CN108649798A - 一种大功率线性电源及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率线性电源,包括开关管、辅助电源、驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口；所述辅助电源连接在输入正极和负极之间，所述辅助电源用于给驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口供电；本发明通过线性电源内具有特殊功能的硬件电路，能够实现线性电源的功率变换、开关机控制、过流保护、主功率管压差保护、短路保护、故障上报功能；同时通过线性电源内自主均流部分；利用自主均流电路，实现线性电源多组件并联的自主均流功能。

Description

一种大功率线性电源及其控制电路

技术领域

本发明属于电源领域，涉及一种线性电源，具体是一种大功率线性电源及其控制电路。

背景技术

通常交流电经过变压器变压，再经过整流器整流，然后经过滤波器进行滤波，即可得到具有特定频率纹波的直流电压，当设备需要高品质的直流供电时，必须经过稳压电路进行稳压。

大功率线性电源与开关电源比较，最大优势在于不会给输出电源增加额外的电源噪声，能够满足对电源噪声敏感的设备的用电需求。但是线性电源最大的劣势在于其转换效率低，主功率管工作的热应力大，需要对主功率管进行保护，同时在多组件并联扩容的使用条件下，还需要解决组件的自主均流问题；本发明为了提供一种大功率线性电源及其控制电路的设计，该设计在实现线性电源功率变换和组件保护功能的前提下，解决同一型号的线性电源组件进行直接并联使用不均流的技术难点，使各组件工作时能够实现自主均流，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率线性电源及其控制电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种大功率线性电源,包括开关管、辅助电源、驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口；所述辅助电源连接在输入正极和负极之间，所述辅助电源用于给驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口供电；所述开关管设置在输入正极和输出正极之间，所述开关管与驱动电路电连接，所述驱动电路与调节器和保护电路电连接，所述调节器与对外接口电连接，所述调节器与采样电路和均流控制电路电连接，所述对外接口与均流控制电路电连接，所述保护电路与采样电路电连接，所述采样电路用于采样输出的电压和电流，其连接在开关管和输出正极之间；所述采样电路上还通过采样线圈电连接在开关管和输出正极之间；所述辅助电源从线性电源的输入侧取电，经过稳压后给其他控制电路供电。

一种大功率线性电源的控制电路，包括开关机控制电路、开机启动电路、过流保护电路、开关管压差保护电路、短路保护电路、故障上报电路和并联自主均流电路；所述开关机控制电路包含第一光耦U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一开关管Q1；所述辅助电源与第一开关管Q1电连接，所述第一开关管Q1与第一电容C1电连接；所述辅助电源与第一光耦U1电连接，所述辅助电源与第一关偶U1之间还电连接有第一电阻R1，所述第二电阻R2电连接在第一光耦U1和第一电阻R1之间，所述第二电阻R2另一端电连接在第一开关管Q1和第一电容C1之间。

进一步地，所述开机启动电路包含第四二极管D4、第十二电阻R12和第三电容C3；所述第四二极管D4与第十二电阻R12电连接，所述第十二电阻R12与第三电容C3电连接。

进一步地，所述过流保护电路包含电流反馈单元、第四电阻R4、第七电阻R7、调整管D1；所述第四电阻R4与NGND端连接，所述第四电阻R4与第七电阻R7电连接，所述第七电阻R7与电流反馈单元电连接，所述调整管D1电连接在第四电阻R4和第七电阻R7之间；所述调整管D1与NGND端电连接；所述开关管压差保护电路包含第四二极管D4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三光耦U3、第四电阻R4；所述第四二极管D4与第十二电阻R12电连接，所述第十二电阻R12与第三光耦U3电连接，所述第十二电阻和第三光耦U3之间还电连接有第十一电阻R11，所述第三光耦U3与第四电阻R4电连接；所述短路保护电路由过流保护电路和开关管压差保护电路组成。

进一步地，所述故障上报电路包含第三二极管D3、第二光耦U2、第三光耦U3和第十一电阻R11；所述第十一电阻R11与第二光耦U2电连接，所述第二光耦U2与第三光耦U3电连接，所述第三光耦U3与第三二极管D3电连接；所述并联自主均流电路包含第一控制芯片N1，第五电容C5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；所述第一控制芯片N1由辅助电源供电，所述第一控制芯片N1与第五电容C5电连接，所述第五电容C5与第八电阻R8电连接，所述第八电阻R8连接在第九电阻R9和NGND端之间，所述第一控制芯片N1与第九电阻R9电连接，所述第九电阻R9与NGND端电连接，所述第一控制芯片N1与第十电阻R10电连接，所述第十电阻R10连接在第六电阻R6与电压反馈单元之间，所述第一控制芯片N1连接在第七电阻R7和电流反馈单元之间。

本发明的有益效果：本发明通过线性电源内具有特殊功能的硬件电路，能够实现线性电源的功率变换、开关机控制、过流保护、主功率管压差保护、短路保护、故障上报功能；同时利用自主均流电路，实现线性电源多组件并联的自主均流功能；本线性电源具有多种保护功能，可以在不同使用条件下对线性电源进行有效的保护；多组件并联自主实现均流功能，可以简化组件并联使用时的均流调试工作，有利于模块可靠工作。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明线性电源的电路组成结构示意图；

图2为本发明线性电源的控制电路原理图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种大功率线性电源，包括开关管、辅助电源、驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口；所述辅助电源连接在输入正极和负极之间，所述辅助电源用于给驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口供电；所述开关管设置在输入正极和输出正极之间，所述开关管与驱动电路电连接，所述驱动电路与调节器和保护电路电连接，所述调节器与对外接口电连接，所述调节器与采样电路和均流控制电路电连接，所述对外接口与均流控制电路电连接，所述保护电路与采样电路电连接，所述采样电路用于采样输出的电压和电流，其连接在开关管和输出正极之间；所述采样电路上还通过采样线圈电连接在开关管和输出正极之间；所述辅助电源从线性电源的输入侧取电，经过稳压后给其他控制电路供电。

如图2所示，一种大功率线性电源的控制电路，包括开关机控制电路、开机启动电路、过流保护电路、开关管压差保护电路、短路保护电路、故障上报电路和并联自主均流电路；其中，所述开关机控制电路包含第一光耦U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一开关管Q1；所述辅助电源与第一开关管Q1电连接，所述第一开关管Q1与第一电容C1电连接；所述辅助电源与第一光耦U1电连接，所述辅助电源与第一关偶U1之间还电连接有第一电阻R1，所述第二电阻R2电连接在第一光耦U1和第一电阻R1之间，所述第二电阻R2另一端电连接在第一开关管Q1和第一电容C1之间；所述开机启动电路包含第四二极管D4、第十二电阻R12和第三电容C3；所述第四二极管D4与第十二电阻R12电连接，所述第十二电阻R12与第三电容C3电连接；所述过流保护电路包含电流反馈单元、第四电阻R4、第七电阻R7、调整管D1；所述第四电阻R4与NGND端连接，所述第四电阻R4与第七电阻R7电连接，所述第七电阻R7与电流反馈单元电连接，所述调整管D1电连接在第四电阻R4和第七电阻R7之间；所述调整管D1与NGND端电连接；所述开关管压差保护电路包含第四二极管D4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三光耦U3、第四电阻R4；所述第四二极管D4与第十二电阻R12电连接，所述第十二电阻R12与第三光耦U3电连接，所述第十二电阻和第三光耦U3之间还电连接有第十一电阻R11，所述第三光耦U3与第四电阻R4电连接；所述短路保护电路由过流保护电路和开关管压差保护电路组成；所述故障上报电路包含第三二极管D3、第二光耦U2、第三光耦U3和第十一电阻R11；所述第十一电阻R11与第二光耦U2电连接，所述第二光耦U2与第三光耦U3电连接，所述第三光耦U3与第三二极管D3电连接；所述并联自主均流电路包含第一控制芯片N1，第五电容C5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；所述第一控制芯片N1由辅助电源供电，所述第一控制芯片N1与第五电容C5电连接，所述第五电容C5与第八电阻R8电连接，所述第八电阻R8连接在第九电阻R9和NGND端之间，所述第一控制芯片N1与第九电阻R9电连接，所述第九电阻R9与NGND端电连接，所述第一控制芯片N1与第十电阻R10电连接，所述第十电阻R10连接在第六电阻R6与电压反馈单元之间，所述第一控制芯片N1连接在第七电阻R7和电流反馈单元之间。

本发明中线性电源开机启动工作过程如下：

线性电源输入正极和负极加电后，辅助电源输出正常后，三极管Q1导通，调整管D1截止。同时，直流输入通过第四二极管D4和第十二电阻R12给第三电容C3充电，第三电容C3电压缓慢上升，避免压差保护电路误动作。因此，第二开关管Q2驱动输入为高，第二开关管Q2开通。

本发明中线性电源开关机控制工作过程如下：

线性电源开机正常后，第一光耦U1输入高电平信号，使第一光耦U1的引脚3和引脚4导通，将第一三极管Q1的基级和发射极电压钳位，第一三极管Q1关断，第二开关管Q2则关断，即线性电源关断；第一光耦U1输入信号为低电平时，第一光耦U1不能开通，无法对第一三极管Q1的基级和发射极进行电压钳位，第一三极管Q1可正常开通，则第二开关管Q2正常开通，即线性电源开机。

本发明中线性电源正常带载调节工作过程如下：

输出负载进行调节时，电压反馈单元输出电压进行实时采样和运算处理，输出的控制信号通过第五电阻R5、第六电阻R6与第三电阻R3相连，调节驱动单元的输入电压来控制第二开关管Q2的等效电阻，使输出电压稳定。

线性电源限流保护工作过程：

电流反馈单元通过对输出电流的采样、放大调理后，通过第七电阻R7给到调整管D1，通过参数整定，当输出电流达到线性电源的过流点后，电流反馈环将调节调整管D1的输出电压，使得驱动单元的输入电压信号被拉低，第二开关管Q2的等效电阻增大，完成过流状态下的限流保护功能。

本发明中线性电源压差保护电路工作过程如下：

压差保护电路的原理是检测第二开关管Q2的管压降VQ2，根据第二开关管Q2的特性，先确定选取第三二极管D3的稳压值VD3，并通过调节第十一电阻R11和第十二电阻R12的比值来设定压差保护动作点。当第二开关管Q2中电流持续增大之后，第二开关管Q2的压降VQ2也不断提高，直到VQ2达到压差保护动作点，压差保护电路中第二光耦U2和第三光耦U3导通，则调整管D1的控制端电压被拉低，导致驱动单元的输入电压信号被拉低，第二开关管Q2被关断，进入保护状态；所述压差保护电路用于电路的过流和短路保护。

本发明中线性电源故障上报过程如下：

线性电源由第二光耦U2来实现故障上报功能，并按照报错信号的逻辑电平需要，可以将第二光耦U2的输出配置成“OC”或者“OE”方式。

本发明中线性电源的并联均流实现过程如下：

线性电源的并联均流电路由均流控制芯片N1，第五电容C5，第八电阻R8，第九电阻R9和第十电阻R10组成，通过对外接口实现线性电源组件之间的“均流端子”和“NGND”的互连，即可在不增加额外调节步骤的条件下，实现多组件的自主均流。

本发明通过线性电源内具有特殊功能的硬件电路，能够实现线性电源的功率变换、开关机控制、过流保护、主功率管压差保护、短路保护、故障上报功能；同时通过自主均流电路，实现线性电源多组件并联的自主均流功能；本线性电源具有多种保护功能，可以在不同使用条件下对线性电源进行有效的保护；多组件并联自主实现均流功能，可以简化组件并联使用时的均流调试工作，有利于模块可靠工作。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种大功率线性电源,其特征在于，包括开关管、辅助电源、驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口；所述辅助电源连接在输入正极和负极之间，所述辅助电源用于给驱动电路、保护电路、调节器、采样电路、均流控制电路和对外接口供电；所述开关管设置在输入正极和输出正极之间，所述开关管与驱动电路电连接，所述驱动电路与调节器和保护电路电连接，所述调节器与对外接口电连接，所述调节器与采样电路和均流控制电路电连接，所述对外接口与均流控制电路电连接，所述保护电路与采样电路电连接，所述采样电路用于采样输出的电压和电流，其连接在开关管和输出正极之间；所述采样电路上还通过采样线圈电连接在开关管和输出正极之间；所述辅助电源从线性电源的输入侧取电，经过稳压后给其他控制电路供电。

2.一种大功率线性电源的控制电路，其特征在于，包括开关机控制电路、开机启动电路、过流保护电路、开关管压差保护电路、短路保护电路、故障上报电路和并联自主均流电路；所述开关机控制电路包含第一光耦U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一开关管Q1；所述辅助电源与第一开关管Q1电连接，所述第一开关管Q1与第一电容C1电连接；所述辅助电源与第一光耦U1电连接，所述辅助电源与第一光耦U1之间还电连接有第一电阻R1，所述第二电阻R2电连接在第一光耦U1和第一电阻R1之间，所述第二电阻R2另一端电连接在第一开关管Q1和第一电容C1之间。

3.根据权利要求1所述的一种大功率线性电源的控制电路，其特征在于，所述开机启动电路包含第四二极管D4、第十二电阻R12和第三电容C3；所述第四二极管D4与第十二电阻R12电连接，所述第十二电阻R12与第三电容C3电连接。

4.根据权利要求1所述的一种大功率线性电源的控制电路，其特征在于，所述过流保护电路包含电流反馈单元、第四电阻R4、第七电阻R7、调整管D1；所述第四电阻R4与NGND端连接，所述第四电阻R4与第七电阻R7电连接，所述第七电阻R7与电流反馈单元电连接，所述调整管D1电连接在第四电阻R4和第七电阻R7之间；所述调整管D1与NGND端电连接；所述开关管压差保护电路包含第四二极管D4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三光耦U3、第四电阻R4；所述第四二极管D4与第十二电阻R12电连接，所述第十二电阻R12与第三光耦U3电连接，所述第十二电阻和第三光耦U3之间还电连接有第十一电阻R11，所述第三光耦U3与第四电阻R4电连接；所述短路保护电路由过流保护电路和开关管压差保护电路组成。

5.根据权利要求1所述的一种大功率线性电源的控制电路，其特征在于，所述故障上报电路包含第三二极管D3、第二光耦U2、第三光耦U3和第十一电阻R11；所述第十一电阻R11与第二光耦U2电连接，所述第二光耦U2与第三光耦U3电连接，所述第三光耦U3与第三二极管D3电连接；所述并联自主均流电路包含第一控制芯片N1，第五电容C5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；所述第一控制芯片N1由辅助电源供电，所述第一控制芯片N1与第五电容C5电连接，所述第五电容C5与第八电阻R8电连接，所述第八电阻R8连接在第九电阻R9和NGND端之间，所述第一控制芯片N1与第九电阻R9电连接，所述第九电阻R9与NGND端电连接，所述第一控制芯片N1与第十电阻R10电连接，所述第十电阻R10连接在第六电阻R6与电压反馈单元之间，所述第一控制芯片N1连接在第七电阻R7和电流反馈单元之间。