CN112290658A - 一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路及其控制方法，通过将辅电启动与主拓扑欠压保护联动，辅电启动基于欠压保护的判断结果进行动作，从而解决了现有多路输出辅助电源存在的输入电源的电能损耗和输入电源状态判断保护电路引入的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路及其控制方法。
背景技术
随着工业信息化升级转型的发展，许多通信设备、家用电子产品、电源设备等也在推陈出新，所有产品都需要提供电源工作，而大多数都需要由两路甚至更多路独立的稳压电源提供电能保障，因此多路输出的辅助开关电源已经广泛应用在各个领域的供电系统中。在多路输出电源中，为了保持输出电压稳定，一般的电源都设置有用于稳定输出电压的稳压电路。
现有技术中，辅助电源的常规设计原理框图如图1所示，包括输入端子、辅助电源、欠压保护和主电路拓扑等。其中：辅助电源一般由输入软启动、控制IC、驱动电路、辅电拓扑电路、反馈控制电路等组成。其工作原理为：1)输入端子接入所需输入供电电源，接着辅助电源的输入软启动电路工作，当达到IC启动的条件后，IC输出驱动信号经过驱动电路实现辅电拓扑电路的工作，同时辅助电源输出电压的控制通过反馈控制电路进行PI调节，实现驱动信号的占空比或者频率的变化，最终实现辅助电源输出各路电源的稳定。2)辅助电源启动完成后，对于模拟控制电路，输入采样信号经分压后与给定的参考电压进行比较，其中的比较模拟芯片的供电电源由辅助电源的输出电源供电，输出高低电平信号来实现输入电源的欠压保护判断，对将其结果隔离后送入主电路拓扑的控制中；对于数字控制电路，输入采样信号(或者隔离采样)经调理电路进入微控制器(DSP)，微控制器内部的判断结果送入主电路拓扑的控制中。3)欠压保护作为保护的一种，在其它保护都正常的情况下，若欠压保护不存在则主电路拓扑的驱动信号发出，执行主电路要实现的功能。
但是辅助电源的工作接入输入电源工作的过程中，首先是辅助电源建立，再判断输入电源的工作状态是否在正常的主电路拓扑工作范围内容，最后进行主电路拓扑的功能实现。输入电源不在主电路拓扑正常工作的范围内时，辅助电源还是正常工作，发出故障信号来实现主电路拓扑中功率开关管的关断，带来了主电路功能不能实现的情况下，辅助电源对输入电源的能量损耗，同时还要有输入电源的电压正常与否的判断模拟电路。因此如何将辅助电源和主电路拓扑功能实现进行联动工作的需求应用而生。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路及其控制方法，通过将辅电启动与主拓扑欠压保护联动，解决了现有多路输出辅助电源存在的输入电源的电能损耗和输入电源状态判断保护电路引入的问题。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路，包括输入电源VDC、欠压联动电路和辅助电源电路；
所述输入电源VDC为所述欠压联动电路提供输入电压，并且所述输入电源VDC连接所述辅助电源电路为其提供启动电压；
所述辅助电源电路的电源启动端以及反馈控制端与所述欠压联动电路的输出端连接，并根据所述欠压联动电路的输出端状态改变工作状态；其中，
当所述欠压联动电路的输入电压未达到欠压保护的预设值时，其输出端的状态为低电平，所述辅助电源电路不工作；
当所述欠压联动电路的输入电压达到欠压保护的预设值时，其输出端的状态为高阻状态，所述辅助电源电路工作。
进一步的，所述欠压联动电路包括电压采样控制电路、稳压电路、以及输出电平控制电路；其中，
所述电压采样控制电路，采集输入端的输入电压，并根据所述输入电压的幅值输出零或高电平；
所述稳压电路，根据所述电压采样控制电路的输出处于不同的稳压状态，以向所述输出电平控制电路输出第一控制信号；
所述输出电平控制电路，根据所述第一控制信号输出第二控制信号，以对所述辅助电源电路进行控制。
进一步的，所述电压采样控制电路包括采样电阻和可控稳压源，所述可控稳压源的稳压状态根据所采集的输入电压的幅值变化。
进一步的，所述输出电平控制电路，
当所述第一控制信号为高电平时，输出为低电平的第二控制信号，所述辅助电源电路的电源启动端以及反馈控制端均为低电平，所述辅助电源电路不工作；
当所述第一控制信号为低电平时，输出为高阻状态的第二控制信号，所述辅助电源电路的电源启动端通过所述输入电源VDC得到启动电压，所述辅助电源电路工作。
进一步的，所述输出电平控制电路包括两个三极管，所述三极管的基极接收所述第一控制信号，并由所述三极管的集电极输出第二控制信号。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于如本发明第一方面所述的辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路的控制方法，包括步骤：
输入电源VDC从零上升至未达到欠压保护的预设值，欠压联动电路的输出端状态为低电平，所述辅助电源电路不工作；
输入电源VDC上升至达到欠压保护的预设值，欠压联动电路的输出端状态为高阻状态，所述辅助电源电路开始工作。
进一步的，还包括步骤：
通过电压采样控制电路，采集输入端的输入电压，并根据所述输入电压的幅值输出零或高电平；
当所述电压采样电路的输出为零时，稳压电路输出为高电平的第一控制信号，当所述电压采样电路的输出为高电平时，稳压电路输出为低电平的第一控制信号；
根据所述第一控制信号的状态，输出电平控制电路输出第二控制信号对所述辅助电源电路进行控制。
进一步的，通过电压采样控制电路中的采样电阻对所述输入电压进行采样，并根据所采集的输入电压控制其中可控稳压源的输出。
进一步的，
当所述第一控制信号为高电平时，令输出电平控制电路输出为低电平的第二控制信号，使得所述辅助电源电路的电源启动端以及反馈控制端均为低电平，所述辅助电源电路不工作；
当所述第一控制信号为低电平时，令输出电平控制电路输出为高阻状态的第二控制信号，使得辅助电源电路的电源启动端通过所述输入电源VDC得到启动电压，所述辅助电源电路工作。
进一步的，通过控制所述输出电平控制电路中两个三极管的基极接收所述第一控制信号，并由集电极输出第二控制信号对所述辅助电源电路进行控制。
综上所述，本发明提供了一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路及其控制方法，通过将辅电启动与主拓扑欠压保护联动，辅电启动基于欠压保护的判断结果进行动作，从而解决了现有多路输出辅助电源存在的输入电源的电能损耗和输入电源状态判断保护电路引入的问题。
附图说明
图1是现有技术中辅助电源的常规设计原理框图；
图2是本发明涉及的辅助电源设计原理框图；
图3是本发明辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路的电路结构原理图；
图4是本发明用于辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路的控制方法的流程图；
图5是本发明辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路中驱动信号与输入电压连接关系电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图2中示出了本发明涉及的辅助电源设计原理框图，如图2所示，本发明的辅助电源包括输入端子、辅助电源、欠压保护和主电路拓扑等。其工作原理如下：1)输入端子接入所需输入电源，输入电源同时为欠压保护的供电电源，其欠压保护的输出直接与辅助电源控制IC芯片的启动和供电引脚相连接，若输入电压没有达到设计需要的电压，欠压保护的输出将辅助电源控制IC芯片的启动和供电引脚控制在低电平，辅助电源不工作。因此，辅助电源的启动与主拓扑的欠压具有联动功能，只有当主拓扑的输入达到要求电压，辅助电源才开始工作。2)接着，输入电源通过输入软启动电路、控制IC、驱动电路、辅电拓扑电路和反馈控制电路等，实现辅助电源的正常工作。3)同时，主电路拓扑的驱动信号，根据主DSP的综合管理来控制驱动信号的发出，执行主电路实现的功能。
本发明提出的上述辅助电源的设计原理，与现有技术中的辅助电源设计相比较，将辅助电源的启动与主电路的欠压保护进行联动设计，在主电路拓扑的输入电压不满足需求的情况下，辅助电源不工作，防止实际运行中主电路拓扑的电压不满足需求但辅助电源正常工作，进而引起不必要的辅助电源损耗，导致逐步损耗输入的电能的问题。尤其是若输入为储能电池，则电池的电压将逐步降低，电能逐步减少，进而影响实际工作的需要。
基于上述设计原理，本发明的第一个实施例，提供了一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路，该电路的电路结构原理图如图3所示。该电路主要包括：输入电源VDC和GND、欠压联动电路1和辅助电源电路2。
欠压联动电路1包括电压采样控制电路、稳压电路、以及输出电平控制电路。电压采样控制电路包括电阻R1-R5、可控稳压源U1、以及电容C1。欠压联动电路1的输入端(即R1与R4的连接端)连接输入电源VDC,由VDC为其提供输入电压；稳压电路包括稳压管Z1，稳压管Z1的阴极与所述可控稳压源U1的输出管脚3脚连接；输出电平控制电路包括两个三极管Q11和Q12，所述三极管Q11和Q12的基极与稳压管Z1的阳极连接，由所述三极管Q11和Q12的基极接收控制信号，由集电极输出控制信号，分别至辅助电源电路2的反馈控制端和电源启动端。
辅助电源电路2包括控制IC U71，控制IC U71的供电电源端和接地端为VCC和GND1，输入电源VDC通过电阻R30、R31连接至U71的VCC引脚，以提供启动电压，该VCC引脚作为辅助电源电路2的电源启动端。VCC1和GND1为辅助电源电路2的主反馈电源，VCC1通过电阻R41连接可控稳压源U302的输出管脚3脚，其连接点作为辅助电源电路2的反馈控制端，光耦隔离U301的输入端接收反馈控制端的信号，输出端连接至控制IC U71的FB反馈引脚。控制IC U71的驱动信号端DRV通过开关管Q100连接至输入电压VDC，用于在输入电压VDC达到欠压保护的预设值及以上时输出驱动信号。图5示出了控制IC U71与输入电压VDC的连接电路图，驱动信号端DRV输出PWM驱动信号，DRV输出高电平时，开关管Q100导通，原边电流直接来源于输入电源VDC，且将能量存储于变压器TR1的原边励磁电感中；当DRV没有驱动信号输出时，开关管Q100关断时，导通时存储于变压器原边励磁电感中的能量转换到输出端，GND与GND1之间为辅助电源电路2的原边电流采样电阻。
根据本发明的第二个实施例，提供了用于所述辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路的控制方法，该控制方法的流程图如图4所示。下面结合图3-5对该控制方法做出进一步说明。
在图3所示的电路中，通过R3和R1、R2对输入电压VDC进行采样，并将采样的电压引入可控稳压源U1的反馈引脚1脚，根据可控稳压源U1的工作原理，只有当反馈引脚1脚的电压达到内部的设定值时，U1的输出管脚3脚才有输出。根据某些实施例，可控稳压源U1可以采用TL431，此时，内部的设定值为2.5V。通过调节R1-R3的阻值可以改变输入电压的欠压保护值，进一步通过电阻R4、R5、稳压管Z1来控制三极管Q11和Q12输入的高低电平。
当输入电压VDC从零上升的过程中，在输入电压VDC未达到欠压保护的预设值时，可控稳压源U1的3脚没有输出，输入电压VDC通过电阻R4和R5使稳压管Z1处于工作状态，则三极管Q11和Q12的基极电压为稳压管Z1的导通稳压电压，进而三极管Q11和Q12导通。由于三极管Q11与辅助电源电路2的反馈控制端，即可控稳压源U302的3脚相连接，此时反馈控制端的信号为零，此外，三极管Q12与控制IC U71的供电电源端VCC相连接，则供电电源端VCC的信号为零，即电源启动端输入为零，因此辅助电源不工作。
当输入电压VDC达到欠压保护的预设值及以上时，可控稳压源U1的3脚输出为2.5V，稳压管Z1处于不工作状态，三极管Q11和Q12的基极电压为零，由其并联的电阻接地，即Q11和Q12不导通，其输出的集电极处于高阻态，对于后面的连接电路不起作用。控制ICU71的供电电源端VCC由输入电压VDC通过R30-R32对C31进行充电得到控制IC U71的启动电压，控制IC U71输出驱动信号，辅助电源开始工作，反馈绕组通过电阻R41-R44、电容C41和可控稳压源U302的采样调理经光耦隔离U301进入控制IC U71的反馈引脚FB，经占空比或者频率的调节，最终实现反馈电压VCC1的稳定，VCC1经D61得到VCC与控制IC U71的供电电源端相连接，由输入供电转为反馈供电。
综上所述，本发明涉及一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路及其控制方法，通过将辅电启动与主拓扑欠压保护联动，辅电启动基于欠压保护的判断结果进行动作，从而解决了现有多路输出辅助电源存在的输入电源的电能损耗和输入电源状态判断保护电路引入的问题。本发明中的辅助电源与现有几种中的常规辅助电源设计相比较，将辅助电源的启动与主电路的欠压保护进行联动设计，在主电路拓扑的输入电压不满足需求的情况下，辅助电源不工作，避免了在实际运行中主电路拓扑的电压不满足需求但辅助电源正常工作的情况，进而引起不必要的辅助电源损耗。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路，其特征在于，包括输入电源VDC、欠压联动电路和辅助电源电路；
所述输入电源VDC为所述欠压联动电路提供输入电压，并且所述输入电源VDC连接所述辅助电源电路为其提供启动电压；
所述辅助电源电路的电源启动端以及反馈控制端与所述欠压联动电路的输出端连接，并根据所述欠压联动电路的输出端状态改变工作状态；其中，
当所述欠压联动电路的输入电压未达到欠压保护的预设值时，其输出端的状态为低电平，所述辅助电源电路不工作；
当所述欠压联动电路的输入电压达到欠压保护的预设值时，其输出端的状态为高阻状态，所述辅助电源电路工作。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述欠压联动电路包括电压采样控制电路、稳压电路、以及输出电平控制电路；其中，
所述电压采样控制电路，采集输入端的输入电压，并根据所述输入电压的幅值输出零或高电平；
所述稳压电路，根据所述电压采样控制电路的输出处于不同的稳压状态，以向所述输出电平控制电路输出第一控制信号；
所述输出电平控制电路，根据所述第一控制信号输出第二控制信号，以对所述辅助电源电路进行控制。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电压采样控制电路包括采样电阻和可控稳压源，所述可控稳压源的稳压状态根据所采集的输入电压的幅值变化。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述输出电平控制电路，
当所述第一控制信号为高电平时，输出为低电平的第二控制信号，所述辅助电源电路的电源启动端以及反馈控制端均为低电平，所述辅助电源电路不工作；
当所述第一控制信号为低电平时，输出为高阻状态的第二控制信号，所述辅助电源电路的电源启动端通过所述输入电源VDC得到启动电压，所述辅助电源电路工作。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述输出电平控制电路包括两个三极管，所述三极管的基极接收所述第一控制信号，并由所述三极管的集电极输出第二控制信号。
6.一种用于如权利要求1-5中任意一项所述的辅电启动与主拓扑欠压保护联动电路的控制方法，其特征在于，包括步骤：
输入电源VDC从零上升至未达到欠压保护的预设值，欠压联动电路的输出端状态为低电平，所述辅助电源电路不工作；
输入电源VDC上升至达到欠压保护的预设值，欠压联动电路的输出端状态为高阻状态，所述辅助电源电路开始工作。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，还包括步骤：
通过电压采样控制电路，采集输入端的输入电压，并根据所述输入电压的幅值输出零或高电平；
当所述电压采样电路的输出为零时，稳压电路输出为高电平的第一控制信号，当所述电压采样电路的输出为高电平时，稳压电路输出为低电平的第一控制信号；
根据所述第一控制信号的状态，输出电平控制电路输出第二控制信号对所述辅助电源电路进行控制。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，通过电压采样控制电路中的采样电阻对所述输入电压进行采样，并根据所采集的输入电压控制其中可控稳压源的输出。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
当所述第一控制信号为高电平时，令输出电平控制电路输出为低电平的第二控制信号，使得所述辅助电源电路的电源启动端以及反馈控制端均为低电平，所述辅助电源电路不工作；
当所述第一控制信号为低电平时，令输出电平控制电路输出为高阻状态的第二控制信号，使得辅助电源电路的电源启动端通过所述输入电源VDC得到启动电压，所述辅助电源电路工作。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，通过控制所述输出电平控制电路中两个三极管的基极接收所述第一控制信号，并由集电极输出第二控制信号对所述辅助电源电路进行控制。
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