CN111800008A - 输出电压稳定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在应用于PLC(可编程逻辑控制器)电源模块中的同步降压转换器的输入电压发生瞬间断电时能够稳定地输出电压的输出电压稳定装置。本发明的PLC模块发生瞬时断电时的输出电压稳定装置包括：降压转换器，具备输入端(PVIN)和输入允许端(EN)，外部输入电压(Vin)输入到输入端，输入允许端在输入于输入端的外部输入电压为基准电压以上时，允许输入并输出作为恒压的输出电压(Vout)，降压转换器从外部输入电压生成电压值小于外部输入电压的输出电压；以及稳定部，位于输入允许端的前端，稳定部在外部输入电压发生瞬时断电时，利用充电于负载端的电源来稳定输入允许端的电平。

Description

输出电压稳定装置
技术领域
本发明涉及一种在应用于PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)电源模块中的同步降压转换器的输入电压发生瞬间断电时能够稳定地输出电压的输出电压稳定装置。
背景技术
应用于PLC模块中的降压转换器接收DC24V电压并以DC5V电压输出。
DC24V电压不仅仅供应给PLC模块，还可以作为用于驱动周边装置或继电器元件的电压通过并联连接进行供应。在此情况下，设置于周边的装置或元件内部具有如电感和电容要素的有源元件的特性，由此，供应到PLC电源模块的DC24V电压因这种有源元件的特性可能会发生临时断开的瞬间断电。
随着发生瞬间断电现象，PLC模块内部的输出电平和时序(timing)会处于不稳定的状态，若该电压供应到模块内的电路，则可能会引起错误动作。
图1A是现有的同步降压转换器的电路图，图1B是在图1A所示的同步降压转换器的电路图中发生瞬间断电时的输出电压的时序图，图1C是表示在同步降压转换器的电路图中实际发生瞬间断电时所产生的输出电压的波形的模拟结果的实施例。
如图1A所示，现有的降压转换器10包括：输入端PVIN，其用于输入作为外部输入电压Vin的DC24V电压；以及输入允许端EN11，其在从输入端PVIN输入的外部输入电压Vin为基准电压以上时，允许其输入并输出作为5V恒压的输出电压Vout。此时，就输入允许端EN11而言，当输入允许端EN11的输入为高(high)时，降压转换器10处于使能(Enable)状态，当输入允许端EN11的输入为低(low)时，降压转换器10处于禁用(Disable)状态。
并且，如图1B、1C所示，在降压转换器10中，当在输入电压Vin 24V下发生瞬间断电20时，在输出电压Vout 5V下也会发生瞬间断电30。
通常，PLC模块中，在外部输出电源发生瞬间断电的情况下，输出电压也需要输出5V的稳定的电压。但是，如图1A、图1B、图1C所示，在现有的同步降压转换器中，当降压转换器10的外部输入电压Vin发生瞬间断电时，输入允许端EN11的输入电压也会瞬间处于禁用(Disable)状态，从而DC5V输出电压Vout也会瞬间处于关闭(Off)的状态，并降低到0V。从而存在有如下问题：当发生这种现象时，构成模块内部的电路的元件被重置(reset)，或者该元件在要求开/关顺序(sequence)的情况下可能会引起错误动作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在应用于PLC(Programmable Logic Controller)电源模块中的同步降压转换器的输入电压发生瞬间断电时能够稳定地输出电压的输出电压稳定装置。
另外，本发明的目的还在于，提供一种通过消除因外部电源发生瞬间断电时所产生的、PLC模块的内部电源转换器的输出电压下降的现象，来能够稳定地供给电路的电源的装置。
本发明的目的不限定于以上提及到的目的，可通过下面的说明理解未提及的其他目的以及优点，并且通过本发明的实施例会进一步清楚地理解。另外，会容易理解通过在权利要求书中出现的技术方案以及其组合来实现本发明的目的以及优点。
本发明的PLC模块发生瞬时断电时的输出电压稳定装置可包括：降压转换器，其具备输入端PVIN和输入允许端EN，外部输入电压Vin输入到所述输入端PVIN，所述输入允许端EN在输入于所述输入端PVIN的所述外部输入电压Vin为基准电压以上时，允许输入所述外部输入电压Vin并输出作为恒压的输出电压Vout，所述降压转换器从所述外部输入电压生成具有小于所述外部输入电压的电压值的输出电压；以及稳定部，其位于所述输入允许端EN的前端，所述稳定部在所述外部输入电压发生瞬时断电时，利用充电于负载端的电源来对所述输入允许端EN的电平进行稳定化。
另外，所述稳定部可包括：比较器，所述比较器的+端与施加所述外部输入电压Vin的第一节点P1相连接，所述比较器的-端与接地端相连接，所述比较器通过将所述+端的输入电平和所述-端的输入电平进行比较来输出与两者电压差相对应的电平；以及开关部，所述开关部的一端与施加所述外部输入电压Vin的第二节点P2相连接，所述开关部的另一端与输出所述降压转换器的输出电压的第三节点P3相连接，所述开关部根据所述比较器的输出而执行导通或断开的切换动作。
若所述+端的输入电平大于所述-端的输入电平，则所述比较器可输出5V的高(High)电平，相反，若所述+端的输入电平小于所述-端的输入电平，则所述比较器可输出-5V的低(Low)电平。
若发生所述外部输入电压Vin的瞬间断电(瞬时断点)，则所述开关部可进行导通切换动作。
当所述开关部执行导通切换动作时，充电于负载端的电源可施加到所述输入允许端EN，所述负载端输出所述降压转换器的输出电压。
另外，所述开关部可以是P-沟道金氧半场效晶体管(MOSFET)。
另外，若从所述比较器输出高电平，则所述开关部可执行源极和漏极之间的断开切换动作，相反，若从所述比较器输出低电平，则所述开关部可执行源极和漏极间的导通切换动作。
另外，在所述开关部中，漏极端可以与施加所述外部输入电压Vin的第二节点P2相连接，源极端可以与输出所述降压转换器的输出电压的第三节点P3相连接，栅极端可以与所述比较器的输出端相连接。
另外，在所述源极端和所述第三节点P3之间可设置有用于防止逆电流的逆电流防止电阻R2。
另外，在所述第一节点P1和所述第二节点P2之间可设置有用于防止逆电流的逆电流防止二极管D1。
本发明的PLC模块发生瞬时断电时的输出电压稳定装置，当外部输入电压发生瞬时断电时，利用该时间点的负载输出电压的电源来将电源转换器的输入允许端保持为使能(Enable)状态，由此能够在瞬间断电的期间稳定地向负载供给电压。
据此，能够防止电路元件重置且确保动作电平，从而能够预防电路的错误动作。
通过说明并记述用于实施本发明的具体事项来描述上述效果以及本发明的具体效果。
附图说明
图1A是现有的同步降压转换器的电路图。
图1B是在图1A所示的同步降压转换器的电路图中发生瞬间断电时的输出电压的时序图。
图1C是表示在同步降压转换器的电路图中实际发生瞬间断电时所产生的输出电压的波形的模拟结果的实施例。
图2A是本发明的实施例的PLC模块发生瞬时断电时的输出电压稳定装置的电路图。
图2B是表示图2A的降压转换器中实际发生瞬时断电时所产生的输出电压的波形的模拟结果的实施例。
附图标记说明
100：降压转换器 200：稳定部
210：比较器 220：金氧半场效晶体管(MOSFET)
具体实施方式
下面，参照附图详细说明此前所述的目的、特征以及优点，由此本领域技术人员能够容易实施本发明的技术思想。在说明本发明的过程中，当判断为对于与本发明相关的公知技术的具体说明会使本发明的要旨不清楚，则省略对其的详细说明。下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中相同的附图标记表示相同或相似的构成要素。
以下，当记载为某一构成要素“连结”、“结合”或“连接”于其它构成要素时，应该理解为所述构成要素可彼此直接连接或连结，但是也可以在各个构成要素之间设置有其他构成要素，或各个构成要素通过其他构成要素“连结”、“结合”或“连接”。
下面，对本发明的几个实施例的PLC模块的发生瞬时断电时的输出电压稳定装置进行说明。
图2A是本发明的实施例的PLC模块发生瞬时断电时的输出电压稳定装置的电路图，图2B是表示图2A的降压转换器中实际发生瞬时断电时所产生的输出电压的波形的模拟结果的实施例。
如图2A所示，本发明的输出电压稳定装置包括降压转换器100和稳定部200。
所述降压转换器100可从AC或DC输入电压接收电压，并且可以生成实质上恒定的低的DC输出电压。例如，接收DC24V电压并输出为DC5V电压。
为此，降压转换器100包括：输入端PVIN，作为外部输入电压Vin的DC24V电压输入到所述输入端PVIN；以及输入允许端EN11，其在输入于输入端PVIN的外部输入电压Vin为基准电压以上时，允许输入所述外部输入电压Vin并输出作为5V恒压的输出电压Vout。此时，作为外部输入电压Vin的DC24V电压将会输入到输入允许端EN。
另外，降压转换器100通过在输入侧配置旁路电容器Cin来降低纹波噪声，并且通过在输出侧配置功率电感器L来将脉冲宽度调制(PWM)信号转换为恒压，而且通过在输出恒压的一侧配置电容器Cout来降低纹波噪声。另外，降压转换器100可以经由第一电阻RFBT和第二电阻RFBB而将输入作为反馈(Feedback)重新输入，由此能够对不稳定的输出进行稳定化。
所述稳定部200位于用于接收外部输入电压Vin的输入允许端EN的前端。并且，外部输入电压Vin瞬间发生断电而将向所述降压转换器100的输入允许端EN输入的电平也会同时降低，因此，为了防止出现这种情况，稳定部200暂时利用充电于负载端的电源来对所述降压转换器100的输入允许端EN的电平进行稳定化。
稳定部200包括比较器210和金氧半场效晶体管(MOSFET)220。
当发生瞬间断电时，比较器210将(+)端的输入电平和(-)端的输入电平进行比较，并且输出与两者电压差相对应的电平。即，若+端的输入电平大于-端的输入电压，则比较器210输出高(High)电平，相反，若+端的输入电平小于-端的输入电压，则比较器210输出低(Low)电平。
比较器210的+端与输入外部输入电压Vin的节点P1相连接，比较器210的-端与接地端相连接。并且，比较器210设计成在高电平时输出5V，而在低电平时输出-5V，由此，能够保障位于下一端的MOSFET220稳定地进行切换动作。
MOSFET220是P-沟道MOSFET，根据比较器210的输出而执行源极和漏极之间的导通/断开切换动作。即，若从比较器210输出高电平，则执行源极和漏极之间的断开切换动作，相反，若从比较器210输出低电平，则执行源极和漏极之间的导通切换动作。在此，虽然MOSFET220由P-沟道MOSFET构成，但这仅为一个实施例，其并不限定于此。
在MOSFET220中，漏极端与施加外部输入电压Vin的节点P2相连接，源极端与输出降压转换器100的输出电压的节点P3相连接。此外，栅极端与比较器210的输出端相连接。
在节点P1和节点P2之间，可以包括用于防止逆电流的逆电流防止二极管D1。并且，在MOSFET220的源极端和节点P3之间，可以包括用于防止逆电流的逆电流防止电阻R2。
通过这种结构，当MOSFET220的源极和漏极之间执行断开切换动作时，外部输入电压Vin将会施加到降压转换器100的输入允许端EN。并且，当MOSFET220的源极和漏极之间执行导通切换动作时，充电于负载端的电源会在短时间内施加到输入允许端EN，所述负载端输出降压转换器100的输出电压。
此时，负载端(point-of-load)可以包括节点，所述节点用于向输出降压转换器100的输出电压的负载供应输出电压，所述负载例如是LED照明等各种产品。此外，向产品输出的输出电压将会暂时充电到包括在产品中的电容器，由此，充电于负载端的电源能够在短时间内施加于输入允许端EN。
由此，如图2B所示，在外部输入电压Vin瞬间断电(瞬时断电)20的情况下，能够防止40输入到降压转换器100的输入允许端EN的电平同时降低。
即，通过将充电于负载端的电源在短时间内施加于输入允许端EN，来能够防止输入到降压转换器100的输入允许端EN的电平因外部输入电压Vin发生瞬间断电(瞬时断电)20而同时下降的问题，从而能够暂时防止电平下降。这将会带来能够使降压转换器100的输入允许端EN的电平变得稳定的效果。
下面，参照附图对如上所述构成的本发明的PLC模块发生瞬时断电时的输出电压稳定装置的动作进行详细说明。图2A或图2B中相同的附图标记是指执行相同功能的相同的构件。
参照图2A，首先，在作为外部输入电源Vin的DC24V处于正常状态的情况下，降压转换器100的输入允许端EN以高电平状态将降压转换器100输出5V的输出电压。在此情况下，5V以上的电源施加于比较器210的+端，比较器210的-端的电压为0V。
因此，比较器210的输出条件成为“+端的输入电压>-端的输入电压”，从而比较器210输出5V的高电平。并且，当比较器210输出高电平时，P-沟道MOSFET220执行源极和漏极之间的断开切换动作。
另一方面，若外部输入电源Vin的DC24V发生瞬时断电，则比较器210的+端在该瞬间下降到0V电平，而比较器210的-端处于-5V状态。
因此，比较器210的输出条件成为“+端的输入电压<-端的输入电压”，从而比较器210输出-5V的低电平。并且，若从比较器210输出低电平，则P-沟道MOSFET220执行源极和漏极之间的导通切换动作。
此时，若MOSFET220的源极和漏极之间执行导通切换动作，则P-沟道MOSFET220将会切换到导通状态，降压转换器100的输入允许端EN保持为高电平(5V)状态，由此稳定地输出电压。充电于负载端(其输出降压转换器100的输出电压)的电源在短时间内将会施加到输入允许端EN。因此，降压转换器100的输入允许端EN保持为高电平(5V)状态，从而能够稳定地输出电压。
即，如图2B所示，在外部输入电压Vin瞬间发生断电(瞬时断电)20的情况下，能够防止40输入到降压转换器100的输入允许端EN的电平同时下降。
以上，参照示例的附图说明了本发明，但是本发明不限定于本说明书中公开的实施例和附图，在本发明的技术思想的范围内，普通技术人员能够进行各种变形。并且，即便在此前说明本发明的实施例时没有明确记载根据本发明的构成要素的作用和效果，能够由该构成要素预测到的效果也应被认可。

Claims (10)

1.一种输出电压稳定装置，其为在可编程逻辑控制器模块中发生瞬时断电时用于稳定输出电压的装置，包括：
降压转换器，具备输入端(PVIN)和输入允许端(EN)，外部输入电压(Vin)输入到所述输入端(PVIN)，所述输入允许端(EN)在输入于所述输入端(PVIN)的所述外部输入电压(Vin)为基准电压以上时，允许输入所述外部输入电压(Vin)并输出作为恒压的输出电压(Vout)，所述降压转换器从所述外部输入电压生成电压值小于所述外部输入电压的输出电压；以及
稳定部，位于所述输入允许端(EN)的前端，所述稳定部在所述外部输入电压发生瞬时断电时，利用充电于负载端的电源来稳定所述输入允许端(EN)的电平。
2.根据权利要求1所述的输出电压稳定装置，其中，
所述稳定部包括：
比较器，所述比较器的+端与施加所述外部输入电压(Vin)的第一节点(P1)相连接，所述比较器的-端与接地端相连接，所述比较器将所述+端的输入电平和所述-端的输入电平进行比较而输出与两者电压差对应的电平；以及
开关部，所述开关部的一端与施加所述外部输入电压(Vin)的第二节点(P2)相连接，所述开关部的另一端与输出所述降压转换器的输出电压的第三节点(P3)相连接，所述开关部根据所述比较器的输出而执行导通或断开的切换动作。
3.根据权利要求2所述的输出电压稳定装置，其中，
若所述+端的输入电平大于所述-端的输入电平，则所述比较器输出5V的高电平，
若所述+端的输入电平小于所述-端的输入电平，则所述比较器输出-5V的低电平。
4.根据权利要求2所述的输出电压稳定装置，其中，
若所述外部输入电压(Vin)发生瞬时断电，则所述开关部执行导通切换动作。
5.根据权利要求4所述的输出电压稳定装置，其中，
若所述开关部执行导通切换动作，则充电于负载端的电源施加于所述输入允许端(EN)，所述负载端输出所述降压转换器的输出电压。
6.根据权利要求2所述的输出电压稳定装置，其中，
所述开关部为P-沟道金氧半场效晶体管。
7.根据权利要求6所述的输出电压稳定装置，其中，
若从所述比较器输出高电平，则所述开关部执行源极和漏极之间的断开切换动作，
若从所述比较器输出低电平，则所述开关部执行源极和漏极之间的导通切换动作。
8.根据权利要求7所述的输出电压稳定装置，其中，
所述开关部的漏极端与施加所述外部输入电压(Vin)的第二节点(P2)相连接，
所述开关部的源极端与输出所述降压转换器的输出电压的第三节点(P3)相连接，
所述开关部的栅极端与所述比较器的输出端相连接。
9.根据权利要求8所述的输出电压稳定装置，其中，
在所述源极端和所述第三节点(P3)之间设置有用于防止逆电流的逆电流防止电阻(R2)。
10.根据权利要求2所述的输出电压稳定装置，其中，
在所述第一节点(P1)和所述第二节点(P2)之间设置有用于防止逆电流的逆电流防止二极管(D1)。
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