CN112311218A - 一种浮地开关电源的使能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利提供一种浮地开关电源的使能控制方法，本发明专利通过控制浮地开关电源启动电流回路导通和关断；控制浮地开关电源的工作来控制电流回路的导通和关断，从而导致使能方案所消耗的功率很小，对电源整体效率的影响可忽略。本发明有益效果为：控制直接作用在开关电源控制回路上，使直接控制开关电源使能成为了现实；提高控制响应速度；降低了使能控制的实现成本；提高了控制部分的寿命；减小了控制电路的体积；提高了控制生产的效率。

Description

一种浮地开关电源的使能控制方法

技术领域

本发明涉及一种浮地开关电源的使能控制方法。

背景技术

直流开关电源是将输入直流电压变换成另外一种直流电压的开关型调节电源；目前这种开关型调节电源有浮地工作方式---没有确切稳定的地电位，随着开关导通和关断的变化，电源的参考电压也在变化；由于此类芯片没有固定的参考地电位，所以很难添加能够由外部控制的电源使能端口，由于这个原因就造成了在电源输出功率需求为零时，不能够将电源关闭，进入节电模式，导致能量无谓的浪费。当前市场上存的方案主要有两种：1、在整个电源的前端(输入端)添加开关，但此种方案有其问题所在，问题点：模块的体积大、成本高，运行成本高(无法程控)；2、用一个继电器切断控制供电回路，但是继电器的控制线圈还需要消耗电能，导致整体效率下降；同时也存在：体积大、成本高的问题。

本发明针对上述背景问题，阐述一种方法能够控制这类电源开启和关闭，从而达到节能减排的目的，降低用户的使用成本，有效节约能源和增加设备使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供的一种浮地开关电源的使能控制方法，本发明法需要解决的问题：1、提出一种通过影响开关电源本身来达到使能开关电源的方法；2、降低控制部分的运行功率；3、增加浮点开关电源使能控制端；4、降低实现使能控制端的成本；5、减小实现使能控制的体积，并提高批量生产的效率。该方法的技术特征：

1、通过控制浮地开关电源的启动电流回路导通和关断；

2、通过控制浮地开关电源的工作控制电流回路的导通和关断；通过以上两条来达到控制浮地开关电源工作与否的目的；

3、控制的都是控制电源部分的回路，从而导致使能方案所消耗的功率很小，对电源整体效率的影响可忽略(几十mW级)；

4、本发明设计到的部分均采用贴片的三极管和电阻电容，有效减小了设备的体积；

5、由于采用的为贴片器件，大大提高了生产效率，降低了生产成本。

6、该方法实现的使能端口可以通过逻辑信号直接控制电源的使能与否，为外部灵活控制打下良好基础；

本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1、控制直接作用在开关电源控制回路上，使直接控制开关电源使能成为了现实；

2、提高控制响应速度；

3、降低了使能控制的实现成本；

4、提高了控制部分的寿命；

5、减小了控制电路的体积；

6、提高了控制生产的效率；

附图说明

图1：现在正在使用的机械开关方案图

图2：现在正在使用的继电器方案图

图3：正常浮地开关电源功能实现逻辑图

图4：浮地开关电源使能控制实现逻辑图一

图5：浮地开关电源使能控制实现逻辑图二

图6：浮地开关电源的实例原理图

图7：使能实例电路1

图8：使能实例电路2

具体实施方式

如图1，是现在正在使用的机械开关方案图，机械开关控制着电源电路的通电与否，机械开关需要人为参与才能够实现导通与闭合，从而控制后续电源电路的工作。由于机械开关断开的是主回路电源供应，导致要分断和闭合的电流比较大(导致实现成本高)，从而开关体积会比较大，机械寿命会降低，顺带造成维护成本高；由于需要人为干预，所以运行成本也高。

如图2，是现在正在使用的继电器方案图，继电器触点控制着电源电路的通电与否，而继电器线圈又控制着继电器触点的动作。继电器触点控制的是主电的通断；由于是机械触点，所以使能与否的响应速度变慢；继电器本身体积大，实现升本也高；继电器线圈需要消耗的功率比较大，导致电源部分整体效率下降。

如图3，是正常浮地开关电源功能实现逻辑图，在电源启动之前，启动电流通道先通过“启动电流通道”给“浮地开关电源芯片”的控制电供电，等到“浮地开关电源芯片”能够启动之后，“直流正出”输出的电压正常，“浮地开关电源芯片”的控制电有“启动电流通道”和“控制电供电通道”两个通道供应；此时两个供电通道是独立的，互不干涉，并且两路供电通道与功率主回路无关，电流很小，在mA级别，所以功率很小。

如图4，是浮地开关电源使能控制实现逻辑图一，在“启动电流通道”和“控制电供电通道”分别插入“开关管1”和“开关管2”，在电源需要开启工作的时候，将“开关管1”开启，则电源在启动电流通道的电流注入下开始启动，然后开启“开关管2”(也可以同时开启)，此时电源已经进入正常输出状态，“直流正出”通过“开关管2”通道给电源控制电供电，维持电源持续工作。在正常工作的时候，可以通过关闭“开关管1”来关闭启动电流通道，从而达到控制电路功耗的目的(也可以维持导通)；当需要关闭电源时，则“开关管1”和“开关管2”都要断开，从而切断开关电源的两种控制电的供电来源，从而达到关闭电源的目的。

此开关的方法特点是：

1，通过控制“启动电流通道”控制电源的开启；

2，通过控制“启动电流通道”和“控制电供电通道”控制电源的持续正常工作；

3，这两个通道都是弱电流，小功率通道，可以达到四两拨千斤的目的；

4，“启动电流通道”和“控制电供电通道”分开控制，经过时序合理组合，可以达到效率更高的目的；

此开关的物理特点是：

1，实现方式通过功率开关管实现；

2，功率开关管响应动作快；

3，由于需要的功率开关管功率小，所以体积很小；

4，没有机械寿命问题；

5，成本低；

6，适合大批量的自动化生产。

如图5，是浮地开关电源使能控制实现逻辑图二，在“启动电流通道”和“控制电供电通道”的公共通道上装入一个开关管，在电源需要开启工作的时候，将“开关管”开启，则电源在启动电流通道的电流注入下开始启动；当电源已经进入正常输出状态，“直流正出”通过“开关管”通道给电源控制电供电，维持电源持续工作。在正常工作的时候，“启动电流通道”和“控制电供电通道”共同为电源控制电供电；当需要关闭电源时，则“开关管”断开，从而切断开关电源的两种控制电的供电来源，从而达到关闭电源的目的。

此开关的逻辑特点是：

1，两路控制电源的通道被共同控制；

2，控制回路控制的是电源的控制电，弱电流小功率；

3，由于只有一个控制点，控制逻辑更简单；

此开关的物理特点同图4，图4和图5两种逻辑特点相比，相同点：1，控制思想一致，都是对浮地开关电源的控制电进行处理；2，实现手段一致，都是通过对弱电流施加影响来达到目的；

不同点：1、图4启动和正常工作回路分开，可组合控制，达到更节电的目的，但是物理成本更高；2、图5启动和正常工作回路合并，只能够同时控制，控制逻辑简单，成本低；但是会额外消耗一部分控制电能量。

如图6，是浮地开关电源的实例原理图，如下所示：

1、电阻R1通过母线，给控制电容C2，C3充电，所以电阻R1为“启动电流通道”；

2、输出电源通过二极管D1，给控制电电容C2，C3充电，所以与D1相连接的通道为“控制电供电通道”；

3、U1为“浮地开关电源芯片”；

4、L1，D2构成“限流续流电路”；

5、电容C5，C6构成了“储能电容”；

如图7，是使能实例电路1，如下所示：

1、三极管Q1构成“开关管1”，Q2和电阻R5，R6，R7构成了“开关管1”的控制；

2、三极管Q3构成“开关管2”，Q4和电阻R8，R9，R10构成了“开关管2”的控制；

3、“开关管1”插入到了“启动电流通道”中；

4、“开关管2”插入到了“控制电供电通道”中；

如图8，是使能实例电路2，如下所示：

1、三极管Q1构成“开关管”，Q2和电阻R5，R6，R7构成了“开关管”的控制；

2、“开关管”插入到了“启动电流通道”和“控制电供电通道”的共同通道中；

本发明的工作原理：

参照图6，刚开始输出电压VCC为0；控制电的电容C2和C3的两端电压也为零；控制芯片U1不工作；电源B+通过电阻R1，控制电的电容C2和C3，电感L1，输出电容C5和C6到B-回路，给电容C2和C3补充电荷，电流大小受电阻R1限制；当电容C2和C3两端的电压达到U1开始启动阈值时，芯片U1开始工作；U1导通时，电流从B+经U1的5和6脚到7和8脚，再经过电感L1到输出电容C5和C6上，C5和C6的电压开始上升；此时电感L1与U1相连接点的电压为B+，也就是U1的基准电压为B+；在VCC上升阶段，U1一直在进行PWM斩波；当U1关断的时候，U1的5和6脚与7和8脚不导通；由于电感L1的电流不能够突变，所以电感通过二极管D2开始续流，此时电感L1与U1连接点的电压为B-减去二极管D2的压降；此时输出电压VCC通过分压电阻R2和R3将电压信息回馈给U1，则U1进行下一个PWM状态的调整；当U1关断的时候，VCC通过D1也给控制电电容C2和C3补充电流，此时B+也通过R1给电容C2和C3补充电流；但是当U1导通的时候，两个通道都无法给控制电电容C2和C3补充电流；U1通过周而复始的调节动作，最终达到VCC输出电压稳定，U1的调节幅度稳定的状态；

以图7为例：刚开始“PowerEn1”为低，“PowerEn2”为低，此时C2和C3两端电压为0；输出端电压也为0；

当电源需要开始的时候，“PowerEn1”为高，此时Q2导通；此时Q1通过R5能够产生基极电流，三极管Q1也导通；此时“启动电流通道”被开启，电源进入启动阶段；等电源启动后，“PowerEn2”为高，此时Q4导通；此时Q3通过R8产生基极电流，三极管Q3也导通；此时“控制电供电通道”被开启；此时可以将“PowerEn1”为低，将“启动电流通道”关闭，减少一部分功率消耗；也可以“PowerEn1”维持高，此时两个通道同时工作；

当电源需要关闭的时候，“PowerEn1”和“PowerEn2”为低，此时两个控制电电容C2和C3补充电流的通道都被断开，到C2和C3的电压被消耗低于U1关闭电压门限时，电源停止输出；VCC逐渐降低到零。

以上阐述完成整个电源开启-工作-关闭的整个循环；

本发明的功耗说明：控制电电容C2和C3的电流在10mA以内，按照最大10mA计算；三极管的放大倍数在100以上，按照100计算，则开关管的基极电流在0.1mA；那么控制三极管的基极电流为0.001mA；如果控制电平为3.3V，则控制整体功耗为3.3V*0.001mA+Vb*0.1mA约等于Vb*0.1mA；如果是两路使能分开控制，则控制功率翻倍，约等于2*Vb*0.1mA；从以上计算看出，如果电压在100V以内，则此功率都在20mW以下，对系统的整体效率影响可以忽略；尤其是当电源关闭的时候，此部分功率为零；

以上特征非常适合当前低压的小电器电源使用。

本发明的开关电源芯片U1是把开关电源的控制电路，反馈电路，时钟电路，调节电路，功率管都集成在一颗芯片里了，但是本方法不局限于这类集成的开关电源，如果用分离的元件实现，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其方法作任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

该方法不局限于实例电路中的具体电路方案，本方法中所用的开关管不局限于电路中的三极管，只要是电力电子开关器件都在此范畴。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其方法作任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种浮地开关电源的使能控制方法，包括浮地开关电源芯片、启动电流通道、控制电供电通道、开关管1、开关管2、直流电源、限流续流电路、储能电容、负载电路组成，其特征在于：通过控制浮地开关电源的启动电流回路导通和关断。

2.根据权利要求1所述的一种浮地开关电源的使能控制方法，其特征在于：在启动电流通道和控制电供电通道分别插入开关管1和开关管2，在正常工作的时候，可以通过关闭开关管1来关闭启动电流通道，从而达到控制电路功耗的目的；当需要关闭电源时，则开关管1和开关管2都要断开，从而切断开关电源的两种控制电的供电来源，从而达到关闭电源的目的。

3.根据权利要求1所述的一种浮地开关电源的使能控制方法，其特征在于：在启动电流通道和控制电供电通道的公共通道上装入一个开关管，在电源需要开启工作的时候，将开关管开启，则电源在启动电流通道的电流注入下开始启动；当需要关闭电源时，则开关管断开，从而切断开关电源的两种控制电的供电来源，从而达到关闭电源的目的。

4.根据权利要求1所述的一种浮地开关电源的使能控制方法，其特征在于：浮地开关电源芯片是把开关电源的控制电路，反馈电路，时钟电路，调节电路，功率管都集成在一个芯片。

5.根据权利要求1所述的一种浮地开关电源的使能控制方法，其特征在于：通过控制启动电流通道和控制电供电通道控制电源的持续正常工作，两个通道都是弱电流，小功率通道，经过时序合理组合，可以达到效率更高的目的。

Images