CN114070031B - 一种启动控制保护电源输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种启动控制保护电源输入装置，包括：防接反模块，用于将接收到的原始直流电压输出至电磁兼容模块；电磁兼容模块，用于对接收到的原始直流电压进行差模、共模干扰抑制及高频过压尖峰抑制后，得到目标直流电压；启动控制模块，用于将接收到的目标直流电压发送至电源负载，并且检测到电源负载切换为正常工作模式时，生成针对过流保护模块的启动指令；过流检测模块，用于接收到启动指令时，执行针对电源负载的故障检测操作，当确定电源负载出现故障时断开连接并启动保护模式。本发明能够实现在工作环境复杂或电源保护要求较高时电源的稳定输入和电磁兼容目的，有效提高了整个电力电子系统的供电稳定性和可靠性。

Description

一种启动控制保护电源输入装置

技术领域

本发明涉及电力电子系统领域，尤其涉及一种启动控制保护电源输入装置。

背景技术

控制系统是电力电子系统的大脑，为了给CPU、存储器、驱动、输入输出、采样转换、通信等供电，控制系统通常需要获取不同的供电电压，并且在获取不同的供电电压时，通常需要采用电源转换电路且从同一个电源转换。

然而，当工作环境较为恶劣或者电源保护要求较高时，由于电源负载的电磁和应用环境，以及电源从电力电子系统中别地走线等原因，导致电源负载出现故障时会由于电源稳定性差而影响其它子系统供电。

发明内容

本发明提供一种启动控制保护电源输入装置，用以解决工作环境复杂或电源保护要求较高的前提下电源稳定性差且电源负载出现故障时影响其它子系统供电的缺陷，实现工作环境复杂或电源保护要求较高时电源的稳定输入和电磁兼容目的。

本发明提供一种启动控制保护电源输入装置，包括：防接反模块、电磁兼容模块、启动控制模块及过流保护模块；其中，所述电磁兼容模块的两端分别与所述防接反模块的输出端和所述启动控制模块的输入端相连接，所述启动控制模块的第一控制端与电源负载的输入端相连接，所述启动控制模块的第二控制端依次与所述过流保护模块的输入端和所述电源负载相连接；

所述防接反模块，用于将接收到的原始直流电压输出至所述电磁兼容模块；所述电磁兼容模块，用于对接收到的所述原始直流电压进行差模、共模干扰抑制及高频过压尖峰抑制后，得到目标直流电压；所述启动控制模块，用于将接收到的所述目标直流电压发送至所述电源负载，并且检测到所述电源负载切换为正常工作模式时，生成针对所述过流保护模块的启动指令；所述过流检测模块，用于接收到所述启动指令时，执行针对所述电源负载的故障检测操作，当确定所述电源负载出现故障时断开连接并启动保护模式。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述防接反模块包括二极管，所述二极管的正极连接电源的正极，所述二极管的负极为输出端。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述电磁兼容模块包括第一共模电容、第二共模电容、第一差模电容、第二差模电容、共模电感及暂态电压抑制器；其中，所述第一差模电容的一端分别与所述共模电感的正输入端和所述防接反模块的负输出端相连接，另一端与电源的负极连接；所述共模电感的输入端分别与所述防接反模块的负输出端和所述电源的负极相连接，所述共模电感的正输出端分别与所述第二差模电容的一端、所述第一共模电容的一端及所述暂态电压抑制器的正端相连接，所述共模电感的负输出端分别与所述第二差模电容的另一端、所述第二共模电容的一端相连接，所述第一共模电容的另一端、所述第二共模电容的另一端以及与所述暂态电源抑制器的负端相连接后形成的节点连接安全地。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述启动控制模块中包括电磁式开关器件，所述电磁式开关器件的数量为两个。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，两个所述电磁式开关器件分别为N沟道MOSFET和P沟道MOSFET时，所述启动控制模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一储能电容、N沟道MOSFET和P沟道MOSFET；其中，所述第一电阻的两端分别与所述N沟道MOSFET的栅极和控制电源相连接；所述第三电阻和所述第一储能电容并联后的一端与所述N沟道MOSFET的栅极连接，另一端与控制地连接；所述N沟道MOSFET的源极连接控制地，漏极与所述第二电阻串联后连接所述P沟道MOSFET的栅极；所述第四电阻分别与所述P沟道MOSFET的栅极和源极并联，所述P沟道MOSFET的漏极与所述电磁兼容模块中的共模电感的正输出端相连接，所述P沟道MOSFET的漏极与所述过流保护模块的正输出端相连接。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述启动控制模块，用于接收到所述目标直流电压时导通所述P沟道MOSFET且将所述目标流电压输入至所述电源负载的输入电容进行充电，且检测到所述输入电容的充电电量达到所述电源负载的工作电压时，控制关断所述P沟道MOSFET、导通所述N沟道MOSFET，以使得所述P沟道MOSFET与所述电源负载之间不连通，所述N沟道MOSFET、所述过流保护模块与所述电源负载之间连通。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述防接反模块由串联或并联的二极管组成，或者所述防接反模块为二极管组成的整流桥。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述过流保护模块包括输入端管脚、输出端管脚、第二管脚、第三管脚、第二储能电容、第五电阻和第六电阻；其中，所述输入端管脚和所述输出端管脚分别与所述P沟道MOSFET的源极和漏极相连接，所述第二储能电容分别与所述输入端管脚和控制地相连接；所述第五电阻和所述第六电阻的一端分别与所述第二管脚和所述第三管脚相连接，另一端分别连接控制地。

根据本发明提供的一种启动控制保护电源输入装置，所述电磁式开关器件包括MOSFET、继电器、IGBT或者接触器。

本发明还提供一种电力电子系统，所述电力电子系统具有前述启动控制保护电源输入装置。

本发明提供的启动控制保护电源输入装置，电磁兼容模块在经由防接反模块接收到原始直流电压时，通过对原始直流电压进行差模、共模干扰抑制以及高频过压抑制后得到目标直流电压且将目标直流电压发送电源负载进行供电的方式，有效提高了在工作环境复杂或电源保护要求较高时输入电源的抗干扰能力及电压稳定性；进一步的，通过启动控制模块检测到电源负载正常工作时控制启动过流检测模块执行针对电源负载的过流检测操作，以及通过过流检测模块检测正常工作状态下的电源负载出现故障时及时启动保护模式的方式，实现了电源负载出现故障时其它子系统也能正常工作的目的，从而能够维持本地电源的高品质输入和整个电源系统的正常工作状态，设计简单且成本低，有效提高了整个电力电子系统的供电稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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是本发明提供的启动控制保护电源输入装置的示意图；

图2是本发明提供的启动控制保护电源输入装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

控制系统是各种电力电子系统的大脑，为了给CPU、存储器、驱动、输入输出、采样转换、通信等供电，控制系统通常需要获取不同的供电电压，并且在获取不同的供电电压时，通常需要采用电源转换电路且从同一个电源转换。

虽然电源连接电源转换电路时可以获取到所需供电电压，但是当工作环境较为恶劣或者电源保护要求较高时也存在以下问题：由于电源负载的电磁和应用环境使得电源易受到干扰；输入电源由于从电力电子系统中别地走线而使得电源也易受到干扰；电源负载出现过载、短路等故障时如果影响输入电源的稳定性则会影响其它子系统供电；如若对每路电源进行电磁兼容和保护设计时会造成电源系统设计的复杂性和成本提升。

因此，为了解决上述问题，本发明提供一种启动控制保护电源输入装置，如图1所示，该启动控制保护电源输入装置，包括：防接反模块、电磁兼容模块、启动控制模块及过流保护模块；其中，所述电磁兼容模块的两端分别与所述防接反模块的输出端和所述启动控制模块的输入端相连接，所述启动控制模块的第一控制端与电源负载的输入端相连接，所述启动控制模块的第二控制端依次与所述过流保护模块的输入端和所述电源负载相连接。

所述防接反模块，用于将接收到的原始直流电压输出至所述电磁兼容模块；所述电磁兼容模块，用于对接收到的所述原始直流电压进行差模、共模干扰抑制及高频过压尖峰抑制后，得到目标直流电压；所述启动控制模块，用于将接收到的所述目标直流电压发送至所述电源负载，并且检测到所述电源负载切换为正常工作模式时，生成针对所述过流保护模块的启动指令；所述过流检测模块，用于接收到所述启动指令时，执行针对所述电源负载的故障检测操作，当确定所述电源负载出现故障时断开连接并启动保护模式。

具体的，防接反模块可以为防接反电路，该防接反电路可以由串联或并联的二极管组成，或者所述防接反电路为二极管组成的整流桥。

电磁兼容模块可以是电磁兼容电路，该电磁兼容电路对原始直流电压对原始直流电压进行差模、共模干扰抑制及高频过压尖峰抑制时，可以使用共模电容抑制原始直流电压中的共模干扰，使用差模电容抑制原始直流电压中的差模干扰，以及使用暂态电压抑制器抑制原始直流电压中的高频过压尖峰。此外，电磁兼容电路中还包括电磁式开关器件且电磁式开关器件的数量为两个，电磁式开关器件包括MOSFET、继电器、IGBT或者接触器。比如，较大通流能力场合时可以使用MOSFET或继电器，大功率场合时可以采用IGBT或者接触器等。

启动控制模块可以是启动控制电路，该启动控制电路具有第一工作模式和第二工作模式，当启动控制电路接收到电磁兼容模块发送过来的目标直流电压时自动触发第一工作模式，此时启动控制电路可以直接连接电源负载且将目标直流电压发送至电源负载的充电电容；当启动控制电路确定电源负载在充电电容接收目标直流电压的作用下切换为正常工作模式时，控制切换第一工作模式为第二工作模式，此时启动控制电路可以控制启动过流保护模块的同时，断开与电源负载之间的直接连接关系，并向过流检测模块发送负载检测指令。

过流检测模块接收到负载检测指令时可以基于负载检测指令建立与电源负载之间的连接关系，并且对正常工作模式下的电源负载进行过流检测及检测到过流故障时启动保护模式。

过流保护模块可以使用现有芯片(比如U1芯片)，也可以使用具备过流检测和保护模式的芯片且该芯片的上电路可以由用户搭建也可以使用直接现有电路，只要具备过流、过载及短路等故障检测功能及对应保护功能即可。

本发明提供的启动控制保护电源输入装置，电磁兼容模块在经由防接反模块接收到原始直流电压时，通过对原始直流电压进行差模、共模干扰抑制以及高频过压抑制后得到目标直流电压且将目标直流电压发送电源负载进行供电的方式，有效提高了在工作环境复杂或电源保护要求较高时输入电源的抗干扰能力及电压稳定性；进一步的，通过启动控制模块检测到电源负载正常工作时控制启动过流检测模块执行针对电源负载的过流检测操作，以及通过过流检测模块检测正常工作状态下的电源负载出现故障时及时启动保护模式的方式，实现了电源负载出现故障时其它子系统也能正常工作的目的，从而能够本地电源的高品质输入和整个电源系统的正常工作状态，设计简单且成本低，有效提高了整个电力电子系统的供电稳定性和可靠性。

本发明还提供了一种启动控制保护电源输入装置的电路结构示意图，如图2所示，该启动控制保护电源输入装置，包括：防接反电路、电磁兼容电路、启动控制电路及过流保护电路，其中：

防接反电路通过一个二极管D1串联电源X1，也即，二极管D1的正极连接电源X1的正极，二极管D1的负极作为输出端。此时，当正向连接时，二极管D1导通，电源X1正常输入原始直流电压；反向连接时，二极管D1截止，禁止电源X1输入原始直流电压。

电磁兼容电路可以由第一共模电容C2、第二共模电容C6、第一差模电容C4、第二差模电容C5、共模电感L1及暂态电压抑制器D2组成，其连接关系包括：第一差模电容C4的一端分别与共模电感L1的正输入端和二极管D1的负输出端相连接，另一端与电源X1的负极连接；共模电感L1的输入端分别与二极管D1的负输出端和电源X1的负极相连接，共模电感L1的正输出端分别与第二差模电容C5的一端、第一共模电容C2的一端及暂态电压抑制器D2的正端相连接，共模电感L1的负输出端分别与第二差模电容C5的另一端、第二共模电容C6的一端相连接，第一共模电容C2的另一端、第二共模电容C6的另一端以及与暂态电源抑制器D2的负端相连接后形成的节点连接安全地。此外，在电磁兼容电路中，第一共模电容C2和第二共模电容C6用于实现共模电压抑制，第一差模电容C4和第二差模电容C5用于实现差模电压抑制，共模电感L1不仅用于实现共模电流抑制，也具备部分差模电流的滤波作用；暂态电压抑制器D2主要用于抑制高频过压尖峰。

当启动控制电路中包括的两个电磁式开关器件分别为N沟道MOSFET和P沟道MOSFET时，启动控制电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一储能电容C1、N沟道MOSFET Q1和P沟道MOSFET Q2组成，其连接关系包括：第一电阻R1的两端分别与N沟道MOSFET Q1的栅极和控制电源Vo1相连接；第三电阻R3和第一储能电容C1并联后的一端与N沟道MOSFET Q1的栅极连接，另一端与控制地连接；N沟道MOSFET Q1的源极连接控制地，漏极与第二电阻R2串联后连接P沟道MOSFET Q2的栅极；第四电阻R4分别与P沟道MOSFETQ2的栅极和源极并联，P沟道MOSFET Q2的源极与经共模电感L1输出的电源正端相连接，P沟道MOSFET Q2的漏极与共模电感L1的正输出端相连接，P沟道MOSFET Q2的漏极与过流保护电路的正输出端相连接。

过流保护电路采用U1芯片和第二储能电容C3、第五电阻R5和第六电阻R6组成,U1芯片具有过流检测和保护功能，U1芯片中的输入端管脚VIN 1和输出端管脚VOUT 8分别与P沟道MOSFET Q2的源极和漏极相连接，第二储能电容C3分别与输入端管脚VIN 1和控制地相连接，第五电阻R5和第六电阻R6分别作为U1芯片的控制调节电阻，第五电阻R5的一端连接第二管脚PGOOD 2、另一端连接控制地，第六电阻R6的一端连接第三管脚ISET 3、另一端也连接控制地，第五管脚GND 5与安全地连接，输出端管脚VOUT 8与U1芯片的电源Vload相连接，第四管脚ON 4连接控制地。

具体的，基于图2所示的电路图，本发明装置的工作原理为：电源X1将输出的原始直流电压输出至防接反电路，防接反电路在正向连接时将接收到的原始直流电压正常输出至电磁兼容电路；电磁兼容电路对接收到的原始直流电压进行差模电压抑制、共模电压抑制、共模电流抑制、部分差模电流滤除及高频过压尖峰抑制后，得到目标直流电压，并将目标直流电压发送至启动控制电路；启动控制电路接收到目标直流电压时切换为第一工作模式的同时导通P沟道MOSFET Q2，且将目标直流电压直接输入至电源负载的输入电容进行充电，且检测到输入电容充电的电量达到电源负载的工作电压时，认为电源负载已正常工作，此时控制将第一工作模式切换为第二工作模式的同时生成针对过流检测电路的负载检测指令，并控制关断P沟道MOSFET Q2、导通N沟道MOSFET Q1，以使得P沟道MOSFET Q2与电源负载之间不连通，N沟道MOSFET Q1、过流保护电路与电源负载之间连通，启动控制结束；启动控制电路接收到启动控制电路发送过来的负载检测指令时，控制执行针对正常工作状态下的电源负载的过流检测操作，并且当检测到电源负载出现过流、过载或者短路等故障时，断开连接并启动保护模式。

本发明提供的启动控制保护电源输入装置的电路，通过在整个信号通路中设计电磁兼容电路进行共模、差模干扰抑制及高频过压尖峰抑制的方式，实现了抗电磁干扰和电磁兼容的目的；通过对正常工作状态下电源负载进行过流检测及出现过流故障时及时保护的方式，实现了在电源负载过载或短路时及时保护的目的，进而能够维持本地电源的高品质输入和整个电源系统的可靠性和稳定性，适用于多种电源输入端口，具有广泛适用性。

本发明还提供一种电力电子系统，该电力电子系统具有前述实施例所述的启动控制保护电源输入装置；对于电力电子系统包括的启动控制保护电源输入装置与上文描述的启动控制保护电源输入装置可相互对应参照，此处不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种启动控制保护电源输入装置，其特征在于，包括：防接反模块、电磁兼容模块、启动控制模块及过流保护模块；其中，所述电磁兼容模块的两端分别与所述防接反模块的输出端和所述启动控制模块的输入端相连接，所述启动控制模块的第一控制端与电源负载的输入端相连接，所述启动控制模块的第二控制端依次与所述过流保护模块的输入端和所述电源负载相连接；

所述防接反模块，用于将接收到的原始直流电压输出至所述电磁兼容模块；所述电磁兼容模块，用于对接收到的所述原始直流电压进行差模、共模干扰抑制及高频过压尖峰抑制后，得到目标直流电压；所述启动控制模块，用于将接收到的所述目标直流电压发送至所述电源负载，并且检测到所述电源负载切换为正常工作模式时，生成针对所述过流保护模块的启动指令；所述过流保护模块，用于接收到所述启动指令时，执行针对所述电源负载的故障检测操作，当确定所述电源负载出现故障时断开连接并启动保护模式；

其中，所述启动控制模块，具体用于接收到所述目标直流电压时触发第一工作模式，连接所述电源负载且将所述目标直流电压发送至所述电源负载的充电电容；当确定所述电源负载在所述充电电容接收所述目标直流电压的作用下切换为正常工作模式时，控制切换所述第一工作模式为第二工作模式，控制启动所述过流保护模块的同时，断开与所述电源负载之间的直接连接关系，并生成针对所述过流保护模块的启动指令。

2.根据权利要求1所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述防接反模块包括二极管，所述二极管的正极连接电源的正极，所述二极管的负极为输出端。

3.根据权利要求1所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述电磁兼容模块包括第一共模电容、第二共模电容、第一差模电容、第二差模电容、共模电感及暂态电压抑制器；其中，所述第一差模电容的一端分别与所述共模电感的正输入端和所述防接反模块的正输出端相连接，另一端与电源的负极连接；所述共模电感的负输入端分别与所述防接反模块的负输出端和所述电源的负极相连接，所述共模电感的正输出端分别与所述第二差模电容的一端、所述第一共模电容的一端及所述暂态电压抑制器的正端相连接，所述共模电感的负输出端分别与所述第二差模电容的另一端、所述第二共模电容的一端相连接，所述第一共模电容的另一端、所述第二共模电容的另一端以及与所述暂态电压抑制器的负端相连接后形成的节点连接安全地。

4.根据权利要求1所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述启动控制模块中包括电磁式开关器件，所述电磁式开关器件的数量为两个。

5.根据权利要求4所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，两个所述电磁式开关器件分别为N沟道MOSFET和P沟道MOSFET时，所述启动控制模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一储能电容、N沟道MOSFET和P沟道MOSFET；其中，所述第一电阻的两端分别与所述N沟道MOSFET的栅极和控制电源相连接；所述第三电阻和所述第一储能电容并联后的一端与所述N沟道MOSFET的栅极连接，另一端与控制地连接；所述N沟道MOSFET的源极连接控制地，漏极与所述第二电阻串联后连接所述P沟道MOSFET的栅极；所述第四电阻分别与所述P沟道MOSFET的栅极和源极并联，所述P沟道MOSFET的源极与所述电磁兼容模块中的共模电感的正输出端相连接，所述P沟道MOSFET的漏极与所述过流保护模块的正输出端相连接。

6.根据权利要求5所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述启动控制模块，用于接收到所述目标直流电压时导通所述P沟道MOSFET且将所述目标直流电压输入至所述电源负载的输入电容进行充电，且检测到所述输入电容的充电电量达到所述电源负载的工作电压时，控制关断所述P沟道MOSFET、导通所述N沟道MOSFET，以使得所述P沟道MOSFET与所述电源负载之间不连通，所述N沟道MOSFET、所述过流保护模块与所述电源负载之间连通。

7.根据权利要求2所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述防接反模块由串联或并联的二极管组成，或者所述防接反模块为二极管组成的整流桥。

8.根据权利要求5所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述过流保护模块包括输入端管脚、输出端管脚、第二管脚、第三管脚、第二储能电容、第五电阻和第六电阻；其中，所述输入端管脚和所述输出端管脚分别与所述P沟道MOSFET的源极和漏极相连接，所述第二储能电容分别与所述输入端管脚和控制地相连接；所述第五电阻和所述第六电阻的一端分别与所述第二管脚和所述第三管脚相连接，另一端分别连接控制地。

9.根据权利要求4所述的启动控制保护电源输入装置，其特征在于，所述电磁式开关器件包括MOSFET、继电器、IGBT或者接触器。

10.一种电力电子系统，其特征在于，所述电力电子系统具有权利要求1至9中任一项所述的启动控制保护电源输入装置。