CN111697807B - 开关电源电路及变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于开关电源技术领域，提供了一种开关电源电路及变换器，包括：开关电源模块、主控启动模块、主控供电模块及故障锁定模块；其中，开关电源模块包括主控芯片；主控启动模块，第一端与第一电源端连接，第二端分别与主控芯片的供电端及故障锁定模块的第二端连接，第三端与主控供电模块连接；故障锁定模块的第一端与第一电源端连接；故障锁定模块用于当主控供电模块失电时将主控芯片的供电端的电压限制在预设电压以下，使得主控芯片无法启动，防止故障持续存在时开关电源反复启动，避免开关电源损坏，提供了开关电源的稳定性和可靠性。

Description

开关电源电路及变换器
技术领域
本发明属于开关电源技术领域，尤其涉及一种开关电源电路及变换器。
背景技术
随着电力电子技术的高速发展，开关电源凭借其高效率、高可靠性、体积小等优势被广泛应用于电力电子领域。
通常开关电源包含过流、过压等保护电路。但现有技术中，开关电源使用的保护电路通常是暂态的，若故障持续存在，则开关电源会反复在保护和启动两个状态之间来回切换，对开关电源自身及辅助电路均非常不利，会导致包括上述开关电源的变换器，如光伏逆变器、UPS等的控制电路及主功率变换电路在反复启动过程中损坏。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种开关电源电路及变换器，以解决现有技术中若开关电源的故障持续存在，则开关电源会反复在保护和启动两个状态之间来回切换，导致包括上述开关电源电路的变换器的控制电路及主功率变换电路在反复启动过程中损坏的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种开关电源电路，包括：开关电源模块、主控启动模块、主控供电模块及故障锁定模块；其中，开关电源模块包括主控芯片；
主控启动模块，第一端与第一电源端连接，第二端分别与主控芯片的供电端及故障锁定模块的第二端连接，第三端与主控供电模块连接；
故障锁定模块的第一端与第一电源端连接；
故障锁定模块用于当主控供电模块失电时将主控芯片的供电端的电压限制在预设电压以下；
主控启动模块用于为主控芯片启动供电；
主控供电模块用于在主控芯片启动后通过主控启动模块为主控芯片供电。
本发明实施例的第二方面提供了一种变换器，包括如本发明实施例第一方面提供的开关电源电路。
本发明实施例提供了一种开关电源电路，包括：开关电源模块、主控启动模块、主控供电模块及故障锁定模块；其中，开关电源模块包括主控芯片；主控启动模块，第一端与第一电源端连接，第二端分别与主控芯片的供电端及故障锁定模块的第二端连接，第三端与主控供电模块连接；故障锁定模块的第一端与第一电源端连接；故障锁定模块用于当主控供电模块失电时将主控芯片的供电端的电压限制在预设电压以下；主控启动模块用于为主控芯片启动供电；主控供电模块用于在主控芯片启动后为主控芯片供电。本发明实施例设置故障锁定模块，当故障持续存在时，主控供电模块失电，故障锁定模块将主控芯片的供电端的电压限制在预设电压以下，使得主控芯片无法启动，从而防止开关电源反复保护和启动，防止包括上述开关电源的变换器的控制电路及主功率变换电路在反复启动过程中损坏，提高了变换器的稳定性及可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种开关电源电路的电路结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种故障锁定模块的电路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种故障锁定模块、主控启动模块及主控供电模块的电路原理图；
图4是本发明实施例提供的一种开关电源模块的电路原理图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，本发明实施例提供了一种开关电源电路，包括：开关电源模块10、主控启动模块11、主控供电模块12及故障锁定模块13；其中，开关电源模块10包括主控芯片IC1；
主控启动模块11，第一端与第一电源端Vin连接，第二端分别与主控芯片IC1的供电端VCC及故障锁定模块13的第二端连接，第三端与主控供电模块12连接；
故障锁定模块13的第一端与第一电源端Vin连接；
故障锁定模块13用于当主控供电模块12失电时将主控芯片IC1的供电端VCC的电压限制在预设电压以下；
主控启动模块11用于为主控芯片IC1启动供电；
主控供电模块12用于在主控芯片IC1启动后通过主控启动模块11为主控芯片IC1供电。
本发明实施例设置故障锁定模块13，当开关电源故障时，主控供电模块12失电，故障锁定模块13将主控芯片IC1的供电端VCC的电压限制在主控芯片IC1的启动电压以下，使得故障持续时开关电源无法启动，从而防止开关电源在故障持续时反复保护和启动，防止包括上述开关电源的变换器的控制电路及主功率变换电路在反复启动过程中损坏，提高了变换器的稳定性及可靠性。
一些实施例中，参考图2，主控启动模块11包括：第一电阻R11、第一电容C10及第一单向导通元件D2；
主控启动模块11的第一端通过第一电阻R11与主控启动模块11的第二端、第一电容C10的第一端及第一单向导通元件D2的负极连接；第一电容C10的第二端接地，第一单向导通元件D2的正极与主控启动模块11的第三端连接；
故障锁定模块13包括：第二电阻R12、开关单元131及开关控制单元132；
开关单元131，第一端通过第二电阻R12与故障锁定模块13的第二端连接，第二端接地，控制端与开关控制单元132的第二端连接；
开关控制单元132的第一端与故障锁定模块13的第一端连接。
当开关电源模块10故障时，主控供电模块12失电，但由于第一电源端Vin还有电，第一电源端Vin会通过第一电阻R11为主控芯片IC1的供电端VCC供电，从而造成主控芯片IC1不断重启。本发明实施例中设置故障启动模块13，系统上电后，第一电源端Vin上电，开关控制单元132控制开关单元131导通。当开关电源正常工作时，主控供电模块12通过第一单向导通元件D2为主控芯片IC1的供电端VCC供电。当开关电源发生故障时，主控供电模块12失电，第一电容C10放电，主控芯片IC1的供电端VCC的电压
Figure BDA0002560046990000041
小于主控芯片IC1的最小启动电压，使得主控芯片IC1无法启动，从而防止故障持续时开关电源反复保护和启动。
一些实施例中，预设电压可以为主控芯片IC1的最小启动电压，或预设电压可以小于主控芯片IC1的最小启动电压。
一些实施例中，开关单元可以包括：开关管Q2；
开关管Q2，第一端与开关单元131的第一端连接，第二端接地，控制端与开关单元131的控制端连接。
一些实施例中，开关管Q2可以包括：三极管或MOS管。
例如，开关管Q2可以为NPN型三极管。
一些实施例中，参考图3，开关控制单元132包括：第三电阻R13、第四电阻R15、第五电阻R14、第六电阻R16、第二电容C12及第三电容C13；
开关控制单元132的第一端通过串联的第三电阻R13及第四电阻R15接地；
第二电容C12，第一端与第三电阻R13和第四电阻R15的公共端连接，第一端还通过第五电阻R14与开关控制单元132的第二端连接，第二端接地；
开关控制单元132的第二端还通过第六电阻R16接地；
第三电容C13与第六电阻R16并联连接。
第一电源端Vin的电压经过第三电阻R13和第四电阻R15分压后再经第五电阻R14为开关管Q2的控制端提供控制电压，控制开关管Q2打开。
当第一电源端Vin上电后但开关电源还未启动时，第一电源端Vin为第二电容C12及第一电容C10充电。通过合理配置各元件参数，可使得主控芯片IC1的供电端VCC的电压未达到主控芯片IC1的最小启动电压时，开关单元131不导通，故障锁定模块13不起作用，从而使得故障锁定模块13不会影响开关电源的正常启动。
一些实施例中，参考图3，开关控制单元132还可以包括：第二稳压二极管Z1；
第二稳压二极管Z1，阳极通过第五电阻R14与开关控制单元132的第二端连接，阴极与第二电容C12的第一端连接。
第二稳压二极管Z1用于降压，使得开关单元131的控制端电压在合理范围内。
一些实施例中，参考图3，开关控制单元132还可以包括：第二单向导通元件D4；
第二单向导通元件D4，正极与第二电容C12的第一端连接，负极与开关控制单元132的第一端连接。
当第一电源端Vin下电时，第二电容C12的电荷可通过第二单向导通元件D4快速泄放掉，释放故障锁定模块13。
一些实施例中，参考图3，开关控制单元132还可以包括：第一稳压二极管Z2；
第一稳压二极管Z2，阳极接地，阴极与第二电容C12的第一端连接。
第一稳压二极管Z2用于保护第二电容C12，防止第二电容C12过压击穿。
一些实施例中，参考图3，主控供电模块12可以包括：第三单向导通元件D3、第四电容C11及第一变压器N2；
第四电容C11，第一端分别与主控启动模块11的第三端及第三单向导通元件D3的负极连接，第二端接地；
第三单向导通元件的正极与第一变压器N2的副边的同名端连接；
第一变压器N2的副边的异名端接地，第一变压器N2的主边从开关电源模块10的后端取电为主控供电模块12供电。
一些实施例中，开关电源模块10的拓扑结构可以包括：正激式、反激式、推挽式或LLC式。
一些实施例中，参考图4，开关电源模块10还可以包括：第二变压器N1、第二开关管Q1、第五电容C1、第六电容C2、第七电容C3、第八电容C4、第九电容C5、第十电容C6、第十一电容C7、第七电阻R1、第八电阻R2、第九电阻R3、第十电阻R4、第十一电阻R5及第四单向导通元件D1；
主控芯片IC1，供电端(7脚)与第七电容C3的第一端连接，接地端(5脚)与第七电容C3的第二端连接，通信端(1脚)与第八电容C4的第一端连接，反馈输入端(2脚)与第八电容C4的第二端连接，参考电平端(8脚)分别与第二电源端V_ref、第九电容C5的第一端及第十电阻R4的第一端连接，定时电阻/电容端(4脚)分别与第十电阻R4的第二端及第十电容C6的第一端连接，电流检测端(3脚)与第十一电容C7的第一端及第十一电阻R5的第一端连接，输出端(6脚)与第七电阻R1的第一端连接。
第七电阻R1的第二端分别与第八电阻R2的第一端及第二开关管Q1的控制端连接；第十一电阻R5的第二端分别与第八电阻R2的第二端、第九电阻R3的第一端及第二开关管Q1的第二端连接；
第二变压器N1，主边的同名端与第一电源端Vin及第五电容C1的第一端连接，主边的异名端与第二开关管Q1的第一端连接，副边的异名端与第四单向导通元件D1的正极连接，副边的同名端接地；
第四单向导通元件D1的负极分别与第六电容C2的第一端及第三电源端Vo连接。
第五电容C1的第二端、第六电容C2的第二端、第九电阻R3的第二端、第九电容C5的第二端、第十电容C6的第二端、第十一电容C7的第二端、第八电容C4的第二端及第七电容C3的第二端均接地。
一些实施例中，开关电源模块10还可以包括：第十二电阻R9、第十三电阻R6、第十四电阻R7、第十五电阻R8、第十六电阻R10、光耦IC2、稳压器IC3、第十二电容C8及第十三电容C9。
光耦IC2，第一输入端通过第十三电阻R6与第三电源端Vo连接，第二输入端分别与第十五电阻R8的第一端、第十三电容C9的第一端及稳压器IC3的阴极端连接，第一输出端分别与主控芯片IC1的通信端(1脚)及第十二电阻R9的第一端连接，第二输出端接地。
第十二电阻R9的第二端与第二电源端V_ref连接；第十五电阻R8的第二端与第十二电容C8的第一端连接，第十二电容C8的第二端分别与第十四电阻R7的第一端、第十三电容C9的第二端、稳压器IC3的参考电平输入端及第十六电阻R10的第一端连接；第十六电阻R10的第二端及稳压器IC3的阳极端均接地，第十四电阻R7的第二端与第三电源端Vo连接。
一些实施例中，第一单向导通元件D2、第二单向导通元件D4、第三单向导通元件D3可以为二极管。
对应于上述任一种开关电源电路，本发明实施例还提供了一种变换器，包括上述任一种开关电源电路，切具有上述开关电源电路所具有的优点，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：开关电源模块、主控启动模块、主控供电模块及故障锁定模块；其中，所述开关电源模块包括主控芯片；
所述主控启动模块，第一端与第一电源端连接，第二端分别与所述主控芯片的供电端及所述故障锁定模块的第二端连接，第三端与所述主控供电模块连接；
所述故障锁定模块的第一端与所述第一电源端连接；
所述故障锁定模块用于当所述主控供电模块失电时将所述主控芯片的供电端的电压限制在预设电压以下，且所述故障锁定模块不影响开关电源的正常启动；
所述主控启动模块用于为所述主控芯片启动供电；
所述主控供电模块用于在所述主控芯片启动后通过所述主控启动模块为所述主控芯片供电；
所述主控启动模块包括：第一电阻、第一电容及第一单向导通元件；
所述主控启动模块的第一端通过所述第一电阻与所述主控启动模块的第二端、所述第一电容的第一端及所述第一单向导通元件的负极连接；所述第一电容的第二端接地，所述第一单向导通元件的正极与所述主控启动模块的第三端连接；
所述故障锁定模块包括：第二电阻、开关单元及开关控制单元；
所述开关单元，第一端通过所述第二电阻与所述故障锁定模块的第二端连接，第二端接地，控制端与所述开关控制单元的第二端连接；
所述开关控制单元的第一端与所述故障锁定模块的第一端连接。
2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关单元包括：开关管；
所述开关管，第一端与所述开关单元的第一端连接，第二端接地，控制端与所述开关单元的控制端连接。
3.如权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关管包括：三极管或MOS管。
4.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关控制单元包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容及第三电容；
所述开关控制单元的第一端通过串联的所述第三电阻及所述第四电阻接地；
所述第二电容，第一端与所述第三电阻和所述第四电阻的公共端连接，第一端还通过所述第五电阻与所述开关控制单元的第二端连接，第二端接地；
所述开关控制单元的第二端还通过所述第六电阻接地；
所述第三电容与所述第六电阻并联连接。
5.如权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关控制单元还包括：第二单向导通元件；
所述第二单向导通元件，正极与所述第二电容的第一端连接，负极与所述开关控制单元的第一端连接。
6.如权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关控制单元还包括：第一稳压二极管；
所述第一稳压二极管，阳极接地，阴极与所述第二电容的第一端连接。
7.如权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关控制单元还包括：第二稳压二极管；
所述第二稳压二极管，阳极通过所述第五电阻与所述开关控制单元的第二端连接，阴极与所述第二电容的第一端连接。
8.如权利要求1至7任一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源模块的拓扑结构包括：正激式、反激式、推挽式或LLC式。
9.一种变换器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的开关电源电路。
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