例如：对于柔性直流输电技术中的MMC换流阀的取能电源输入电压要求一般在400V-4000V范围中，所以该电源的输入电压通常非常高，如果此时需要供电，则经常会使用到高压启动电路来提供一个稳定的工作电压。故对于宽电压输入范围的电源，研究其启动电路至关重要。
目前传统的电源启动电路通常在电源输入通道上设置单个绝缘栅型场效应管(MOSFET)的开关器件实现启动电路的开通和关断，因为对于电源输入端电压较高的情况，在启动电路完成启动作用关断之后，电源输入端电压几乎全部加在该单个绝缘栅场效应管(MOSFET)的开关器件上，容易造成开关器件损坏，从而使得电源无法给设备提供电能。但如果采用耐压值较高的开关器件应用在目前传统的启动电路中，由于该耐压值较高的开关器件内阻较高，其在低压启动阶段的损耗较高，而且耐压值较高的开关器件成本较高。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明提出了一种取能电源的启动电路及其工作方法，用以解决现有技术中采用单颗开关器件实现取能电源的启动电路的过程中，容易造成开关器件损坏，从而使得电源无法给设备提供电能的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面，提供了一种取能电源的启动电路，包括至少一级启动电路单元和至少一个光电耦合器，所述启动电路单元与所述光电耦合器的数量相同；所述启动电路单元包括第一稳压管和至少两个相互并联的开关器件，所述光电耦合器包括光电二极管和光敏三极管；所述光敏三极管的集电极与各所述开关器件的栅极相连，所述光敏三极管的发射极与所述开关器件的源极相连；所述第一稳压管的阳极连接至所述光敏三极管的发射极，所述第一稳压管的阴极连接至所述光敏三极管的集电极。
作为一种优选的实施方式，所述开关器件为MOSFET，通过第一限流电阻连接至所述光敏三极管的发射极。
作为一种优选的实施方式，所述启动电路单元还包括第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端连接至所述开关器件的漏极，所述第二限流电阻的另一端连接至所述第一稳压管的阴极。
作为一种优选的实施方式，所述取能电源的启动电路还包括第一限流电阻单元，所述第一限流电阻单元包括第三限流电阻至第六限流电阻，第三限流电阻和第四限流电阻组成的串联电路与第五限流电阻和第六限流电阻组成的串联电路并联，所述第一限流电阻单元的一端接高压正端，另一端接所述开关器件的漏极。
作为一种优选的实施方式，所述启动电路单元为N级，包括依次串联的第一启动电路单元至第N启动电路单元；所述开关器件为三个，包括第一开关器件至第三开关器件；所述光电耦合器包括依次串联的第一光电耦合器至第N光电耦合器，N为正整数。
作为一种优选的实施方式，有一个或多个第二稳压管并联在所述开关器件与第一限流电阻组成的串联电路的两端；当所述第二稳压管的数量为多个时，各第二稳压管串联后的阳极端接所述光敏三极管的发射极，阴极端接所述开关器件的漏极。
作为一种优选的实施方式，所述取能电源的启动电路还包括第三稳压管和电容，当所述启动电路单元为N级、所述开关器件为三个以及所述光电耦合器为N个时，所述第三稳压管的阳极接地，阴极接所述第N启动电路单元中第一稳压管的阳极，所述电容并接在所述第三稳压管的两端。
作为一种优选的实施方式，所述取能电源的启动电路还包括第二限流电阻单元；所述第二限流电阻单元包括第七限流电阻至第十限流电阻，第七限流电阻和第八限流电阻组成的串联电路与第九限流电阻和第十限流电阻组成的串联电路并联，当所述启动电路单元为N级、所述开关器件为三个以及所述光电耦合器为N个时，所述第二限流电阻单元的一端接关断信号接收端，另一端接第一光电耦合器中光电二极管的阳极，第N光电耦合器中光电二极管的阴极接地，各光电耦合器中的光电二极管串联。
本发明第二方面，提供了一种取能电源的启动电路的工作方法，包括：接收开关电源的第一电压信号；判断所述第一电压信号是否达到所述启动电路单元的预设开启电压；当所述第一电压信号达到所述启动电路单元的预设开启电压时，所述启动电路单元启动工作，并向所述开关电源发送反馈信号驱动所述开关电源启动。
作为一种优选的实施方式，所述取能电源的启动电路的工作方法还包括：所述开关电源启动后，发送第二电压信号至所述关断信号接收端；在所述第二电压信号的驱动下，所述光电耦合器的光电二极管导通；根据所述光电耦合器的光电二极管发出的光信号，所述光电耦合器的光敏三极管导通；所述启动电路单元中的开关器件关断。
本发明技术方案，与现有技术相比，至少具有如下优点：
本发明提出了一种取能电源的启动电路及其工作方法，该取能电源的启动电路包括至少一级启动电路单元和至少一个光电耦合器，启动电路单元与光电耦合器的数量相同；启动电路单元包括第一稳压管和至少两个相互并联的开关器件，光电耦合器包括光电二极管和光敏三极管；光敏三极管的集电极与各开关器件的栅极相连，光敏三极管的发射极与开关器件的源极相连；第一稳压管的阳极连接至光敏三极管的发射极，第一稳压管的阴极连接至光敏三极管的集电极。本发明的技术方案不受单颗开关器件极限耐受电压值的限制，能够低电压启动，高电压耐受，降低了开关器件损坏的几率和电路实现的难度和成本，可广泛应用于宽输入范围的高压开关电源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中取能电源的启动电路的一个具体示例的原理图；
图2为本发明实施例中取能电源的启动电路的另一个具体示例的原理图；
图3为本发明实施例中取能电源的启动电路的工作方法的一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例中取能电源的启动电路的工作方法的另一个具体示例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”至“第十”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供了一种取能电源的启动电路，如图1所示，包括至少一级启动电路单元和至少一个光电耦合器，启动电路单元与光电耦合器的数量相同；上述启动电路单元包括第一稳压管D1和至少两个相互并联的开关器件T，上述光电耦合器包括光电二极管D和光敏三极管PT；光敏三极管PT的集电极与各开关器件T的栅极相连，光敏三极管PT的发射极与开关器件T的源极相连；上述第一稳压管D1的阳极连接至光敏三极管PT的发射极，上述第一稳压管D1的阴极连接至光敏三极管PT的集电极。
本发明实施例提供的取能电源的启动电路不受单颗开关器件极限耐受电压值的限制，能够低电压启动，高电压耐受，降低了开关器件损坏的几率和电路实现的难度和成本，可广泛应用于宽输入范围的高压开关电源。
作为一种优选的实施方式，如图1所示，上述开关器件T采用MOSFET，通过第一限流电阻R1连接至光敏三极管的发射极，第一限流电阻R1为开关器件T限制电流，使开关器件T工作在安全工作电流范围之内。
作为一种优选的实施方式，如图1所示，上述启动电路单元还包括第二限流电阻R2，该第二限流电阻R2的一端连接至上述开关器件T的漏极，另一端连接至上述第一稳压管D1的阴极，第二限流电阻R2与第一稳压管D1的串接电路为开关器件T提供门极开通阈值电压。
作为一种优选的实施方式，如图1所示，本发明实施例提供的取能电源的启动电路还包括第一限流电阻单元，该第一限流电阻单元包括第三限流电阻R3至第六限流电阻R6，第三限流电阻R3和第四限流电阻R4组成的串联电路与第五限流电阻R5和第六限流电阻R6组成的串联电路并联，该第一限流电阻单元的一端接高压正端，另一端接上述开关器件T的漏极，确保启动电路单元工作在安全的电流范围之内。
本发明实施例提供的取能电源的启动电路中，启动电路单元为至少一级，每一级启动电路单元中的开关器件T为至少两个，光电耦合器与启动电路单元的数量相同，具体在实际工作过程中，启动电路单元的级数以及开关器件T和光电耦合器的个数根据实际需要而定，下面以启动电路单元为四级，每一级启动电路单元中的开关器件T为三个，光电耦合器为四个为例进行说明，但本发明并不以此为限。
如图2所示，启动电路单元为四级，包括依次串联的第一启动电路单元至第四启动电路单元；每一级启动电路单元中的开关器件T为三个，包括第一开关器件至第三开关器件；光电耦合器为四个，包括依次串联的第一光电耦合器OPC1至第四光电耦合器OPC4。
如图2所示，在每一级的启动电路单元中，有一个或多个第二稳压管D2并联在开关器件T与第一限流电阻R1组成的串联电路的两端，第二稳压管D2的个数也是根据实际需要而定，本发明实施例中以稳压管的个数为四个进行说明。
当第二稳压管D2的数量为四个时，各第二稳压管D2串联后的阳极端接光敏三极管PT的发射极，阴极端接开关器件T的漏极，确保了多级启动电路单元串接在一起使用时，每级启动电路单元的耐受电压相同，解决了由于每级启动电路单元因关断时间的差异造成的单级启动电路单元耐受电压过高的问题。
作为一种优选的实施方式，如图2所示，本发明实施例提供的取能电源的启动电路还包括第三稳压管D3和电容C，第三稳压管D3与电容C并联，并且，第三稳压管D3的阳极与电容C的一端分别接地，第三稳压管D3的阴极接最后一级启动电路单元的第一稳压管D1的阳极。例如，当上述启动电路单元为四级、上述开关器件T为三个以及上述光电耦合器为四个时，第三稳压管D3的阳极接地，阴极接第四启动电路单元中第一稳压管D1的阳极，电容C并接在第三稳压管D3的两端，电容C与第三稳压管D3的并接电路，在启动电路阶段，为开关电源提供稳定的工作电压，确保开关电源在启动电路关断后能够可靠持续工作。
作为一种优选的实施方式，如图2所示，本发明实施例提供的取能电源的启动电路还包括第二限流电阻单元，第二限流电阻单元包括第七限流电阻R7至第十限流电阻R10，第七限流电阻R7和第八限流电阻R8组成的串联电路与第九限流电阻R9和第十限流电阻R10组成的串联电路并联，当上述启动电路单元为四级、开关器件T为三个且光电耦合器为四个时，第二限流电阻单元的一端接关断信号接收端SHUT，另一端接第一光电耦合器中光电二极管D的阳极，第四光电耦合器中光电二极管D的阴极接地，各光电耦合器中的光电二极管D串联。第二限流电阻单元作为限流电阻，能够确保各光电二极管D工作在安全工作电流范围之内。
本发明实施例还提供了一种取能电源的启动电路的工作方法，如图3所示，包括如下步骤：
步骤S1：接收开关电源的第一电压信号；
步骤S2：判断上述第一电压信号是否达到启动电路单元的预设开启电压；
步骤S3：当上述第一电压信号达到启动电路单元的预设开启电压时，启动电路单元启动工作，并向开关电源发送反馈信号驱动开关电源启动。
本发明实施例提供的取能电源的启动电路的工作方法不受单颗开关器件极限耐受电压值的限制，能够低电压启动，高电压耐受，降低了开关器件损坏的几率和电路实现的难度和成本，可广泛应用于宽输入范围的高压开关电源。
作为一种优选的实施方式，如图4所示，在上述步骤S2之后，步骤S3之前，还包括：
步骤S30：判断启动电路单元是否稳定工作，当启动电路单元稳定工作时，执行步骤S3。
作为一种优选的实施方式，如图4所示，本发明实施例提供的取能电源的启动电路的工作方法还包括：
步骤S4：开关电源启动后，发送第二电压信号至关断信号接收端；
步骤S5：在上述第二电压信号的驱动下，光电耦合器的光电二极管导通；
步骤S6：根据光电耦合器的光电二极管发出的光信号，光电耦合器的光敏三极管导通，启动电路单元中的开关器件关断。
具体地，开关电源启动后，启动电路采集开关电源输出的稳定的上述第二电压信号，反馈到关断信号接收端(SHUT)，光电二极管在第二电压信号的驱动下导通并发出光信号，在该光信号的驱动下，光敏三极管导通，进而有效钳位启动电路单元中开关器件(MOSFET)的门极驱动电压幅值至开通阈值以下，开关器件由导通转为关断状态，达到关闭启动电路单元的效果，本发明实施例提供的该取能电源的启动电路的关断过程，采用光耦隔离电路实现，可以实现隔离控制，控制可靠，优于传统的不隔离关断电路。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种取能电源的启动电路，其特征在于，包括至少一级启动电路单元和至少一个光电耦合器，所述启动电路单元与所述光电耦合器的数量相同；
所述启动电路单元包括第一稳压管(D1)和至少两个相互并联的开关器件(T)，所述光电耦合器包括光电二极管(D)和光敏三极管(PT)；
所述光敏三极管(PT)的集电极与各所述开关器件(T)的栅极相连，所述光敏三极管(PT)的发射极与所述开关器件(T)的源极相连；
所述第一稳压管(D1)的阳极连接至所述光敏三极管(PT)的发射极，所述第一稳压管(D1)的阴极连接至所述光敏三极管(PT)的集电极；
有一个或多个第二稳压管(D2)并联在所述开关器件(T)与第一限流电阻(R1)组成的串联电路的两端；
当所述第二稳压管(D2)的数量为多个时，各第二稳压管(D2)串联后的阳极端接所述光敏三极管(PT)的发射极，阴极端接所述开关器件(T)的漏极。
2.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于，所述开关器件(T)为MOSFET，通过第一限流电阻(R1)连接至所述光敏三极管(PT)的发射极。
3.根据权利要求2所述的启动电路，其特征在于，所述启动电路单元还包括第二限流电阻(R2)，所述第二限流电阻(R2)的一端连接至所述开关器件(T)的漏极，所述第二限流电阻(R2)的另一端连接至所述第一稳压管(D1)的阴极。
4.根据权利要求3所述的启动电路，其特征在于，还包括第一限流电阻单元，所述第一限流电阻单元包括第三限流电阻至第六限流电阻(R3-R6)，第三限流电阻(R3)和第四限流电阻(R4)组成的串联电路与第五限流电阻(R5)和第六限流电阻(R6)组成的串联电路并联，所述第一限流电阻单元的一端接高压正端，另一端接所述开关器件(T)的漏极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的启动电路，其特征在于，所述启动电路单元为N级，包括依次串联的第一启动电路单元至第N启动电路单元；所述开关器件(T)为三个，包括第一开关器件至第三开关器件；所述光电耦合器包括依次串联的第一光电耦合器至第N光电耦合器(OPC1-OPCN),N为正整数。
6.根据权利要求1所述的启动电路，其特征在于，还包括第三稳压管(D3)和电容(C)，所述第三稳压管(D3)的阳极接地，阴极接第N启动电路单元中第一稳压管(D1)的阳极，所述电容(C)并接在所述第三稳压管(D3)的两端。
7.根据权利要求1或6所述的启动电路，其特征在于，还包括第二限流电阻单元；
所述第二限流电阻单元包括第七限流电阻至第十限流电阻(R7-R10)，第七限流电阻(R7)和第八限流电阻(R8)组成的串联电路与第九限流电阻(R9)和第十限流电阻(R10)组成的串联电路并联，所述第二限流电阻单元的一端接关断信号接收端(SHUT)，另一端接第一光电耦合器中光电二极管(D)的阳极，第N光电耦合器中光电二极管(D)的阴极接地，各光电耦合器中的光电二极管(D)串联。
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