CN113472048A - 一种开关机控制系统和开关电源供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关机控制系统和开关电源供电系统，以避免后级负载工作在欠压状态。该开关机控制系统包括：开关控制电路和第一可控开关Q1；第一可控开关Q1串联在开关电源的输出端与后级负载之间，所述开关电源的输出端还经储能单元缓启/放电电路接储能单元；所述开关控制电路分别连接第一可控开关Q1的控制端和所述储能单元，用于获取储能单元电压V2，在V2≥第一阈值Vmax时，控制第一可控开关Q1闭合，在V2＜第二阈值Vmin时，控制第一可控开关Q1断开；其中Vmax＞Vmin≥所述后级负载的工作电压范围的下限。

Description

一种开关机控制系统和开关电源供电系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种开关机控制系统和开关电源供电系统。

背景技术

如图1所示，开关电源启机后，对后级负载(例如电动机断路器)供电，同时还通过储能单元缓启/放电电路对储能单元(例如电容池)充电，储能单元电压V2缓慢上升。当后级负载需要瞬时大功率时，储能单元通过储能单元缓启/放电电路对外放电，协同开关电源共同为后级负载供电，此时后级负载供电电压V1会被拉低到储能单元缓启/放电电路的放电电压，而储能单元缓启/放电电路的拓扑结构决定了该放电电压基本等于储能单元电压V2，所以如果此时储能单元电压V2低于后级负载工作电压范围的下限，则后级负载将工作在欠压状态。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种开关机控制系统和开关电源供电系统，以避免后级负载工作在欠压状态。

一种开关机控制系统，包括：开关控制电路和第一可控开关Q1；

第一可控开关Q1串联在开关电源的输出端与后级负载之间，所述开关电源的输出端还经储能单元缓启/放电电路接储能单元；

所述开关控制电路分别连接第一可控开关Q1的控制端和所述储能单元，用于获取储能单元电压V2，在V2≥第一阈值Vmax时，控制第一可控开关Q1闭合，在V2＜第二阈值Vmin时，控制第一可控开关Q1断开；其中Vmax＞Vmin≥所述后级负载的工作电压范围的下限。

可选的，所述开关控制电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压管ZD1、第二稳压管ZD2、第三稳压管ZD3、第一电容C1、自锁启动电路和自锁电路；

所述储能单元依次经过第一电阻R1、第一稳压管ZD1的阴极、第一稳压管ZD1的阳极和所述自锁启动电路接入所述开关电源的负极；

所述储能单元还依次经过第二电阻R2、第二稳压管ZD2的阴极、第二稳压管ZD2的阳极和所述自锁电路接入第一可控开关Q1的控制端和第三稳压管ZD3的阴极，第三稳压管ZD3的阳极接所述开关电源的负极；

第一电容C1连接在第二稳压管ZD2的阳极和第三稳压管ZD3的阳极之间；

所述自锁启动电路用于在储能单元电压V2达到第一稳压管ZD1的反向击穿电压时通电，并向自锁电路发出启动信号；

第二稳压管ZD2与第三稳压管ZD3的反向击穿电压之和小于第一稳压管ZD1的反向击穿电压；所述自锁电路用于在接收到所述启动信号时保持持续通电，直至第二稳压管ZD2和第三稳压管ZD3恢复反向截止时才断路。

可选的，所述开关控制电路还包括：连接在第二稳压管ZD2的阳极和第三稳压管ZD3的阳极之间的第四稳压管ZD4。

可选的，所述自锁启动电路包括：二极管D1、第二电容C2、第二可控开关Q2和第三电阻R3；

二极管D1的阳极接第一稳压管ZD1的阳极，二极管D1的阴极经第二电容C2接开关电源的负极；

自锁启动电路的启动信号输出引脚依次经过第三电阻R3和第二可控开关Q2接开关电源的负极，第二可控开关Q1的控制端接收第二电容C2两端电压。

可选的，第二可控开关Q2为光耦、MOS管、三极管或IGBT。

可选的，所述自锁启动电路还包括：并联在第二电容C2上的第四电阻R4，第四电阻R4为防静电电阻。

可选的，所述自锁启动电路还包括：并联在第二电容C2上的第五稳压管ZD5，第五稳压管ZD5起到稳定第二可控开关Q2驱动电压的作用。

可选的，所述自锁电路包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4、PNP三极管Q4和NPN三极管Q3；

第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和第三电容C3的一端连接在一起作为所述自锁电路的电能输入端；

第五电阻R5的另一端接PNP三极管Q4的发射极；

第六电阻R6的另一端接PNP三极管Q4的基极；

第三电容C3的另一端经第八电阻R8接NPN三极管Q3的集电极；

PNP三极管Q4的集电极经第七电阻R7接第四电容C4的一端、第九电阻R9的一端和NPN三极管Q3的基极；

第四电容C4的另一端、第九电阻R9的另一端和NPN三极管Q3的发射极连接在一起作为所述自锁电路的电能输出端。

可选的，所述第一可控开关Q1为MOS管或IGBT。

一种开关电源供电系统，包括：开关电源、储能单元缓启/放电电路、储能单元，以及上述任一种开关机控制系统；

所述开关电源的输出端经所述开关机控制系统中的第一可控开关Q1接后级负载，所述开关电源的输出端还经所述储能单元缓启/放电电路接所述储能单元。

从上述的技术方案可以看出，本发明对后级负载的供电回路进行通断控制，只有当储能单元电压V2≥Vmax时才接通后级负载的供电回路，当V2＜Vmin时切断后级负载的供电回路，这样当储能单元协同开关电源共同为后级负载供电时，后级负载就不会陷入欠压状态。而且，电压滞环区间[Vmin，Vmax)的存在也避免了储能单元电压V2波动时造成后级负载的供电回路频繁进行开通/关断状态切换，提高供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为现有技术公开的一种对后级负载供电方案示意图；

图2为本发明实施例公开的一种开关机控制系统结构示意图；

图3为图2所示开关机控制系统中的开关控制电路结构示意图；

图4为图2所示开关机控制系统中的又一种开关控制电路结构示意图；

图5为开关控制电路中的自锁启动电路结构示意图；

图6为开关控制电路中的又一种自锁启动电路结构示意图；

图7为开关控制电路中的又一种自锁启动电路结构示意图。

具体实施方式

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，本领域普通技术人员在没有做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。

参见图2，本发明实施例公开了一种开关机控制系统，包括：开关控制电路和第一可控开关Q1；

第一可控开关Q1串联在开关电源的输出端与后级负载之间，所述开关电源的输出端还经储能单元缓启/放电电路接储能单元；

所述开关控制电路分别连接第一可控开关Q1的控制端和所述储能单元，用于获取储能单元电压V2，在V2≥第一阈值Vmax时，控制第一可控开关Q1闭合，从而接通所述后级负载的供电回路，在V2＜第二阈值Vmin时，控制第一可控开关Q1断开，从而切断所述后级负载的供电回路；其中Vmax＞Vmin≥所述后级负载的工作电压范围的下限。

具体的，本发明实施例对后级负载的供电回路进行通断控制，只有当储能单元电压V2≥Vmax时才接通后级负载的供电回路，当V2＜Vmin时切断后级负载的供电回路，这样当储能单元协同开关电源共同为后级负载供电时，后级负载就不会陷入欠压状态。而且，电压滞环区间[Vmin，Vmax)的存在也避免了储能单元电压V2波动时造成后级负载的供电回路频繁进行开通/关断状态切换，提高供电可靠性。Vmax和Vmin的具体数值可以根据需要设置。

另外，当后级负载短路时，电压拉低为零，则开关控制电路就会控制第一可控开关Q1断开，从而还能够起到短路保护功能。

可选的，所述开关控制电路可采用如图3所示拓扑结构实现，包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压管ZD1、第二稳压管ZD2、第三稳压管ZD3、第一电容C1、自锁启动电路和自锁电路；

所述储能单元依次经过第一电阻R1、第一稳压管ZD1的阴极、第一稳压管ZD1的阳极和所述自锁启动电路接入所述开关电源的负极；

所述储能单元还依次经过第二电阻R2、第二稳压管ZD2的阴极、第二稳压管ZD2的阳极和所述自锁电路接入第一可控开关Q1的控制端和第三稳压管ZD3的阴极，第三稳压管ZD3的阳极接所述开关电源的负极；

第一电容C1连接在第二稳压管ZD2的阳极和第三稳压管ZD3的阳极之间；

所述自锁启动电路用于在储能单元电压V2达到第一稳压管ZD1的反向击穿电压时通电，并向自锁电路发出启动信号；

所述自锁电路用于在接收到所述启动信号时保持持续通电(即自锁电路进入自锁状态)，直至第二稳压管ZD2和第三稳压管ZD3恢复反向截止时才断路；第二稳压管ZD2与第三稳压管ZD3的反向击穿电压之和小于第一稳压管ZD1的反向击穿电压，第一稳压管ZD1的反向击穿电压等于Vmax，第二稳压管ZD2与第三稳压管ZD3的反向击穿电压之和等于Vmin。

自锁启动电路发送启动信号以及自锁电路接收启动信号的引脚记作Pro引脚。图3所示开关控制电路的工作原理如下(自锁电路导通后的两端压降相比第二稳压管ZD2、第三稳压管ZD3的反向击穿电压非常小，可以忽略不计)：

当储能单元电压V2(即储能单元相对开关电源负极的电压)增至第一稳压管ZD1的反向击穿电压Vmax时，稳压管ZD1被反向击穿，此时自锁启动电路通电；自锁启动电路通电后开始工作，向自锁电路发出启动信号。由于第二稳压管ZD2和第三稳压管ZD3的反向击穿电压之和Vmin小于第一稳压管ZD1的反向击穿电压Vmax，所以在自锁电路接收到所述启动信号前第二稳压管ZD2早已被反向击穿，第二稳压管ZD2被反向击穿后第一电容C1被充电，等到自锁电路接收到所述启动信号时自锁电路开通同时第三稳压管ZD3也被反向击穿，自锁电路开通后自动保持持续通电，第三稳压管ZD3的反向击穿电压施加在第一可控开关Q1的控制端，驱动第一可控开关Q1导通，第一可控开关Q1导通后后级负载得电。

当储能单元电压V2降至低于第一稳压管ZD1的反向击穿电压Vmax时，稳压管ZD1恢复反向截止，此时自锁启动电路断路而停止发启动信号；而自锁电路仍处于自锁状态，直至储能单元电压V2继续降至低于第二稳压管ZD2和第三稳压管ZD3的反向击穿电压之和Vmin时，第二稳压管ZD2和第三稳压管ZD3恢复反向截止，自锁电路没有足够电流导致无法自锁，此时第一可控开关Q1才关断，第一可控开关Q1关断后后级负载断电。

第一电阻R1、第二电阻R2起分压、限流的作用。

可选的，参见图4，图3所示开关控制电路还包括：连接在第二稳压管ZD2的阳极和第三稳压管ZD3的阳极之间的第四稳压管ZD4；第四稳压管ZD4用于稳定第一电容C1两端电压。

可选的，在上述公开的任一种开关控制电路中，参见图5，所述自锁启动电路包括：二极管D1、第二电容C2、第二可控开关Q2和第三电阻R3；

二极管D1的阳极接第一稳压管ZD1的阳极，二极管D1的阴极经第二电容C2接开关电源的负极；

自锁启动电路的启动信号输出引脚依次经过第三电阻R3和第二可控开关Q2接开关电源的负极，第二可控开关Q1的控制端接收第二电容C2两端电压。

图5所示自锁启动电路的工作原理如下：第一稳压管ZD1被反向击穿后，流过第二电容C2的电流逐渐增大，第二电容C2两端电压逐渐升高，当第二电容C2两端电压增至第二可控开关Q2的门槛电压时，第二可控开关Q2导通，Pro引脚经过一端接地的第三电阻R3被下拉到一定电位，下拉后的输出信号也即所述启动信号。

可选的，图5所示自锁启动电路还包括：并联在第二电容C2上的第四电阻R4和/或并联在第二电容C2上的第五稳压管ZD5，第四电阻R4为防静电电阻，第五稳压管ZD5起到稳定第二可控开关Q2驱动电压的作用，例如图6所示。

可选的，在上述公开的任一种自锁启动电路中，第二可控开关Q2例如为光耦(例如图7所示)、IGBT、MOS管或三极管等，并不局限。

可选的，在上述公开的任一实施例中，所述自锁电路包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4、PNP三极管Q4和NPN三极管Q3，例如参见图5、图6或图7；

第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和第三电容C3的一端连接在一起作为所述自锁电路的电能输入端；

第五电阻R5的另一端接PNP三极管Q4的发射极；

第六电阻R6的另一端接PNP三极管Q4的基极；

第三电容C3的另一端经第八电阻R8接NPN三极管Q3的集电极；

PNP三极管Q4的集电极经第七电阻R7接第四电容C4的一端、第九电阻R9的一端和NPN三极管Q3的基极；

第四电容C4的另一端、第九电阻R9的另一端和NPN三极管Q3的发射极连接在一起作为所述自锁电路的电能输出端。

可选的，在上述公开的任一实施例中，所述第一可控开关Q1例如为IGBT、MOS管或三极管等可控开关器件。

可选的，在上述公开的任一实施例中，开关电源用于通过开关变换得到所需要的输出电压，其可以为非隔离型的Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic等拓扑结构，也可以为隔离型的Flyback、Forward、Push-Pull、Half-Bridge等拓扑结构，并不局限。

此外，本发明实施例还公开了一种开关电源供电系统，包括：开关电源、储能单元缓启/放电电路、储能单元，以及上述公开的任一种开关机控制系统；

其中，所述开关电源的输出端经所述开关机控制系统中的第一可控开关Q1接后级负载，所述开关电源的输出端还经所述储能单元缓启/放电电路接所述储能单元。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种开关机控制系统，其特征在于，包括：开关控制电路和第一可控开关Q1；

第一可控开关Q1串联在开关电源的输出端与后级负载之间，所述开关电源的输出端还经储能单元缓启/放电电路接储能单元；

所述开关控制电路分别连接第一可控开关Q1的控制端和所述储能单元，用于获取储能单元电压V2，在V2≥第一阈值Vmax时，控制第一可控开关Q1闭合，在V2＜第二阈值Vmin时，控制第一可控开关Q1断开；其中Vmax＞Vmin≥所述后级负载的工作电压范围的下限。

2.根据权利要求1所述的开关机控制系统，其特征在于，所述开关控制电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压管ZD1、第二稳压管ZD2、第三稳压管ZD3、第一电容C1、自锁启动电路和自锁电路；

所述储能单元依次经过第一电阻R1、第一稳压管ZD1的阴极、第一稳压管ZD1的阳极和所述自锁启动电路接入所述开关电源的负极；

所述储能单元还依次经过第二电阻R2、第二稳压管ZD2的阴极、第二稳压管ZD2的阳极和所述自锁电路接入第一可控开关Q1的控制端和第三稳压管ZD3的阴极，第三稳压管ZD3的阳极接所述开关电源的负极；

第一电容C1连接在第二稳压管ZD2的阳极和第三稳压管ZD3的阳极之间；

所述自锁启动电路用于在储能单元电压V2达到第一稳压管ZD1的反向击穿电压时通电，并向自锁电路发出启动信号；

第二稳压管ZD2与第三稳压管ZD3的反向击穿电压之和小于第一稳压管ZD1的反向击穿电压；所述自锁电路用于在接收到所述启动信号时保持持续通电，直至第二稳压管ZD2和第三稳压管ZD3恢复反向截止时才断路。

3.根据权利要求2所述的开关机控制系统，其特征在于，所述开关控制电路还包括：连接在第二稳压管ZD2的阳极和第三稳压管ZD3的阳极之间的第四稳压管ZD4。

4.根据权利要求2或3所述的开关机控制系统，其特征在于，所述自锁启动电路包括：二极管D1、第二电容C2、第二可控开关Q2和第三电阻R3；

二极管D1的阳极接第一稳压管ZD1的阳极，二极管D1的阴极经第二电容C2接开关电源的负极；

自锁启动电路的启动信号输出引脚依次经过第三电阻R3和第二可控开关Q2接开关电源的负极，第二可控开关Q1的控制端接收第二电容C2两端电压。

5.根据权利要求4所述的开关机控制系统，其特征在于，第二可控开关Q2为光耦、MOS管、三极管或IGBT。

6.根据权利要求4所述的开关机控制系统，其特征在于，所述自锁启动电路还包括：并联在第二电容C2上的第四电阻R4，第四电阻R4为防静电电阻。

7.根据权利要求4所述的开关机控制系统，其特征在于，所述自锁启动电路还包括：并联在第二电容C2上的第五稳压管ZD5，第五稳压管ZD5起到稳定第二可控开关Q2驱动电压的作用。

8.根据权利要求2或3所述的开关机控制系统，其特征在于，所述自锁电路包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4、PNP三极管Q4和NPN三极管Q3；

第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和第三电容C3的一端连接在一起作为所述自锁电路的电能输入端；

第五电阻R5的另一端接PNP三极管Q4的发射极；

第六电阻R6的另一端接PNP三极管Q4的基极；

第三电容C3的另一端经第八电阻R8接NPN三极管Q3的集电极；

PNP三极管Q4的集电极经第七电阻R7接第四电容C4的一端、第九电阻R9的一端和NPN三极管Q3的基极；

第四电容C4的另一端、第九电阻R9的另一端和NPN三极管Q3的发射极连接在一起作为所述自锁电路的电能输出端。

9.根据权利要求1、2或3所述的开关机控制系统，其特征在于，所述第一可控开关Q1为MOS管或IGBT。

10.一种开关电源供电系统，其特征在于，包括：开关电源、储能单元缓启/放电电路、储能单元，以及如权利要求1-9中任一项所述的开关机控制系统；

所述开关电源的输出端经所述开关机控制系统中的第一可控开关Q1接后级负载，所述开关电源的输出端还经所述储能单元缓启/放电电路接所述储能单元。

Images