CN110311539B - 一种休眠控制电路及基于其的模块化电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种休眠控制电路及基于其的模块化电源，包括三个发光源和三个受光器；第一发光源的第一端与第二受光器的第二端连接，第二端与第二受光器的第一端连接；第二端为电源控制端；第二发光源的第一端为用于接收使能信号的使能控制端，第二端与第三受光器的第一端连接；第二受光器的第一端连接第三发光源的第一端，第二端为休眠控制端；第二端为使能检测端；第三受光器的第一端、第三发光源的第二端和第一受光器的第一端均连接电源地；每个发光源的电流导通方向均为第一端至第二端；当发光源导通时，对应受光器的第一端至第二端导通。通过休眠控制电路将模块化电源的待机损耗降低到极低水平，带来巨大的经济效益，大幅度的节能减排。

Description

一种休眠控制电路及基于其的模块化电源

技术领域

本发明属于模块化电源领域，涉及一种休眠控制电路及基于其的模块化电源。

背景技术

现阶段，越来越多的功能部件开始以模块化的结构出现在设备或系统中，比如说电源以模块化电源的结构出现在设备或系统中。模块化电源能够将多个电源模块按照需求组合使用，从而能够控制功率曲线的最大功率工作点，实现在较宽的功率段实现高功率输出。模块化电源组网以其便捷性、维护方便等突出优点逐渐成为了电源的主流。

目前，在模块化电源组网系统负荷小于多个电源模块的容量时，现有的控制方式是将富余的电源模块转入待机状态。

但是，电源模块转入待机还是有部分电路在维持工作，需要消耗一定的电能，由于每个组网的电源模块内部都有自己的待机和休眠所需的最小损耗，每个电源模块待机和休眠所需的最小损耗叠加起来就会造成整个系统的待机和休眠损耗过大的问题，在模块化的通信电源、充电桩模块、模块化的UPS、模块化的储能系统内均存在上述的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种休眠控制电路及基于其的模块化电源。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种休眠控制电路，包括三个光电耦合器；每个光电耦合器均包括一个发光源和一个受光器，分别为第一发光源和第一受光器、第二发光源和第二受光器以及第三发光源和第三受光器；第一发光源的第一端与第二受光器的第二端连接，第二端与第二受光器的第一端连接；第一受光器的第一端连接电源地，第二端为用于提供电源控制信号的电源控制端；第二发光源的第一端为用于接收使能信号的使能控制端，第二端与第三受光器的第一端连接；第二受光器的第一端连接第三发光源的第一端，第二端为用于接收休眠控制信号的休眠控制端；第三发光源的第二端连接电源地；第三受光器的第一端连接电源地，第二端为用于提供休眠控制电路当前使能状态信号的使能检测端；每个发光源的电流导通方向均为第一端至第二端；当一个光电耦合器的发光源为导通状态时，该光电耦合器的受光器导通，导通方向为第一端至第二端。

本发明进一步的改进在于：

还包括第一电阻，第一电阻与第二受光器的第二端连接。

还包括第二电阻，第二电阻与第二发光源的第一端连接。

第一发光源、第二发光源和第三发光源均为发光二极管；发光二极管正极为发光源的第一端，发光二极管负极为发光源的第二端。

第一受光器、第二受光器和第三受光器均为光敏三极管；光敏三极管发射极为受光器的第一端，光敏三极管集电极为受光器的第二端。

本发明另一方面，一种模块化电源，包括开关电源供电系统、控制器和休眠控制电路；开关电源供电系统与休眠控制电路的电源控制端连接，控制器的输入端与休眠控制电路的使能检测端连接，控制器的输出端与休眠控制电路的使能控制端连接；开关电源供电系统用于接收电源控制信号，并根据电源控制信号进行开启和关闭；控制器用于通过输入端接收休眠控制电路当前使能状态信号，生成使能信号并通过输出端发送至休眠控制电路的使能控制端。

进一步的，控制器为MCU。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明休眠控制电路，通过将第二受光器第二端设置为休眠控制端，将第三受光器的第二端设置为使能检测端，将第二发光源的第一端设置为使能控制端，并将第一发光源的第一端与第二受光器的第二端连接，第二端与第二受光器的第一端连接。当休眠控制端接收到高电平的休眠控制信号时，无论第二受光器是否导通，第三发光源均导通，而导致第三受光器导通，使得使能检测端输出的休眠控制电路当前使能状态信号为低电平，给使能控制端输入低电平的使能信号，第二发光源不导通，第二受光器不导通，第一发光源导通，第一受光器导通，电源控制端输出低电平的电源控制信号，进行休眠控制。当休眠控制端接收到低电平的休眠控制信号时，无论第二受光器是否导通，第三发光源均不导通，使得第三受光器不导通，使得使能检测端输出的休眠控制电路当前使能状态信号为高电平，给使能控制端输入高电平的使能信号，第二发光源导通，第二受光器导通，此时无论休眠控制端有无电流输入，由于第一发光源的第一端与第二受光器的第二端连接，第二端与第二受光器的第一端连接，第一发光源均不导通，第一受光器也不导通，电源控制端输出高电平的电源控制信号，进行休眠控制。通过高低电平的电源控制信号，可以在负荷小于多个电源模块的容量时，关闭掉富裕的电源模块，而不是像传统的控制方式将电源模块转入待机状态，将待机损耗降低到极低的水平，进而降低整个模块化电源的待机和休眠损耗，降低待机和休眠的损耗的具体量化可以从20W左右降低到1W左右，可以带来巨大的经济效益，大幅度的节能减排。同时，通过使能检测端和使能控制端，实现休眠控制电路的检测和确认功能，可以最大程度的防止休眠控制电路的误动作导致模块化电源的休眠。

进一步的，设置第一电阻和第二电阻，保证三个光电耦合器的工作电流维持在规定的范围内，提升整个休眠控制电路的稳定性。

本发明模块化电源，通过休眠控制电路控制开关电源供电系统的开启与关闭，在负荷小于多个电源模块的容量时，关闭掉富裕的电源模块，将待机损耗降低到极低的水平，进而降低整个模块化电源的待机和休眠损耗；通过控制器检测使能状态信号并提供的使能信号，实现休眠控制电路的检测和确认，防止误动作导致模块化电源的休眠。

附图说明

图1为本发明的休眠控制电路拓扑图；

图2为本发明的模块化电源结构示意图。

其中：1-第一光电耦合器；2-第二光电耦合器；3-第三光电耦合器；4-第一电阻；5-第二电阻；6-开关电源供电系统；7-控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明休眠控制电路，包括三个光电耦合器、第一电阻和第二电阻；三个光电耦合器分别为第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和第三光电耦合器3；第一光电耦合器1包括第一发光源和第一受光器，第二光电耦合器2包括第二发光源和第二受光器，第三光电耦合器3包括第三发光源和第三受光器。

第一发光源的第一端与第二受光器的第二端连接，第二端与第二受光器的第一端连接；第一受光器的第一端连接电源地，第二端为用于提供电源控制信号的电源控制端；第二发光源的第一端为用于接收使能信号的使能控制端，第二端与第三受光器的第一端连接；第二受光器的第一端连接第三发光源的第一端，第二端为用于接收休眠控制信号的休眠控制端；第三发光源的的第二端连接电源地；第三受光器的第一端连接电源地，第二端为用于提供休眠控制电路当前使能状态信号的使能检测端。第一电阻4与第二受光器的第二端连接，第二电阻5与第二发光源的第一端连接。每个发光源的电流导通方向均为第一端至第二端；当一个光电耦合器的发光源为导通状态时，该光电耦合器的受光器导通，导通方向为第一端至第二端。

其中：发光源为发光二极管；发光二极管正极为发光源的第一端，发光二极管负极为发光源的第二端。受光器为光敏三极管；光敏三极管发射极为受光器第一端，光敏三极管集电极为受光器第二端。受光器也可以为光敏二极管，光敏二极管正极为受光器第一端，光敏三极管负极为受光器第二端。

参见图2，本发明模块化电源，包括开关电源供电系统6、控制器7和休眠控制电路，控制器7为MCU。

开关电源供电系统6与休眠控制电路的电源控制端连接，控制器的输入端与休眠控制电路的使能检测端连接，控制器7的输出端与休眠控制电路的使能控制端连接；开关电源供电系统6用于接收电源控制信号，并根据电源控制信号进行开启和关闭；控制器7用于通过输入端接收休眠控制电路当前使能状态信号，生成使能信号并通过输出端发送至休眠控制电路的使能控制端。开关电源供电系统6包括多个电源模块。

下面详细介绍本发明的原理：

再次参见图1和2，休眠控制电路的休眠控制端用于接收S_CTRL信号(休眠控制信号)。休眠控制端连接第一电阻4的一端，第一电阻4的另一端接到第一发光源的第一端和第二受光器的第二端，第三发光源的第二端连接电源地；第一光电耦合器1的发光源的第二端和第二受光器的第一端和第三发光源的第一端相连接。

第一受光器的第一端为SPS_GND信号(电源地信号)，提供参考地；第一受光器的第二端为电源控制端，用于提供SPS_CTRL信号(电源控制信号)，与开关电源供电系统6(Switching Power Supply)的控制信号输入端相连接，控制开关电源供电系统6的开启与关闭。

第二发光源的第一端和第二电阻的第一端相连，第二电阻的一端与使能控制端连接，另一端与控制器7(MCU)的输出IO口相连接，控制器7输出的MCU_OUT(使能信号)通过第二电阻输入休眠控制电路；第三受光器的第二端用于提供休眠控制电路当前使能状态信号的使能检测端，与控制器7的输入IO相连接，MCU_IN(休眠控制电路当前使能状态信号)通过控制器7的输入IO输入控制器7；第二发光源的第二端和第三受光器的第一端相连接，作为MCU_GND信号(电源地信号)。

第一电阻4作为第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和第三光电耦合器3的电流限制电阻，保证第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和第三光电耦合器3的工作电流在第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和第三光电耦合器3规定范围内；第二电阻2作为第二光电耦合器2的电流限制电阻，保证第二光电耦合器2的工作电流在第二光电耦合器2规定范围内。

第一光电耦合器1、第二光电耦合器2和第三光电耦合器3内部均由发光源和受光器组成。发光源为发光二极管，受光器为光敏三级管，发光二极管部分负责将发光源的第一端和发光源的第二端输入的电流信号转换为光信号照射到光接收部分；光敏三级管负责将发光二极管部分发射的光信号转为为电信号，受光器的第一端和受光器的第二端为导通状态意味着光敏三级管有光信号接收到，受光器的第一端和受光器的第二端为非导通状态意味着光敏三级管没有光信号接收到。

开关电源供电系统7作为模块化电源供电的单元，与休眠控制电路的电源控制端连接，接收SPS_CTRL信号，通过SPS_CTRL信号控制开关电源供电系统7开启与关闭。SPS_CTRL信号为高电平的时候，开关电源供电系统7正常工作，SPS_CTRL信号为低电平的时候，开关电源供电系统7关闭，此时模块化电源的待机损耗就只剩下休眠控制电路工作所需要的极少能量。

控制器7负责控制整个模块化电源的工作，控制器7设置用于输入休眠控制电路当前使能状态信号的输入端和用于输出使能信号的使能控制端，MCU_IN信号提供休眠控制总线的状态检测，MCU_IN信号电平为高电平对应休眠控制电路休眠不使能，模块化电源需要开关电源供电系统7正常工作，MCU_IN信号为低电平对应休眠控制电路休眠使能，模块化电源需要开关电源供电系统7关闭工作。MCU_OUT信号控制模块化电源休眠与否，MCU_OUT信号为高电平对应休眠模块化电源，MCU_OUT信号为低电平对应不休眠模块化电源。

本发明的工作过程：

当S_CTRL信号为高电平，表明第一电阻4、第三发光源的第一端以及第二端有电流流过，第三受光器的第一端和第二端为导通状态，使能检测端与电源地连接，MCU_IN信号变为MCU_GND信号即为低电平。

如果此时开关电源供电系统6正在正常工作，控制器7将检测到第三受光器的第一端和第二端变为低电平之后，输出低电平的MCU_OUT信号，此时第二电阻5和第二发光源的第一端和第二端将没有电流流过，第二发光源不发光，第二受光器没有接收到光，第二受光器的第二端和第一端将变为非导通状态。第一发光源的第一端和第二端以及第二受光器的第二端和第一端为并联关系，第二受光器的第二端和第一端变为非导通状态之后，S_CTRL信号电平为高电平，流过第一电阻4的电流将流过第一发光源的第一端和第二端，第一受光器的第一端和第二端变为导通状态，电源控制端与电源地连接，即SPS_CTRL信号电平与SPS_GND信号电平相同，变为低电平，开关电源供电系统6将停止工作。

如果此时开关电源供电系统6正在关闭状态，控制器7的输出端不输出使能信号，使能控制端没有能量接收，第二电阻5以及第二发光源的第一端和第二端将没有电流流过，第二受光器的第二端和第一端将变为非导通状态，第一发光源的第一端和第二端与第二受光器的第二端和第一端为并联关系，第二受光器的第二端和第一端为非导通状态，流过第一电阻4的电流将流过第一发光源的第一端和第二端，电源控制端与电源地连接，即SPS_CTRL信号电平与SPS_GND信号电平相同，变为低电平，开关电源供电系统6将继续关闭工作。

当S_CTRL信号为低电平，表明第一电阻4、第三发光源的第一端以及第二端没有电流流过，第三受光器的第一端和第二端为非导通状态。

如果此时开关电源供电系统6正在正常工作，使能检测端与电源地断开，MCU_IN信号与MCU_GND信号断开，MCU_IN信号为高电平，控制器7检测到第三受光器的第一端和受光器的第二端变为高电平之后，输出高电平的MCU_OUT信号，第二电阻5和第二发光源的第一端和第二端将有电流流过，第二受光器的第二端和第一端将变为导通状态，第一发光源的第一端和第二端与第二受光器的第二端和第一端为并联关系，第二受光器的第二端和第一端变为导通状态，即使有流过第一电阻4的电流也将流过第二受光器的第二端和第一端，第一发光源的第一端和第二端无电流流过，第一受光器的第一端和第二端变为非导通状态，电源控制端与电源地断开，即SPS_CTRL信号为高电平，开关电源供电系统6继续正常工作。

如果此时开关电源供电系统6正在关闭状态，控制器7的输出端不输出使能信号，使能控制端没有能量接收，第二电阻5以及第二发光源的第一端和第二端将没有电流流过，第二受光器的第二端和第一端将为非导通状态，第一发光源的第一端和第二端与第二受光器的第二端和第一端为并联关系，均没有电流，第一受光器的第一端和第二端变为非导通状态，电源控制端与电源地连接，即SPS_CTRL信号电平与SPS_GND信号相同，变为低电平，开关电源供电系统6保持关闭状态。

本发明休眠控制电路，应用在多个电源模块并联使用的场合，通过该休眠控制电路，可以在系统负荷小于多个电源模块的容量时，动态关闭掉富裕的电源模块，而不是像传统的控制方式将电源模块转入待机状态，仅将电源模块转入待机，还是有部分电路在维持工作需要消耗一定的电能，每个待机模块的固定待机损耗叠加起来就构成了模块化电源的待机损耗，通过本发明的休眠控制电路可以完全关闭这些待机的电源模块，将待机损耗降低到极低的水平，进而降低整个模块化电源的待机和休眠损耗，降低待机和休眠损耗的具体量化可以从20W左右降低到1W左右，可以带来具体巨大的经济效益，大幅度的节能减排。同时本发明的休眠控制电路通过使能控制端和使能检测端，使得休眠控制具备检测和确认功能，可以最大程度的防止误动作导致电源模块的休眠。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种模块化电源，其特征在于，包括开关电源供电系统(6)、控制器(7)和休眠控制电路；

休眠控制电路包括三个光电耦合器；每个光电耦合器均包括一个发光源和一个受光器，分别为第一发光源和第一受光器、第二发光源和第二受光器以及第三发光源和第三受光器；

第一发光源的第一端与第二受光器的第二端连接，第二端与第二受光器的第一端连接；第一受光器的第一端连接电源地，第二端为用于提供电源控制信号的电源控制端；

第二发光源的第一端为用于接收使能信号的使能控制端，第二端与第三受光器的第一端连接；第二受光器的第一端连接第三发光源的第一端，第二端为用于接收休眠控制信号的休眠控制端；

第三发光源的第二端连接电源地；第三受光器的第一端连接电源地，第二端为用于提供休眠控制电路当前使能状态信号的使能检测端；

每个发光源的电流导通方向均为第一端至第二端；当一个光电耦合器的发光源为导通状态时，该光电耦合器的受光器导通，导通方向为第二端至第一端；

开关电源供电系统(6)与休眠控制电路的电源控制端连接，控制器的输入端与休眠控制电路的使能检测端连接，控制器(7)的输出端与休眠控制电路的使能控制端连接；

开关电源供电系统(6)用于接收电源控制信号，并根据电源控制信号进行开启和关闭；

控制器(7)用于通过输入端接收休眠控制电路当前使能状态信号，生成使能信号并通过输出端发送至休眠控制电路的使能控制端；

休眠控制电路还包括第一电阻(4)，第一电阻(4)一端与第二受光器的第二端连接，另一端用于输入休眠控制信号S_CTRL；

所述第一发光源、第二发光源和第三发光源均为发光二极管；发光二极管正极为发光源的第一端，发光二极管负极为发光源的第二端。

2.根据权利要求1所述的模块化电源，其特征在于，休眠控制电路还包括第二电阻(5)，第二电阻(5)一端与第二发光源的第一端连接，另一端用于接收使能信号MCU_OUT。

3.根据权利要求1所述的模块化电源，其特征在于，所述第一受光器、第二受光器和第三受光器均为光敏三极管；光敏三极管发射极为受光器的第一端，光敏三极管集电极为受光器的第二端。

4.根据权利要求1所述的模块化电源，其特征在于，所述控制器(7)为MCU。