CN112511018A - 一种开关电源故障监控电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关电源故障监控电路，包括整流器、DC‑DC转换器和MCU，整流器用于对三相交流输入电压进行整流，然后通过所述DC‑DC转换器高频变换、降压后输出，整流器与MCU之间还设置有采样检测单元，采样检测单元包括依次连接的电压采样电路、放大调理电路和比较稳定电路，MCU根据接收比较稳定电路的输出电平信号控制DC‑DC转换器工作状态，当开关电源发生故障时起到很好的保护作用，本发明通过对故障检测电路进行设计，采用电压传感器对整流器的输出电压进行实时采样，可以有效消除纹波干扰和电压源扰动对电压采样过程的影响，有效提高开关电源故障监控的准确度。

Description

一种开关电源故障监控电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，主要是一种开关电源故障监控电路。
背景技术
开关电源主要分为直流开关电源和交流开关电源，即输入为电能质量较差的直流电源或交流电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压或交流电压。其中，直流开关电源的核心是DC-DC转换器。开关电源一般由控制器MCU通过脉冲宽度调制(PWM)控制开关电源的工作状态，从而保持输出电压稳定。在使用过程中，开关电源收到外界环境腐蚀、自身电气绝缘性能和稳定等因素的影响，需要在控制电路中设计故障检测电路，从而对开关电源起到一定的故障监控作用。但开关电源在整流、逆变处理过程中经常会存在纹波干扰和电压源扰动影响，导致在对控制电路电压采样过程中存在杂波影响检测的准确度，因此开关电源故障监控的准确度有待提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种开关电源故障监控电路。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种开关电源故障监控电路，包括整流器、DC-DC转换器和MCU，所述整流器用于对三相交流输入电压进行整流，然后通过所述DC-DC转换器高频变换、降压后输出，所述整流器与所述MCU之间还设置有采样检测单元，所述采样检测单元包括依次连接的电压采样电路、放大调理电路和比较稳定电路，所述MCU根据接收比较稳定电路的输出电平信号控制所述DC-DC转换器工作状态。
优选的，所述电压采样电路包括电压传感器J1，电压传感器J1的引脚1连接电阻R1、R2、电容C1的一端，电压传感器J1的引脚2与电阻R1、电容C1的另一端并联接地，电阻R2的另一端连接电容C2的一端、三极管VT1的集电极和MOS管Q1的栅极，电容C2的另一端接地，三极管VT1的发射极连接+5V电源，三极管VT1的基极连接MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极通过电阻R3接地，并通过电容C3连接所述放大调理电路的输入端。
优选的，所述放大调理电路包括运放器U1A，运放器U1A的反相输入端通过电阻R4连接所述电压采样电路的输出端，运放器U1A的同相输入端连接电阻R6、电容C4的一端，并通过电阻R5接地，运放器U1A的输出端连接电阻电阻R7、电容C5的一端和三极管VT2的基极，三极管VT2的集电极与电阻R7的另一端连接+5V电源，三极管VT2的发射极连接电阻R6、电容C4、C5的另一端，并通过电容C6连接所述比较稳定电路的输入端。
优选的，所述比较稳定电路包括运放器U1B，运放器U1B的反相输入端连接所述放大调理电路的输出端，运放器U1B的同相输入端连接电阻R8的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R8的另一端连接+10V电源，稳压二极管DZ1的阳极接地，运放器U1B的输出端连接运放器U2A的同相输入端，运放器U2A的反相输入端通过电容C7连接运放器U2A的输出端和MCU的电压检测端口。
优选的，所述三相交流输入电压与所述整流器之间还设置有EMI滤波器。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：
1.本发明通过对故障检测电路进行设计，采用电压传感器J1对整流器的输出电压进行实时采样，利用π型RC滤波电路原理对采样信号进行降噪处理，降低纹波电压的干扰；
2.放大调理电路中采用阻容反馈对运放器U1A的输出信号进行补偿，有效消除电压源扰动对采样信号的干扰，起到很好的稳定作用。有效提高开关电源故障监控的准确度；
3.运放器U1B利用比较器原理对放大调理电路的输出信号进行比较输出，MCU根据接收比较稳定电路的输出电平信号控制DC-DC转换器工作状态，当开关电源发生故障时起到很好的保护作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明电压采样电路原理图。
图3为本发明放大调理电路原理图。
图4为本发明比较稳定电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图4对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
如图1所示，一种开关电源故障监控电路，包括整流器、DC-DC转换器和MCU，整流器用于对三相交流输入电压进行整流，然后通过DC-DC转换器高频变换、降压后输出。三相交流输入电压与整流器之间还设置有EMI滤波器，对三相交流输入电压存在的高频干扰具有很好的抑制作用。具体使用时，将三相交流输入电压设置为交流690V输入，经EMI滤波器滤波和整流器进行三相整流后变为直流960V输出，再经DC-DC转换器高频变换、降压后输出400V直流电压。
为了提高开关电源故障监控的准确度，在整流器与MCU之间设置有采样检测单元，采样检测单元包括依次连接的电压采样电路、放大调理电路和比较稳定电路，MCU根据接收比较稳定电路的输出电平信号控制DC-DC转换器工作状态。
如图2所示，电压采样电路包括电压传感器J1，电压传感器J1用于对三相整流后输出电压进行采样。电压传感器J1的引脚1连接电阻R1、R2、电容C1的一端，电压传感器J1的引脚2与电阻R1、电容C1的另一端并联接地，电阻R2的另一端连接电容C2的一端、三极管VT1的集电极和MOS管Q1的栅极，电容C2的另一端接地，三极管VT1的发射极连接+5V电源，三极管VT1的基极连接MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极通过电阻R3接地，并通过电容C3连接放大调理电路的输入端。其中，电压传感器J1输出的采样信号首先送入由电容C1、C2、电阻R2形成的π型RC滤波电路中进行降噪处理，降低纹波电压的干扰。然后采用三极管VT1与MOS管Q1形成组合放大管对采样信号进行放大，由于MOS管自身具有良好的温度特性，在提高放大效率的同时降低采样信号中的温度噪声，从而有效提高电压采样的准确度。
为了避免开关电源内部控制电路中存在扰动干扰采样信号的稳定性，将MOS管Q1的输出信号经电容C3耦合后送入放大调理电路中进行调节。如图3所示，放大调理电路包括运放器U1A，运放器U1A的反相输入端通过电阻R4连接电压采样电路的输出端，运放器U1A的同相输入端连接电阻R6、电容C4的一端，并通过电阻R5接地，运放器U1A的输出端连接电阻电阻R7、电容C5的一端和三极管VT2的基极，三极管VT2的集电极与电阻R7的另一端连接+5V电源，三极管VT2的发射极连接电阻R6、电容C4、C5的另一端，并通过电容C6连接比较稳定电路的输入端。其中三极管VT2在运放器U1A的输出端形成射极跟随器，提高采样信号的驱动能力，同时在运放器U1A的放大过程中，电阻R6与电容C4形成阻容反馈对运放器U1A的输出信号进行补偿，有效消除电压源扰动对采样信号的干扰，起到很好的稳定作用。
如图4所示，放大调理电路的输出信号送入比较稳定电路中进行电位比较，比较稳定电路包括运放器U1B，运放器U1B的反相输入端连接放大调理电路的输出端，运放器U1B的同相输入端连接电阻R8的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R8的另一端连接+10V电源，稳压二极管DZ1的阳极接地，运放器U1B的输出端连接运放器U2A的同相输入端，运放器U2A的反相输入端通过电容C7连接运放器U2A的输出端和MCU的电压检测端口。其中，运放器U1B利用比较器原理对放大调理电路的输出信号进行比较输出，+10V电源电位作为运放器U1B同相输入端的预设安全电位值，稳压二极管DZ1对预设安全电位值起到稳定作用。运放器U2A对运放器U1B的输出电平信号隔离输出到MCU中，提高电压采样检测的稳定度。
本发明在具体使用时，当整流器后输出电压在1000V以内时，电压传感器J1的采样信号经处理后输入到运放器U1B反相输入端的电位值小于预设安全电位值，因此运放器U1B输出高电平信号，此高电平信号经运放器U2A隔离输出后送入MCU中，MCU在接收到高电平信号后控制DC-DC转换器正常工作；反之，当整流器后输出电压高于1000V时，运放器U1B反相输入端的电位值大于预设安全电位值，从而输出低电平信号，MCU在接收到低电平信号后控制DC-DC转换器停止工作、截断输出，从而在开关电源发生故障时起到很好的保护作用。其中，上述具体电压数值根据三相交流输入电压值对应设置，上述实施例不能认定本发明具体实施仅局限于此。
综上所述，本发明通过对故障检测电路进行设计，采用电压传感器J1对整流器的输出电压进行实时采样，利用π型RC滤波电路原理对采样信号进行降噪处理，降低纹波电压的干扰；放大调理电路中采用阻容反馈对运放器U1A的输出信号进行补偿，有效消除电压源扰动对采样信号的干扰，起到很好的稳定作用；运放器U1B利用比较器原理对放大调理电路的输出信号进行比较输出，MCU根据接收比较稳定电路的输出电平信号控制DC-DC转换器工作状态，当开关电源发生故障时起到很好的保护作用。电路设计简单巧妙，可以有效消除纹波干扰和电压源扰动对电压采样过程的影响，有效提高开关电源故障监控的准确度。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种开关电源故障监控电路，其特征在于：包括整流器、DC-DC转换器和MCU，所述整流器用于对三相交流输入电压进行整流，然后通过所述DC-DC转换器高频变换、降压后输出，所述整流器与所述MCU之间还设置有采样检测单元，所述采样检测单元包括依次连接的电压采样电路、放大调理电路和比较稳定电路，所述MCU根据接收比较稳定电路的输出电平信号控制所述DC-DC转换器工作状态。
2.根据权利要求1所述的开关电源故障监控电路，其特征在于：所述电压采样电路包括电压传感器J1，电压传感器J1的引脚1连接电阻R1、R2、电容C1的一端，电压传感器J1的引脚2与电阻R1、电容C1的另一端并联接地，电阻R2的另一端连接电容C2的一端、三极管VT1的集电极和MOS管Q1的栅极，电容C2的另一端接地，三极管VT1的发射极连接+5V电源，三极管VT1的基极连接MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极通过电阻R3接地，并通过电容C3连接所述放大调理电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的开关电源故障监控电路，其特征在于：所述放大调理电路包括运放器U1A，运放器U1A的反相输入端通过电阻R4连接所述电压采样电路的输出端，运放器U1A的同相输入端连接电阻R6、电容C4的一端，并通过电阻R5接地，运放器U1A的输出端连接电阻电阻R7、电容C5的一端和三极管VT2的基极，三极管VT2的集电极与电阻R7的另一端连接+5V电源，三极管VT2的发射极连接电阻R6、电容C4、C5的另一端，并通过电容C6连接所述比较稳定电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的开关电源故障监控电路，其特征在于：所述比较稳定电路包括运放器U1B，运放器U1B的反相输入端连接所述放大调理电路的输出端，运放器U1B的同相输入端连接电阻R8的一端和稳压二极管DZ1的阴极，电阻R8的另一端连接+10V电源，稳压二极管DZ1的阳极接地，运放器U1B的输出端连接运放器U2A的同相输入端，运放器U2A的反相输入端通过电容C7连接运放器U2A的输出端和MCU的电压检测端口。
5.根据权利要求1所述的开关电源故障监控电路，其特征在于：所述三相交流输入电压与所述整流器之间还设置有EMI滤波器。
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