发明内容
本发明的目的在于提供一种直流电压转换器的平稳启动系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种直流电压转换器的平稳启动系统,包括:误差放大器、反馈电路、软启动电路、锁定比较电路、输入控制电路和偏置电压源;
所述误差放大器与所述软启动电路和反馈电路连接,用于放大误差信号;
所述软启动电路与所述反馈电路和所述误差放大器连接,用于逐渐增加电压;
所述反馈电路分别与所述误差放大器、软启动电路、输入控制电路以及锁定比较电路连接,用于进行稳压;
所述输入控制电路分别与所述反馈电路、锁定比较电路和偏置电压源连接,用于接收外部控制信号并根据所述外部控制信号控制所述软启动电路,以及控制所述偏置电压源的开启与关闭;
所述偏置电压源与所述输入控制电路连接,用于将输入电压转换为内部电源电压,根据所述输入控制电路的电压源控制信号进行开启与关闭;
所述锁定比较电路与所述反馈电路和所述输入控制电路连接,用于将给定的参考电压与外部控制信号进行比较。
优选地,所述反馈电路包括:第一晶体管和第二晶体管;所述误差放大器的第一输入端连接第一参考电压,第二输入端通过所述第一晶体管连接到所述软启动电路和电线接地端,所述误差放大器的输出端连接脉冲宽度比较器,所述误差放大器接收所述第一参考电压和所述软启动电路的输入向所述脉冲宽度比较器进行输出,通过还输出反馈电压,并且所述误差放大器在向所述脉冲宽度比较器进行输出时,还通过所述第二晶体管连接到电线接地端。
优选地,所述误差放大器是带有附加输入的误差放大器,在所述误差放大器的输出端还连接补偿电路的外部端子。
优选地,所述软启动电路包括:电流源和电容器;所述电流源和所述电容器决定了软启动时间。
优选地,所述锁定比较电路包括:阻塞比较器、逻辑NOR2元件和逆变器;所述阻塞比较器的反向输入端接收外部信号,所述阻塞比较器的正向输入端接入第二参考电压,通过所述阻塞比较器将反向输入端接收的外部信号的电压与所述第二参考电压进行比较,得到比较结果,并根据所述比较结果向所述逻辑NOR2元件输出高电平;所述逆变器的输入连接到所述逻辑NOR2元件的输出,所述逆变器的输出连接到所述反馈电路上;所述逻辑NOR2元件有两个输入端,一个与所述阻塞比较器的输出端连接,另一个与所述输入控制电路连接。
优选地,所述输入控制电路包括:内部电源,触发器,直流电源和开关;所述内部电源与所述触发器连接,为所述触发器提供电能,所述触发器包括:一号输入端、二号输入端、输出端和向输出端,所述触发器的反向输出端连接到所述锁定比较电路中的逻辑NOR2元件,为所述逻辑NOR2元件提供输入,所述触发器的输出端连接到所述偏置电压源的输入端,用于控制所述偏置电压源;所述触发器的一号输入端用于接收所述外部信号;所述触发器的二号输入端通过INV接收所述外部信号的反相信号;所述直流电源通过所述开关与所述触发器连接,在所述偏置电压源关闭时,所述触发器的反向输出端通过高电平信号将所述开关开启或关闭,并将所述直流电源连接到所述内部电源;所述直流电源还与所述锁定比较电路中逆变器以及所述反馈电路中第一晶体管与第二晶体管的栅极连接。
优选地,所述逆变器为改进型逆变器,在所述逆变器中引入二极管,所述二极管的阳极连接到PMOS晶体管的漏极,所述二极管的阴极连接到所述逆变器的输出端。
优选地,所述阻塞比较器将反向输入端接收的外部信号的电压与所述第二参考电压进行比较,得到比较结果,包括:
通过下述公式计算将外部信号的电压与所述第二参考电压进行比较的比较值;
上述公式中,T表示比较值,sgn表示符号函数,exp表示对数函数,a表示反向输入端的电压,b表示第二参考电压,c表示预设参数;
根据所述比较值确定比较结果;当比较值T的值为0时,比较结果为反向输入端的电压与第二参考电压相等,当比较值T的值为-1时,比较结果为反向输入端的电压比第二参考电压低;当比较值T的值为1时,比较结果为反向输入端的电压比第二参考电压高。
优选地,所述电容器在每次完成充电后获得所述电容器的容量,然后根据如下公式进行检测:
上述公式中,Gi表示第i次监测值,π表示常数,k表示静电力常量,Ci表示第i次获得所述电容器的容量,Ci-1表示第i次获得所述电容器的容量;
如果第i次监测值Gi出现非零常数之后则表示所述电容器出现异常,需进一步进行安全确定。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
如图2所示,本发明实施例提供的一种直流电压转换器的平稳启动系统,包括:误差放大器U1、反馈电路、软启动电路、锁定比较电路、输入控制电路U2和偏置电压源U3;
所述误差放大器U1与所述软启动电路和反馈电路连接,用于放大误差信号;
所述软启动电路与所述反馈电路和所述误差放大器连接,用于逐渐增加电压;
所述反馈电路分别与所述误差放大器U1、软启动电路、输入控制电路U2以及锁定比较电路连接,用于进行稳压;
所述输入控制电路U2分别与所述反馈电路、锁定比较电路和偏置电压源U3连接,用于接收外部控制信号并根据所述外部控制信号控制所述软启动电路,以及控制所述偏置电压源的开启与关闭;
所述偏置电压源U3与所述输入控制电路U2连接,用于将输入电压转换为内部电源电压,根据所述输入控制电路U2的电压源控制信号进行开启与关闭;
所述锁定比较电路与所述反馈电路和所述输入控制电路U2连接,用于将给定的参考电压与外部控制信号进行比较。
上述技术方案所述的直流电压转换器的平稳启动系统,在电路接通时,外部信号输向输入控制电路和锁定比较电路,输入控制电路根据外部控制信号控制偏置电压源U3开启还是关闭,同时还控制软启动电路是否进行放电;锁定比较电路将第二参考电压与外部控制信号进行比较,在外部控制信号小于第二参考电压时,控制软启动电路进行放电;输入控制电路U2和锁定比较电路输出的对软启动电路的控制信号通过反馈电路被软启动电路执行,并且软启动电路和反馈电路还与误差放大器U1连接,通过误差放大器U1进行反馈。
上述技术方案在电路接通时通过软启动电路进行放电中和浪涌电流,使得电路平稳,从而避免输入电流过载,避免稳定器输出电压跳变,而且在电路接通后,通过输入控制电路U2和锁定比较电路能够对接通之后的外部控制信号进行自动化判断从而使得随时针对浪涌现象进行处理与做出反馈,从而使得直流电压转换器在电路接通时更加平稳。此外,在电路中形成多个反馈回来使得在平稳启动时消除负面效应,从而达到理想的电路启动效果。
本发明提供的一个实施例中,基于上述实施例,所述反馈电路包括:第一晶体管MOSFET1和第二晶体管MOSFET2;所述误差放大器U1的第一输入端连接第一参考电压Vref1,第二输入端通过所述第一晶体管MOSFET1连接到所述软启动电路和电线接地端GND,所述误差放大器U1的输出端连接脉冲宽度比较器PWM,所述误差放大器U1接收所述第一参考电压Vref1和所述软启动电路的输入向所述脉冲宽度比较器PWM进行输出,通过还输出反馈电压FB,并且所述误差放大器U1在向所述脉冲宽度比较器PWM进行输出时,还通过所述第二晶体管MOSFET2连接到电线接地端GND。
上述技术方案中,反馈电路包括第一晶体管MOSFET1和第二晶体管MOSFET2,误差放大器U1的第一输入端连接第一参考电压Vref1,软启动电路和第一晶体管MOSFET1共同连接在误差放大器U1的第儿输入端,而且第一晶体管MOSFET1的另一端连接电线接地端GND,根据误差放大器U1的第一输入端和第二输入端输入的信号通过误差放大器U1进行处理将输出信息输向脉冲宽度比较器PWM和第二晶体管MOSFET2,并且第二晶体管MOSFET2连接到电线接地端GND。
上述技术方案通过第一晶体管MOSFET1和第二晶体管MOSFET2连接电线接地端GND能够确保在发生漏电情况时,将泄漏的电流引入大地,避免直流电压转换器被强电荷损伤,保障直流电压转换器正常工作,同时还能避免发生人员触电事故的发生,提高安全保障。并且通过第一晶体管MOSFET1和第二晶体管MOSFET2利用电信号来控制自身的开合,实现检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等目的,使得直流电压转换器能够平稳启动。
本发明提供的一个实施例中,基于上述实施例,所述误差放大器U1是带有附加输入的误差放大器,在所述误差放大器U1的输出端还连接补偿电路的外部端子COMP。
上述技术方案中误差放大器U1的输出端向脉冲宽度比较器PWM输出以及通过第二晶体管MOSFET2连接到电线接地端GND时,还连接补偿电路的外部端子COMP。
上述技术方案通过将误差放大器U1与补偿电路的外部端子连接使得能够根据误差放大器U1的输出信号进行电容器补偿,从而避免电容器Css无法及时补充电能,影响正常使用。
本发明提供的一个实施例中,基于上述实施例,所述软启动电路包括:电流源Iss和电容器Css;所述电流源Iss和所述电容器Css决定了软启动时间。
上述技术方案中软启动电路的软启动时间由软启动电路中的电流源Iss和电容器Css决定。
上述技术方案通过软启动电路中的电流源Iss和电容器Css决定软电路的软启动时间使得软启动电路在启动时根据电流源和电容器产生逐渐增加的电压。
本发明提供的一个实施例中,基于上述实施例,所述锁定比较电路包括:阻塞比较器U4、逻辑NOR2元件U5和逆变器U6;所述阻塞比较器U4的反向输入端接收外部信号EN,所述阻塞比较器U4的正向输入端接入第二参考电压Vref2,通过所述阻塞比较器U4将反向输入端接收的外部信号EN的电压与所述第二参考电压Vref2进行比较,得到比较结果,并根据所述比较结果向所述逻辑NOR2元件U5输出高电平;所述逆变器U6的输入连接到所述逻辑NOR2元件U5的输出,所述逆变器U6的输出连接到所述反馈电路上;所述逻辑NOR2元件U5有两个输入端,一个与所述阻塞比较器U4的输出端连接,另一个与所述输入控制电路连接。
上述技术方案的锁定比较电路中包括:阻塞比较器U4、逻辑NOR2元件U5和逆变器U6,阻塞比较器U4的正向输入端接入第二参考电压Vref2,反向输入端接收外部信号EN,阻塞比较器U4根据第二参考电压Vref2和外部信号EN进行比较,当外部信号EN的电压降至低于第二参考电压的电平时,阻塞比较器U4输出变为高电平,阻塞比较器U4的输出输向逻辑NOR2元件U5,逻辑NOR2元件U5的另一个输入连接到输入控制电路U2上,逻辑NOR2元件U5的输出连接逆变器U6的输入。
上述技术方案通过阻塞比较器U4使得能够对外部接入的信号导致的浪涌比较判断处理从而做出反馈,进而能够使得直流电压转换器针对浪涌现象做出应对,使得直流电压转换器平稳启动。
本发明提供的一个实施例中,基于上述实施例,所述输入控制电路包括:内部电源Us,触发器Rs,直流电源I1和开关SW1;所述内部电源Us与所述触发器Rs连接,为所述触发器Rs提供电能,所述触发器Rs包括:一号输入端S、二号输入端R、输出端Q和向输出端
所述触发器Rs的反向输出端
连接到所述锁定比较电路中的逻辑NOR2元件U5,为所述逻辑NOR2元件U5提供输入,所述触发器Rs的输出端Q连接到所述偏置电压源U3的输入端,用于控制所述偏置电压源U3;所述触发器Rs的一号输入端S用于接收所述外部信号EN;所述触发器Rs的二号输入端R通过INV接收所述外部信号EN的反相信号;所述直流电源I1通过所述开关SW1与所述触发器Rs连接,在所述偏置电压源U3关闭时,所述触发器Rs的反向输出端
通过高电平信号将所述开关SW1开启或关闭,并将所述直流电源I1连接到所述内部电源Us;所述直流电源I1还与所述锁定比较电路中逆变器U6以及所述反馈电路中第一晶体管MOSFET1与第二晶体管MOSFET2的栅极连接。
上述技术方案在输入控制电路中包括内部电源Us,触发器Rs,直流电源I1和开关SW1,其中,触发器Rs包括一号输入端S、二号输入端R、输出端Q和向输出端
外部信号EN反相信号通过INV输入触发器Rs的二号输入端R,外部信号EN输入触发器Rs的一号输入端S,触发器Rs的输出端Q连接偏置电压源U3,触发器Rs的反向输出端
连接到所述锁定比较电路中的逻辑NOR2元件U5还连接开关SW1;此外,触发器Rs还与内部电源Us连接,通过开关SW1与直流电源I1连接,而直流电源I1不仅还连接到内部电源Us上,还和锁定比较电路中逆变器U6以及反馈电路中第一晶体管MOSFET1与第二晶体管MOSFET2的栅极连接。
上述技术方法通过输入控制电路根据外部信号EN进行控制,从而使得软启动电路能够在出现浪涌电流或者输入电路过载时进行放电,从而避免问底器出现电压跳变,使得电路平稳。而且通过触发器Rs能够更好的协调控制,使得能够准确消除稳定器输出电压跳变状况。
本发明提供的一个实施例中,基于上述实施例,所述逆变器U6为改进型逆变器,在所述逆变器中引入二极管D1,所述二极管D1的阳极连接到PMOS晶体管的漏极,所述二极管D1的阴极连接到所述逆变器U6的输出端。
上述技术方案针对逆变器进行改进,在逆变器中增加一个二极管D1,使得二极管D1的阳极与PMOS晶体管的漏极连接,二极管的阴极与输出端连接。
上述技术方案通过在逆变器中引入二极管消除直流电源的不良路径,避免直流电源无法正常使用。
如图3所示,当接通外部信号EN时,如果外部信号EN的电压逐渐增加并且不小于触发器Rs的阈值电压,通过触发器Rs的输出端Q输出的高电平信号打开偏置电压源U3,在触发器Rs的反输出端
通过低电平打开开关SW1,使得直流电源I1断开。如果外部信号EN的电压高于第二参考电压,阻塞比较器U4的输出变低,此时将逻辑NOR2元件U5的输出切换为高电平,使第一晶体管MOSFET1和第二晶体管MOSFET2关闭,电流源Iss对电容器Css进行充电,误差放大器U1输出端的电压逐渐增加,使得直流电压转换器输出端的电压也逐渐增加。当停止外部信号EN时,如果外部信号EN的电压小于第二参考电压,阻塞比较器U4的输出端产生一个高电平信号,通过高电平信号接通第一晶体管MOSFET1和第二晶体管MOSFET2,使得电容器Css通过第一晶体管MOSFET1开始放电,第二晶体管MOSFET2使得误差放大器U1的输出短路到地,从而使得直流电压转换器输出端的电压很低。当外部信号EN的电压小于触发器Rs的阈值电压时,触发器Rs的输出端输出低电平信号关闭偏置电压源U3。
根据外部信号EN的上升或者下降速率和频率会对平稳要求高低不同,如果外部信号EN衰减的太快则触发器Rs会出现在电容器Css通过第一晶体管MOSFET1进行放电之前就关闭偏置电压源U3,而电容器Css的电压电平将保持不变或者高于第一参考电压Vref1,此时,在偏置电压源U3关闭时,通过触发器Rs的反相输出端
输出高电平信号将开关SW1闭合,将直流电源I1接到内部电源Us,从而使得即使关闭偏置电压源U3直流电源I1也会使得电容器Css完全放电。此外,通过二极管D1能够消除直流电源I1的不良路径,从而确保无论外部信号EN的上升或者下降速率和频率快或者慢都能够使得平稳启动,扩大了应用范围。
本发明提供的一个实施例中,所述阻塞比较器U4将反向输入端接收的外部信号EN的电压与所述第二参考电压进行比较,得到比较结果,包括:
通过下述公式计算将外部信号的电压与所述第二参考电压进行比较的比较值;
上述公式中,T表示比较值,sgn表示符号函数,exp表示对数函数,a表示反向输入端的电压,b表示第二参考电压,c表示预设参数;
根据所述比较值确定比较结果;当比较值T的值为0时,比较结果为反向输入端的电压与第二参考电压相等,当比较值T的值为-1时,比较结果为反向输入端的电压比第二参考电压低;当比较值T的值为1时,比较结果为反向输入端的电压比第二参考电压高。
上述技术方案在通过阻塞比较器得到反向输入端的电压与第二参考电压的比较结果时,按照公式
表示的规则进行计算比较值,然后根据比较值得到比较结果。上述技术方案能够在反向输入端的电压与第二参考电压存在较小差距时也能够准确地得到比较值,提高了比较结果的准确性,而且通过符号函数sgn能够明确将反向输入端的电压与第二参考电压之间的关系分为三中情况,能够直观表达比较结果,并且,电压的在数值上通常会存在两位小数,在这里将预设参数取3,一般情况下就能够准确得到比较值了,当然预设参数的取值是越大越好,但是预设参数的取值越大也会提升比较值计算的难度,同时也会提高计算出错概率,所以适用即可。
本发明提供的一个实施例中,所述电容器Css在每次完成充电后获得所述电容器Css的容量,然后根据如下公式进行检测:
上述公式中,Gi表示第i次监测值,π表示常数,k表示静电力常量,Ci表示第i次获得所述电容器的容量,Ci-1表示第i次获得所述电容器的容量;
如果第i次监测值Gi出现非零常数之后则表示所述电容器出现异常,需进一步进行安全确定。
上述技术方案在电容器每次完成充电之后获得电容器的容量,然后根据获取的电容器的容量以及上一次获取的电容器的容量进行判断,使得能够根据电容器的饱和时的容量变化及时发现电容器的变化,从而及时发现电容器的异常,避免影响电容器发挥作用,以及避免因为电容器的作用无法达到目标状况而削减平稳启动的效果,同时还能够通过检测在电容器异常时提醒先关工作人员进一步进行安全排查,从而能够及时发现危险状况,提高安全保障。
本领域技术人员应当理解的是,本发明中的第一、第二仅仅指的是不同应用阶段而已。
本领域技术客户员在考虑说明书及实践这里公开的公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。