CN111969852B - 一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路及方法，在开关电源的整流单元的前端和后端设电压采样电路，两个电压采样电路的输出均接入缓降欠压保护逻辑判断电路；通过缓降欠压保护逻辑判断电路的输出进行缓降欠压保护逻辑判断。本发明通过缓降欠压保护逻辑判断电路对开关电输入电压缓降欠压时进行保护，提高了开关电源的中断时长，同时避免输入电压缓降时输出失调的问题，提高了开关电源的输入适应性，降低了输入电压异常时引起二次设备逻辑错误或误动作的概率。

Description

一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路及方法

技术领域

本发明公开了一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路及方法，属于开关电源保护技术领域。

背景技术

变电站二次设备直流电源系统由蓄电池组、充电模块、绝缘监测模块等组成，为继电保护装置、测控装置、断路器操作回路、其他各类信号回路提供电源。直流电源系统的正常运行与否，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响变电站乃至整个电网的安全运行。

直流电源系统发生接地、电池老化等故障时，输出电压可能暂时中断、缓降(数十ms到几百ms)，引起继电保护装置、测控装置等内部开关电源工作异常，输出电压(如5V)波动，从而导致装置出现闭锁、掉电等现象，保护测控功能退出，严重时出现误动作导致大面积停电。

因此，相关二次设备产品标准对设备内开关电源提出了中断、缓降性能指标要求，一般要求二次设备开关电源能承受的中断时间越长越好、缓降电压越低越好，从而提高二次设备抗输入电源瞬变的能力。为了提高这一性能指标，一般通过增大开关电源的输入储能电容或者降低开关电源最低工作电压点。但增加电容带来成本高、体积大、开机冲击电流大等问题；降低开关电源最低工作电压点，可以提高电容储能的利用率，增加电源的中断时长，但容易出现缓降时因输入欠压引起输出失调。

开关电源的常规欠压保护有两种：对于开关电源控制芯片自带过、欠压功能的欠压保护电路，均是通过分压电阻网络将输入电压接到控制芯片的检测引脚，通过控制芯片内部的UV/OV电路关断控制芯片输出脉冲，开关电源停止工作；对于不带过、欠压功能的控制芯片，可以通过外加电压监测比较电路，根据监测比较电路的结果，触发保护电路动作，一般保护电路的输出是去切断控制芯片的电源，或者拉低使能引脚或者软启动引脚，使得控制芯片无驱动脉冲输出，开关电源停止工作，从而实现输入电压的过、欠压保护。在公开的资料中，基本上都是采用这两种输入欠压保护方式中的一种。这两种方法设置的欠压保护点一般偏高，略低于开关电源标称最低工作电压，可以避免开关电源在输入缓降时出现失调，但过高的欠压保护点，导致开关电源的中断时间减少。

综上，现有开关电源的欠压关断点设置方法单一，容易出现设置的电压过高或者过低。过高的欠压点，会导致相同储能电容的情况下，中断时间减少；过低的欠压点，在输入电压缓降至临界值时，输出电压出现失调，但并没有关断，导致装置出现异常。

发明内容

为了解决常规开关电源欠压保护点设置方法单一，无法同时满足中断、缓降要求的问题，本发明提出了一种开关电源输入电压缓降欠压保护电路及方法，能够实现相同工况下，中断时间最长。同时，在输入缓降至临界状态时，触发保护电路，关断电源输出，避免输出电压失调。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，在开关电源的整流单元的前端设前端电压采样电路，后端设后端电压采样电路，两个电压采样电路的输出均接入缓降欠压保护逻辑判断电路；所述缓降欠压保护逻辑判断电路的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口。

进一步的，所述缓降欠压保护逻辑判断电路包括两个比较器电路，一个非门和一个与门；

前端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的正端输入，后端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的负端输入；比较器电路U1的输出接入与门的一端输入；

后端电压采样电路的输出接入比较器电路U2的正端输入，基准电压的输出接入比较器电路U2的负端输入，比较器电路U2的输出接入非门的输入；

非门的输出接入与门的另一端输入，与门的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口。

进一步的，所述缓降欠压保护逻辑判断电路包括两个比较器电路，一个非门和一个带保护端口的驱动芯片；

前端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的正端输入，后端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的负端输入；比较器电路U1的输出接入带保护端口的驱动芯片的EN端口；

后端电压采样电路的输出接入比较器电路U2的正端输入，基准电压的输出接入比较器电路U2的负端输入，比较器电路U2的输出接入非门的输入；

非门的输出接入保护端口的驱动芯片的入口，保护端口的驱动芯片的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口。

进一步的，所述整流单元前端和后端的电压采样电路采用分压电阻。

进一步的，所述分压电阻采用多个电阻串并联构成。

进一步的，所述比较器电路配置迟滞比较电路，所述比较器电路的输出接上拉电阻。

本发明另一方面提供一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护方法，包括：

获取开关电源整流电源前端采样电压V1和后端采样电压V2；

比较前端采样电压V1和后端采样电压V2的大小，以及比较后端采样电压V2与基准电压Vref的大小；

根据比较结果，进行缓降欠压保护。

进一步的，所述根据比较结果，进行缓降欠压保护，包括：

若V1＞V2，且V2＞Vref，则开关电源不动作；

若V1＞V2，且V2＜Vref，则开关电源保护动作；

若V1＜V2，则开关电源不动作。

本发明的有益效果为：

本发明通过缓降欠压保护逻辑判断电路对开关电输入电压缓降欠压时进行保护，提高了开关电源的中断时长，同时避免输入电压缓降时输出失调的问题，提高了开关电源的输入适应性，降低了输入电压异常时引起二次设备逻辑错误或误动作的概率；同时，在相同指标要求下(中断、缓降指标要求)，能降低开关电源的输入侧储能电容的容量，可以选用更小尺寸电容，进而降低开关电源的成本、体积、重量、开机冲击电流，提高电源的功率密度。

附图说明

图1典型开关电源部分电路示意图；

图2为本发明中开关电源的整流单元前后端的电压采样电路；

图3为本发明实施例中缓降欠压保护逻辑判断电路；

图4为本发明是合理中采用带使能端口驱动芯片的保护逻辑判断电路。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

参见图1，常见的开关电源其输入侧电路通常包含滤波单元、整流单元(整流桥或防反二极管)和储能电容(通常为电解电容)。

本发明实施例提供一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，包括：

在图1的整流单元(整流桥或防反二极管)的前端和后端分别设电压采样电路，如图2所示，前端电压采样电路通过分压电阻R1、R2，得到采样电压V1；后端电压采样电路通过分压电阻R3、R4，得到采样电压V2。

本发明的用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路还包括缓降欠压保护逻辑判断电路，作为一个优选实施例，参见图3，缓降欠压保护逻辑判断电路包括比较器U1，比较器U2，非门U3和与门U4。

前端电压采样电路的输出和后端电压采样电路的输出接入比较器U1的输入，其中，前端电压采样电路的输出接入正端，后端电压采样电路的输出接入负端。比较器U1的输出接入与门U4的一端输入，如图3所示。

后端电压采样电路的输出和基准电压的输出接入比较器U2的输入，其中，后端电压采样电路的输出接入正端，基准电压的输出接入负端。比较器U2的输出接入非门U3的输入，如图3所示。

非门U3的输出接入与门U4的另一端输入，与门U4的输出Y接入开关电源控制驱动单元S1的保护接口。

逻辑判断过程为：

比较器U1的输出为A，比较器U2的输出为B；

具体的，如果前端采样电压V1大于后端采样电压V2，则输出A为1，反之，输出A为0；

如果后端采样电压V2大于基准电压Vref，则输出B为1，反之，输出B为0；

将输出B进行非门运算后，与输出A进行与门运算输出Y，作为开关电源输入电压缓降欠压保护逻辑判断信号：

当Y为高电平(“1”)时，保护动作，开关电源关闭；当Y为低(“0”),保护不动作。其逻辑电路的真值表如下：

表1逻辑电路动作真值表

	A	B	Y
				正常	1	1	0
缓降	1	0	1
				中断	0	X	0

正常指的是开关电源正常供电，二极管D1正向导通，储能电容C1起滤波作用，此时，比较器U1输出A为高，比较器U2输出B也为高，与门输出Y为0，即不触发保护电路。

输入电压缓降时，二极管D1依然为正向导通，当输入电压降到欠压保护点后，比较器U2的输出B翻转，变为低，与门输出Y为1，触发保护电路，关断电源。

输入电压中断时，电源输入不再给电源提供能量，输出需要的能量由储能电容C1提供，二极管D1截止，两端电压V1＜V2，比较器U1的输出A为低。此时，不管比较器U2的输出B是高或低(用X表示)，Y均为0，即不触发保护电路。

作为一个优选实施例，参见图4，缓降欠压保护逻辑判断电路包括比较器U1，比较器U2，非门U3和带保护端口的驱动芯片；

前端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的正端输入，后端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的负端输入；比较器电路U1的输出接入带保护端口的驱动芯片的EN端口；

后端电压采样电路的输出接入比较器电路U2的正端输入，基准电压的输出接入比较器电路U2的负端输入，比较器电路U2的输出接入非门的输入；

非门的输出接入保护端口的驱动芯片的入口，保护端口的驱动芯片的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口。

本发明实施例中的缓降欠压保护逻辑判断电路中，也可以采用其他芯片替代比较器，如运放，实现同样的功能，也属于本发明范围。

本发明实施例中的电压采样电路，电阻可以是多个串并联，也可以加上一定大小的滤波电容等。

本发明实施例中的比较器电路，是个示意电路，实际电路通常会加上迟滞比较电路，输出接上拉电阻等。

本发明实施例提供还一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护方法，包括：

获取开关电源整流电源前端采样电压V1和后端采样电压V2；

比较前端采样电压V1和后端采样电压V2的大小，以及比较后端采样电压V2与基准电压Vref的大小；

根据比较结果，进行缓降欠压保护。

进一步的，所述根据比较结果，进行缓降欠压保护，包括：

若V1＞V2，且V2＞Vref，则开关电源不动作；

若V1＞V2，且V2＜Vref，则开关电源保护动作；

若V1＜V2，则开关电源不动作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，其特征在于，在开关电源的整流单元的前端设前端电压采样电路，后端设后端电压采样电路，两个电压采样电路的输出均接入缓降欠压保护逻辑判断电路；所述缓降欠压保护逻辑判断电路的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口；

所述缓降欠压保护逻辑判断电路包括两个比较器电路，一个非门和一个与门；

前端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的正端输入，后端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的负端输入；比较器电路U1的输出接入与门的一端输入；

后端电压采样电路的输出接入比较器电路U2的正端输入，基准电压的输出接入比较器电路U2的负端输入，比较器电路U2的输出接入非门的输入；

非门的输出接入与门的另一端输入，与门的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口。

2.一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，其特征在于，在开关电源的整流单元的前端设前端电压采样电路，后端设后端电压采样电路，两个电压采样电路的输出均接入缓降欠压保护逻辑判断电路；所述缓降欠压保护逻辑判断电路的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口；

所述缓降欠压保护逻辑判断电路包括两个比较器电路，一个非门和一个带保护端口的驱动芯片；

前端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的正端输入，后端电压采样电路的输出接入比较器电路U1的负端输入；比较器电路U1的输出接入带保护端口的驱动芯片的EN端口；

后端电压采样电路的输出接入比较器电路U2的正端输入，基准电压的输出接入比较器电路U2的负端输入，比较器电路U2的输出接入非门的输入；

非门的输出接入保护端口的驱动芯片的入口，保护端口的驱动芯片的输出接入开关电源控制驱动单元的保护接口。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，其特征在于，所述整流单元前端和后端的电压采样电路采用分压电阻。

4.根据权利要求3所述的一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，其特征在于，所述分压电阻采用多个电阻串并联构成。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护电路，其特征在于，所述比较器电路配置迟滞比较电路，所述比较器电路的输出接上拉电阻。

6.一种用于开关电源输入电压缓降欠压保护方法，其特征在于，包括：

获取开关电源整流电源前端采样电压V1和后端采样电压V2；

比较前端采样电压V1和后端采样电压V2的大小，以及比较后端采样电压V2与基准电压Vref的大小；

根据比较结果，进行缓降欠压保护，包括：

若V1＞V2，且V2＞Vref，则开关电源不动作；

若V1＞V2，且V2＜Vref，则开关电源保护动作；

若V1＜V2，则开关电源不动作。

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