CN113991610A - 电源开关机使能及欠压锁定装置 - Google Patents

电源开关机使能及欠压锁定装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电源开关机使能及欠压锁定装置，包括输入欠压保护电路(1)、开通关机信号隔离检测电路(2)和指令判断及执行电路(3)，所述输入欠压保护电路(1)和所述开通关机信号隔离检测电路(2)的输出端均与所述指令判断及执行电路(3)的输入端连接。本发明的装置具有电路简单、功耗小、体积小、重量轻的特点。

Description

电源开关机使能及欠压锁定装置
技术领域
本发明涉及一种电源开关机使能及欠压锁定装置。
背景技术
随着卫星载荷技术的高速发展，对于高可靠、宽应用的二次电源的需求也越来越强烈，使得二次电源除了要满足基本的DC/DC变换功能外，还需具备开关机使能、欠压锁定等功能，从而在蓄电池或供电母线电压异常时能够快速切断电路并关断载荷设备，以使其免受影响而更好地适应严苛复杂的工作环境。
现有技术中，卫星载荷二次电源的开关机功能通常由电磁继电器或磁保持继电器(可统称继电器)控制完成。这类方式通过引入指令母线和开关机脉冲或电平信号，并利用继电器控制二次电源使能端，从而实现二次电源产品的开关机。而由于继电器为机械接触式开关，因此长时间工作后存在接触端粘连问题，从而限制了继电器的开关次数，影响了星载产品的工作寿命和功能拓展。现有的二次电源欠压锁定电路通常由比较器、辅助电源、电压基准源构成，通过对输入母线电压的采集、比较和判断实现对二次电源的欠压锁定。这种方式存在消耗资源较多、功能电路较为复杂等问题，并且还受实际条件约束，例如，受二次电源体积与重量指标的限制，若采取上述方案将付出较大的代价，这一点与电源小型化、高功率密度的设计理念相悖，因此并非理想方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源开关机使能及欠压锁定装置。
为实现上述发明目的，本发明提供一种电源开关机使能及欠压锁定装置，包括输入欠压保护电路、开通关机信号隔离检测电路和指令判断及执行电路，所述输入欠压保护电路和所述开通关机信号隔离检测电路的输出端均与所述指令判断及执行电路的输入端连接。
根据本发明的一个方面，所述开通关机信号隔离检测电路包括开通信号隔离检测电路和关机信号隔离检测电路。
根据本发明的一个方面，所述开通信号隔离检测电路包括第一电阻和第一光耦；
所述第一电阻的一端连接开机信号端，另一端与所述第一光耦一侧的一个引脚连接，所述第一光耦该侧的另一引脚与开机信号地连接。
根据本发明的一个方面，所述关机信号隔离检测电路包括第二电阻和第二光耦；
所述第二电阻的一端与关机信号端连接，另一端与所述第二光耦一侧的一个引脚连接，所述第二光耦该侧的另一引脚与关机信号地连接。
根据本发明的一个方面，所述输入欠压保护电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一三极管、第二三极管、稳压管、第七电阻和第八电阻；
所述第三电阻的一端接入输入电压Vin，另一端分别与所述第四电阻的一端以及所述第一二极管和所述第二二极管的阳极连接，所述第四电阻的另一端接地；
所述第二二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述第六电阻的一端以及所述第一三极管的基极连接，所述第六电阻的另一端接地；
所述第一三极管的发射极接地，集电极与所述第五电阻和所述第七电阻的一端以及所述稳压管的阴极连接；
所述第五电阻的另一端接地，所述第七电阻的另一端接入输入电压Vin；
所述稳压管的阳极分别与所述第八电阻的一端和所述第二三极管的基极连接，所述第八电阻的另一端接地；
所述第二三极管的发射极接地，集电极分别与所述第一二极管和所述第四二极管的阴极连接；
所述第四二极管的阳极作为对外接口与所述电源的使能端连接。
根据本发明的一个方面，当输入电压Vin建立且开关机信号没有发出时，输入电压Vin通过所述第三电阻将所述第二二极管和所述第三二极管正向击穿，电压加至所述第一三极管的基极端使其导通；
所述第一三极管导通后，拉低电压Ve，所述第二三极管的基极端电压为0并保持关断，所述第四二极管无导通，电路输出高阻，所述电源保持关机状态。
根据本发明的一个方面，所述第四电阻为分压电阻，所述第六电阻为所述第一三极管基极的泄放电阻。
根据本发明的一个方面，所述第一光耦另一侧的一个引脚与所述第三电阻、所述第一二极管、所述第二二极管以及所述第四电阻的公共连接端连接，所述第一光耦该侧的另一引脚与所述装置的地连接；
当输入电压Vin达到开机阈值时，开机信号发出并通过所述第一光耦将电压Va拉低，所述第一三极管的基极电压降低至关断，所述稳压管反向击穿导通，使所述第二三极管导通，此时输出低阻，所述第四二极管导通，所述电源开机；
在所述第二三极管导通的同时，输入电压Vin经所述第三电阻、所述第一二极管和所述第二三极管形成回路，将电压Va拉低，所述第一三极管保持关断状态。
根据本发明的一个方面，所述第二光耦另一侧的一个引脚与所述稳压管、所述第二三极管的基极以及所述第八电阻的公共连接端连接，所述第二光耦该侧的另一引脚与所述装置的地连接；
当开机信号消除而关机信号发出后，关机信号通过所述第二光耦将所述第二三极管的基极电压Vd拉低至关断，此时输出高阻，所述第四二极管截止，所述电源关机；
在所述第二三极管关断的同时，所述第一二极管截止，输入电压Vin经所述第三电阻、所述第二二极管、所述第三二极管和所述第一三极管形成回路，将电压Ve拉低，所述第二三极管保持关断，所述电源保持关机；
在输入电压Vin未达到开启电压值时，所述第七电阻和所述第五电阻的分压未超过所述稳压管的反向击穿电压，所述电源保持关机。
根据本发明的一个方面，所述稳压管具有雪崩击穿电压阈值，通过对所述第七电阻和所述第五电阻的阻值以及所述稳压管反向击穿电压的选取来设置输入电压欠压锁定值。
根据本发明的构思，采用光耦、三极管、稳压管等器件实现输入欠压锁定、脉冲信号或电平信号开关机功能，从而减少了比较器、辅助电源、继电器、电压基准源等器件的使用，使得电路简单、功耗较小，并减小了装置的体积和重量。
根据本发明的一个方案，使用光耦作为开关机指令传输媒介，从而避免了使用继电器等机械式结构在长时间工作后出现的接触端粘连问题，并且开关机次数不受限制，从而有力地提升了载荷产品的工作寿命和功能拓展。
根据本发明的一个方案，可接收一定时长的脉冲信号或一定幅值的电平信号作为二次电源的开机、关机指令，从而使得本装置的指令种类兼容性较好。
附图说明
图1是表示本发明的一种实施方式的电源开关机使能及欠压锁定装置的控制策略示意图；
图2是表示本发明的一种实施方式的电源开关机使能及欠压锁定装置的电路原理框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1，本发明的星载二次电源开关机使能及欠压锁定装置，适用于具备欠压关机、电平使能或脉冲使能功能的二次电源。本装置包括输入欠压保护电路1、开通关机信号隔离检测电路2和指令判断及执行电路3，输入欠压保护电路1和开通关机信号隔离检测电路2的输出端均与指令判断及执行电路3的输入端连接。其中，开通关机信号隔离检测电路2包括开通信号隔离检测电路201和关机信号隔离检测电路202。由此，本装置可以接收三种输入信号，包括母线或蓄电池输入电压、开机信号、关机信号。其中，开机信号和关机信号可以为一定时长的脉冲信号，也可以为一定幅值的电平信号。本装置对外可输出高阻、低阻信号，并与二次电源使能端口共地，二次电源使能方式可以为：高阻关机，低阻开机，二次电源可以是隔离型拓扑或非隔离型拓扑。
参见图2，开通信号隔离检测电路201包括第一电阻2011(R1)和第一光耦2012(V1)。第一电阻2011的一端连接开机信号端，另一端与第一光耦2012一侧的一个引脚(1脚，ANODE)连接，第一光耦2012该侧的另一引脚(2脚，CATHODE)与开机信号地连接。关机信号隔离检测电路202包括第二电阻2021(R2)和第二光耦2022(V2)。第二电阻2021的一端与关机信号端连接，另一端与第二光耦2022一侧的一个引脚(1脚，ANODE)连接，第二光耦2022该侧的另一引脚(2脚，CATHODE)与关机信号地连接。
输入欠压保护电路1包括第三电阻101(R3)、第四电阻102(R4)、第五电阻103(R5)、第六电阻104(R6)、第一二极管105(D1)、第二二极管106(D2)、第三二极管107(D3)、第四二极管108(D4)、第一三极管109(Q1)、第二三极管110(Q2)、稳压管111(Z1)、第七电阻112(R7)和第八电阻113(R8)。第三电阻101的一端接入输入电压Vin，另一端分别与第四电阻102的一端以及第一二极管105和第二二极管106的阳极连接，第四电阻102的另一端接地。第二二极管106的阴极与第三二极管107的阳极连接，第三二极管107的阴极与第六电阻104的一端以及第一三极管109的基极连接，第六电阻104的另一端接地。第一三极管109的发射极接地，集电极与第五电阻103和第七电阻112的一端以及稳压管111的阴极连接。第五电阻103的另一端接地，第七电阻112的另一端接入输入电压Vin。稳压管111的阳极分别与第八电阻113的一端和第二三极管110的基极连接，第八电阻113的另一端接地。第二三极管110的发射极接地，集电极分别与第一二极管105和第四二极管108的阴极连接。第四二极管108的阳极作为对外接口与二次电源的使能端连接。其中，第四电阻102为分压电阻，通过阻值设置选取合适Va电压值；第六电阻104为第一三极管109基极的泄放电阻；稳压管111具有一定雪崩击穿电压阈值。通过对第七电阻112和第五电阻103的阻值以及稳压管111反向击穿电压的选取来设置输入电压欠压锁定值。
由上述可知，本装置基本是由NPN型三极管、稳压管、二极管及电阻构成，在输入电压Vin建立后，开关机信号没有发出时，输入电压Vin通过第三电阻101将第二二极管106和第三二极管107正向击穿，电压加至第一三极管109的基极端使其导通。第一三极管109导通后，拉低电压Ve，第二三极管110的基极端电压为0(即维持低电平)并保持关断状态，第四二极管108无导通，电路输出高阻，二次电源保持关机状态。
第一光耦2012另一侧的一个引脚(3脚，COLLECTOR)与第三电阻101、第一二极管105、第二二极管106以及第四电阻102的公共连接端连接，第一光耦2012该侧的另一引脚(4脚，EMITTER)与装置的地连接。这样，通过第一光耦2012的选用，可以将开机使能信号与检测电路电气隔离。输入电压Vin达到开机阈值状态下，开机信号(高电平或脉冲)发出并通过第一光耦2012将电压Va拉低，第一三极管109的基极电压由高转低至关断，稳压管111反向击穿导通，使第二三极管110导通，此时装置输出低阻，第四二极管108导通，二次电源开机。在第二三极管110导通的同时，输入电压Vin经第三电阻101、第一二极管105和第二三极管110形成回路，将电压Va拉低，这样即使开机信号消除后，第一三极管109仍能继续保持关断状态。
第二光耦2022另一侧的一个引脚(3脚，COLLECTOR)与稳压管111、第二三极管110的基极以及第八电阻113的公共连接端连接，第二光耦2022该侧的另一引脚(4脚，EMITTER)与装置的地连接。这样，通过第二光耦2022的选用，可以将关机使能信号与检测电路电气隔离。当开机信号消除而关机信号发出后，关机信号通过第二光耦2022将第二三极管110的基极电压Vd拉低至关断，此时装置输出高阻，第四二极管108由导通转为截止，二次电源关机。在第二三极管110关断的同时，第一二极管105由导通转为截止，输入电压Vin经第三电阻101、第二二极管106、第三二极管107和第一三极管109形成回路，将电压Ve拉低，使第二三极管110继续保持关断，二次电源由开机转换为关机状态。在输入电压Vin未达到开启电压值时，即使开机信号到来，第七电阻112和第五电阻103的分压未超过稳压管111的反向击穿电压，二次电源也不会开机。
综上所述，本发明的电源开关机使能及欠压锁定装置，采用光耦、三极管、稳压管等实现输入欠压锁定、脉冲信号或电平信号开关机功能，从而减少了比较器、辅助电源、继电器、电压基准源等器件的使用，使得本装置电路简单、功耗较小。同时，本发明使用光耦作为开关机指令传输媒介，从而不存在长时间工作后的接触端粘连问题，使得开关机次数不受限制，以提升载荷产品的工作寿命和功能拓展。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源开关机使能及欠压锁定装置，其特征在于，包括输入欠压保护电路(1)、开通关机信号隔离检测电路(2)和指令判断及执行电路(3)，所述输入欠压保护电路(1)和所述开通关机信号隔离检测电路(2)的输出端均与所述指令判断及执行电路(3)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开通关机信号隔离检测电路(2)包括开通信号隔离检测电路(201)和关机信号隔离检测电路(202)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开通信号隔离检测电路(201)包括第一电阻(2011)和第一光耦(2012)；
所述第一电阻(2011)的一端连接开机信号端，另一端与所述第一光耦(2012)一侧的一个引脚连接，所述第一光耦(2012)该侧的另一引脚与开机信号地连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述关机信号隔离检测电路(202)包括第二电阻(2021)和第二光耦(2022)；
所述第二电阻(2021)的一端与关机信号端连接，另一端与所述第二光耦(2022)一侧的一个引脚连接，所述第二光耦(2022)该侧的另一引脚与关机信号地连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述输入欠压保护电路(1)包括第三电阻(101)、第四电阻(102)、第五电阻(103)、第六电阻(104)、第一二极管(105)、第二二极管(106)、第三二极管(107)、第四二极管(108)、第一三极管(109)、第二三极管(110)、稳压管(111)、第七电阻(112)和第八电阻(113)；
所述第三电阻(101)的一端接入输入电压Vin，另一端分别与所述第四电阻(102)的一端以及所述第一二极管(105)和所述第二二极管(106)的阳极连接，所述第四电阻(102)的另一端接地；
所述第二二极管(106)的阴极与所述第三二极管(107)的阳极连接，所述第三二极管(107)的阴极与所述第六电阻(104)的一端以及所述第一三极管(109)的基极连接，所述第六电阻(104)的另一端接地；
所述第一三极管(109)的发射极接地，集电极与所述第五电阻(103)和所述第七电阻(112)的一端以及所述稳压管(111)的阴极连接；
所述第五电阻(103)的另一端接地，所述第七电阻(112)的另一端接入输入电压Vin；
所述稳压管(111)的阳极分别与所述第八电阻(113)的一端和所述第二三极管(110)的基极连接，所述第八电阻(113)的另一端接地；
所述第二三极管(110)的发射极接地，集电极分别与所述第一二极管(105)和所述第四二极管(108)的阴极连接；
所述第四二极管(108)的阳极作为对外接口与所述电源的使能端连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，当输入电压Vin建立且开关机信号没有发出时，输入电压Vin通过所述第三电阻(101)将所述第二二极管(106)和所述第三二极管(107)正向击穿，电压加至所述第一三极管(109)的基极端使其导通；
所述第一三极管(109)导通后，拉低电压Ve，所述第二三极管(110)的基极端电压为0并保持关断，所述第四二极管(108)无导通，电路输出高阻，所述电源保持关机状态。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第四电阻(102)为分压电阻，所述第六电阻(104)为所述第一三极管(109)基极的泄放电阻。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一光耦(2012)另一侧的一个引脚与所述第三电阻(101)、所述第一二极管(105)、所述第二二极管(106)以及所述第四电阻(102)的公共连接端连接，所述第一光耦(2012)该侧的另一引脚与所述装置的地连接；
当输入电压Vin达到开机阈值时，开机信号发出并通过所述第一光耦(2012)将电压Va拉低，所述第一三极管(109)的基极电压降低至关断，所述稳压管(111)反向击穿导通，使所述第二三极管(110)导通，此时输出低阻，所述第四二极管(108)导通，所述电源开机；
在所述第二三极管(110)导通的同时，输入电压Vin经所述第三电阻(101)、所述第一二极管(105)和所述第二三极管(110)形成回路，将电压Va拉低，所述第一三极管(109)保持关断状态。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二光耦(2022)另一侧的一个引脚与所述稳压管(111)、所述第二三极管(110)的基极以及所述第八电阻(113)的公共连接端连接，所述第二光耦(2022)该侧的另一引脚与所述装置的地连接；
当开机信号消除而关机信号发出后，关机信号通过所述第二光耦(2022)将所述第二三极管(110)的基极电压Vd拉低至关断，此时输出高阻，所述第四二极管(108)截止，所述电源关机；
在所述第二三极管(110)关断的同时，所述第一二极管(105)截止，输入电压Vin经所述第三电阻(101)、所述第二二极管(106)、所述第三二极管(107)和所述第一三极管(109)形成回路，将电压Ve拉低，所述第二三极管(110)保持关断，所述电源保持关机；
在输入电压Vin未达到开启电压值时，所述第七电阻(112)和所述第五电阻(103)的分压未超过所述稳压管(111)的反向击穿电压，所述电源保持关机。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述稳压管(111)具有雪崩击穿电压阈值，通过对所述第七电阻(112)和所述第五电阻(103)的阻值以及所述稳压管(111)反向击穿电压的选取来设置输入电压欠压锁定值。
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