CN112994461A - Dc-dc隔离电源电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及DC‑DC隔离电源电路及其工作方法，该电路包括隔离电源单元、使能控制单元以及电压监控单元；隔离电源单元，用于隔离输入电压，并输出隔离电压至负载；电压监控单元，用于监控所述隔离电源单元所输出的隔离电压，并生成监控信号；使能控制单元，用于根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元的工作。本发明所采用的器件均为基础元件，通过简单的电压采样，电平检测电路、隔离光耦电路等，并用电容作为储能元件结合类PWM控制的思路，实现了低成本和低功耗的DC‑DC隔离电源。

Description

DC-DC隔离电源电路及其工作方法

技术领域

本发明涉及电源电路，更具体地说是指DC-DC隔离电源电路及其工作方法。

背景技术

电动汽车电池组是整车动力及供电的主要来源，为了满足某些功能安全的设计要求需要配备独立的体积小的DC12V蓄电池，但是DC12V蓄电池存在成本较高的问题，另外，还需要对该DC12V蓄电池进行补电，且DC12V蓄电池构成的电源电路虽然设置了隔离单元，但是一般都是单独采用隔离芯片进行隔离，这种成本较高，且功耗较高。

因此，有必要设计一种新的电路，实现低成本和低功耗的DC-DC隔离电源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供DC-DC隔离电源电路及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：DC-DC隔离电源电路，包括隔离电源单元、使能控制单元以及电压监控单元；所述隔离电源单元，用于隔离输入电压，并输出隔离电压至负载；所述电压监控单元，用于监控所述隔离电源单元所输出的隔离电压，并生成监控信号；所述使能控制单元，用于根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元的工作。

其进一步技术方案为：所述隔离电源单元与所述负载之间连接有储能电容组件。

其进一步技术方案为：所述储能电容组件包括储能电容C2。

其进一步技术方案为：所述隔离电源单元包括隔离变压器M1。

其进一步技术方案为：所述使能控制单元包括光耦隔离芯片U1，所述光耦隔离芯片U1与所述隔离电源单元连接；所述光耦隔离芯片U1分别与所述负载以及所述电压监控单元连接。

其进一步技术方案为：所述光耦隔离芯片U1与所述负载之间连接有稳压二极管D1。

其进一步技术方案为：所述光耦隔离芯片U1与所述电压监控单元30之间连接有电阻R4。

其进一步技术方案为：所述电压监控单元包括监控芯片U11，所述监控芯片U11设有VCC端脚、接地端脚以及复位端脚，所述VCC端脚通过电阻R10与所述负载连接，所述VCC端脚通过电容C7接地。

其进一步技术方案为：还包括电源芯片U1，所述电源芯片U1与隔离电源单元连接。

本发明还提供了DC-DC隔离电源电路的工作方法，包括：

隔离电源单元隔离输入电压，并输出隔离电压至负载；

电压监控单元监控所述隔离电源单元所输出的隔离电压，并生成监控信号；

使能控制单元根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元的工作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置隔离电源单元、使能控制单元以及电压监控单元，利用电压监控单元驱动使能控制单元对隔离电源单元的工作与否进行使能控制，所采用的器件均为基础元件，通过简单的电压采样，电平检测电路、隔离光耦电路等，并用电容作为储能元件结合类PWM控制的思路，实现了低成本和低功耗的DC-DC隔离电源。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的DC-DC隔离电源电路的示意性框图；

图2为本发明具体实施例提供的电源单元的具体电路原理图；

图3为本发明具体实施例提供的隔离电源单元的具体电路原理图；

图4为本发明具体实施例提供的使能控制单元的具体电路原理图；

图5为本发明具体实施例提供的负载的具体电路原理图；

图6为本发明具体实施例提供的电压监控单元的具体电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～6所示的具体实施例，本实施例提供的DC-DC隔离电源电路，可以运用在动力电池系统无外部独立的DC12V或DC24V蓄电池的应用需求的场景中，采用基础元件实现低成本和低功耗的DC-DC隔离电源。

在一实施例中，请参阅图1，上述的DC-DC隔离电源电路，包括隔离电源单元10、使能控制单元20以及电压监控单元30；所述隔离电源单元10，用于隔离输入电压，并输出隔离电压至负载40；所述电压监控单元30，用于监控所述隔离电源单元10所输出的隔离电压，并生成监控信号；所述使能控制单元20，用于根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元10的工作。

当系统初始上电时，隔离电源单元10被使能输出隔离所输入的电压，供负载40端使用，同时负载40和电压监控单元30进入工作状态；当负载40移除，此整个电路进入低功耗模式，隔离电源单元10被禁止工作；当隔离电压下降至某一数值时，电压监控单元30自动输出使能信号经过使能控制单元20后，隔离电源单元10重新进入工作状态，同时主控单片被电压隔离单元所输出的使能信号唤醒，输出对应的使能信号锁定使能控制单元20的输入信号为高，同时单片机检测隔离电压至5V时，关闭使能信号，使使能控制单元20的输入信号为低，以禁止隔离电源单元10工作，如果与负载40连接的主控单元检测到系统无负载40电流需求，则进入负载40移走的步骤中，如果系统彻底掉电，系统将会适时转到系统初始上电的步骤中。

在本实施例中，上述的电压监控单元30与负载40连接，利用电压监控单元30输出的信号唤醒负载40，另外，负载40还可以通过外部系统唤醒。

在一实施例中，上述的DC-DC隔离电源电路还包括所述电源芯片U1与隔离电源单元10连接。上述的电源芯片U1与隔离电源单元10之间连接有输入电容组件，输入电容组件的一端接地。

在本实施例中，输入电容组件包括但不局限于电容C1，该电容C1的容值根据实际需要选取，当然，输入电容组件可以是多个电容并联。

利用电容C1做电源系统休眠时供电维持，当隔离电压低于3V时，通过光耦隔离芯片U1输入隔离电源单元10的管脚的控制使隔离电压上升至5V，通过周期性的PWM脉冲方式使系统休眠时的平均功耗控制在至少100uA以下。

在一实施例中，请参阅图1，上述的隔离电源单元10与负载40之间连接有储能电容组件。

在本实施例中，储能电容组件包括储能电容C2，储能电容C2的容值根据实际需要选取，当然，储能电容组件可以是多个电容并联，该电容主要是用于系统休眠时休眠电流平均可以低至100uA以下的供电。

在本实施例中，负载40设有接收参考基准电压以及外部唤醒系统信号的端脚，以借助外部唤醒系统进行负载40的唤醒。

在一实施例中，上述的电源芯片U3通过初始启动电容C5连接在隔离电源单元10与使能控制单元20之间。

在一实施例中，请参阅图4，上述的使能控制单元20包括光耦隔离芯片U1，光耦隔离芯片U1与隔离电源单元10连接；光耦隔离芯片U1分别与负载40以及电压监控单元30连接。

具体地，初始启动电容C5的两端分别与光耦隔离芯片U1的两个端脚连接；光耦隔离芯片U1与隔离电源单元10连接。负载40以及电压监控单元30均通过光耦隔离芯片U1进行隔离电源单元10的使能，以进行电源的隔离。

具体地，光耦隔离芯片U1的光敏三极管的两个端脚分别与初始启动电容C5的两端连接，另外，初始启动电容C5与光敏三极管的集电极之间还连接有电阻R5连接，初始启动电容C5的一端还通过电阻R2接地，光耦隔离芯片U1的光敏三极管的发射极以及集电极之间还连接有电阻R3。与初始启动电容C5连接的光耦隔离芯片U1的端脚与隔离电源连接。

在一实施例中，请参阅图4，上述的光耦隔离芯片U1与负载40之间连接有稳压二极管D1。

在一实施例中，请参阅图4，光耦隔离芯片U1与电压监控单元30之间连接有电阻R4。

具体地，光耦隔离芯片U1的发光二极管的其中一个端脚分别与稳压二极管D1以及电阻R4连接，另外，光耦隔离芯片U1的发光二极管另一个端脚通过电阻R1与供电电源连接。

在一实施例中，上述的光耦隔离芯片U1与初始启动电容C5连接的端脚与隔离电源连接。

在本实施例中，光耦隔离芯片U1的型号为但不局限于TLP291。

在一实施例中，请参阅图2，上述的电源芯片U3的型号为但不局限于AZ1084；该电源芯片U3为低压差线性稳压器。

在本实施例中，上述的电源芯片U3的VIN端脚以及VSS端脚之间连接有电容C13，电源芯片U3的VOUT端脚与VSS端脚之间连接有电容C11以及电容发C12，其中，电容C11与电容发C12并联。

采用超低功耗的电源芯片U3产生2.5V基准电压，以输入至负载40内作为参考基准电压。

在一实施例中，请参阅图6，上述的电压监控单元30包括监控芯片U11，监控芯片U11设有VCC端脚、接地端脚以及复位端脚，VCC端脚通过电阻R10与负载40连接，VCC端脚通过电容C7接地。

上述的监控芯片U11的型号为但不局限于MAX809，另外，上述的监控芯片U11的复位端脚与电源单元10之间连接有电阻R86，监控芯片U11的VCC端脚与电源单元10之间还连接有电阻R84。电阻R4连接在电阻R86以及监控芯片U11之间。上述的监控芯片U11的接地端脚接地。

在一实施例中，请参阅图3，上述的隔离电源单元10包括隔离变压器M1。隔离变压器M1输出的隔离电压将输入主控单元40以及电压监控单元30和使能控制单元20。

上述的负载40包括主控芯片M2，该主控芯片M2的型号为SD8583S。

请参阅图2至图6，系统初始上电5V，依靠启动电容C5的充电过程，5V_EN管脚为高电平，隔离电源单元10被使能输出隔离5V电压ISO_5V，供负载40端使用，同时主控单元40及监控芯片U11进入工作状态；当隔离侧的ISO_5V负载40移除，而且没有外部唤醒信号EXt_awake_int时，此系统进入低功耗模式，隔离电源单元10被禁止工作，即5V_EN管脚为低电平，隔离侧电路的供电等于储能电容C2的电量，但是此时ISO_5V的电压是不断下降的；

当ISO_5V管脚的电压即隔离电源单元10输出的隔离电压下降至3V左右时，电压监控单元30自动输出ISO_EN1使能信号经过使能控制单元20的隔离转换，5V_EN被置高，隔离电源单元10重新进入工作状态，同时负载40被ISO_EN1使能信号唤醒，输出ISO_EN2使能信号锁定5V_EN为高，同时负载40检测ISO_5V的电压至5V时，关闭ISO_EN2使能信号使5V_EN为低以禁止隔离电源单元10工作；如果无负载40电流需求，则进入第二个步骤，如果系统彻底掉电，系统将会适时被回到第一个步骤。

具体地，当ISO_EN1端的电压低于3V，ISO_EN2为负载40输出低电平时，5V_EN为高电平，则对应的隔离电源单元10进入工作状态；当ISO_EN1端的电压低于3V，ISO_EN2为负载40输出高电平时，5V_EN为高电平，则对应的隔离电源单元10进入工作状态；当ISO_EN1端的电压高于3V直至5V电压，ISO_EN2为负载40输出低电平时，5V_EN为高电平，则对应的隔离电源单元10进入工作状态；当ISO_EN1端的电压高于3V直至5V电压，ISO_EN2为负载40输出高电平时，5V_EN为低电平，则对应的隔离电源单元10进入不工作状态；上述的5V_EN相当于图1中的DCDC_EN。

利用储能电容C1做电源系统休眠时供电维持，当ISO_5V电压低于3V时通过对5V_EN管脚的控制使ISO_5V上升至5V，通过周期性的PWM脉冲方式使系统休眠时的平均功耗控制在至少100uA以下。

上述的DC-DC隔离电源电路，通过设置隔离电源单元10、使能控制单元20以及电压监控单元30，利用电压监控单元30驱动使能控制单元20对隔离电源单元10的工作与否进行使能控制，所采用的器件均为基础元件，通过简单的电压采样，电平检测电路、隔离光耦电路等，并用电容作为储能元件结合类PWM控制的思路，实现了低成本和低功耗的DC-DC隔离电源。

在一实施例中，还提供了DC-DC隔离电源电路的工作方法，包括：

隔离电源单元10隔离输入电压，并输出隔离电压至负载40；电压监控单元30监控所述隔离电源单元10所输出的隔离电压，并生成监控信号；使能控制单元20根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元10的工作。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述DC-DC隔离电源电路的工作方法的工作方法的具体实现过程，可以参考前述的DC-DC隔离电源电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.DC-DC隔离电源电路，其特征在于，包括隔离电源单元、使能控制单元以及电压监控单元；所述隔离电源单元，用于隔离输入电压，并输出隔离电压至负载；所述电压监控单元，用于监控所述隔离电源单元所输出的隔离电压，并生成监控信号；所述使能控制单元，用于根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元的工作。

2.根据权利要求1所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述隔离电源单元与所述负载之间连接有储能电容组件。

3.根据权利要求2所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述储能电容组件包括储能电容C2。

4.根据权利要求3所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述隔离电源单元包括隔离变压器M1。

5.根据权利要求1所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述使能控制单元包括光耦隔离芯片U1，所述光耦隔离芯片U1与所述隔离电源单元连接；所述光耦隔离芯片U1分别与所述负载以及所述电压监控单元连接。

6.根据权利要求5所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述光耦隔离芯片U1与所述负载之间连接有稳压二极管D1。

7.根据权利要求6所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述光耦隔离芯片U1与所述电压监控单元之间连接有电阻R4。

8.根据权利要求7所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，所述电压监控单元包括监控芯片U11，所述监控芯片U11设有VCC端脚、接地端脚以及复位端脚，所述VCC端脚通过电阻R10与所述负载连接，所述VCC端脚通过电容C7接地。

9.根据权利要求1所述的DC-DC隔离电源电路，其特征在于，还包括电源芯片U3，所述电源芯片U3与隔离电源单元连接。

10.DC-DC隔离电源电路的工作方法，其特征在于，包括：

隔离电源单元隔离输入电压，并输出隔离电压至负载；

电压监控单元监控所述隔离电源单元所输出的隔离电压，并生成监控信号；

使能控制单元根据监控信号形成控制信号，以驱动所述隔离电源单元的工作。

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