CN116960903B - 开关控制电路、供电电路和储能电源 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种开关控制电路、供电电路和储能电源，开关控制电路应用于供电电路，供电电路包括控制模块、变压器及开关模块，开关控制电路包括储能模块、比较模块和传输模块。本申请中的开关控制电路能够通过储能模块对控制模块输出的高电平的驱动信号进行储能，从而获取驱动信号的占空比信息，当驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，进一步通过比较模块将储能模块的电压与第一预设电压进行比较，从而当储能模块的电压大于第一预设电压时，判断控制模块输出的信号的占空比信息不满足预设条件，控制开关模块关断，因此使得变压器在控制模块输出的信号的占空比信息不满足预设条件，处于停止工作状态，确保供电安全。
Description
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及开关控制电路、供电电路和储能电源。
背景技术
储能系统在电子电路控制的设计中一般需要设置多路相互隔离的电源。常规的供电方案包括：一、采用反激电源供电；二、采用单片机控制的BUCK+（降压式变换电路）无输出电感正激电源供电。其中单片机控制的BUCK+（降压式变换电路）无输出电感正激电源供电的方式在直接采用反激电源供电的基础上使得多路隔离电源能够受控启动，减小功耗。且单片机控制的BUCK+（无输出电感正激电源供电无需使用EMI（Electromagneticinterference，电磁干扰）抑制元器件，减小了成本。
但是，采用单片机控制的BUCK+无输出电感正激电源供电的过程中，通常需要保证正激电源的驱动占空比不超过50%，当单片机程序出现异常时，占空比可会超过50%，进而导致变压器磁饱和。变压器磁饱和后，励磁电流会急剧增大，会导致BUCK电路输出短路或过流，拉低供电电压，导致供电异常，造成安全风险。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种开关控制电路、供电电路和储能电源。
第一方面，本申请提供一种开关控制电路，应用于供电电路，所述供电电路包括控制模块、变压器及开关模块，其中所述开关模块的连接端与所述变压器连接；所述开关控制电路包括：
传输模块，用于分别与所述开关模块的受控端、所述控制模块连接，以将所述控制模块的驱动信号传输至所述开关模块，以驱动所述开关模块工作；储能模块，用于与所述控制模块连接，并根据所述控制模块输出的驱动信号进行储能，且在所述驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压；
比较模块，与所述储能模块连接，用于连接所述开关模块的受控端，在所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压的情况下，控制所述开关模块关断。
在其中一个实施例中，所述比较模块包括：
比较单元，与所述储能模块连接，用于在所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压时，输出导通信号；
开关单元，与所述比较单元连接，用于连接所述开关模块的受控端，并在所述比较单元输出所述导通信号时，控制所述开关模块关断。
在其中一个实施例中，所述储能模块包括：
RC单元，与所述控制模块和比较模块连接，用于根据所述驱动信号进行储能，且在所述驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，所述RC单元的电压大于或等于第一预设电压；
其中，所述RC单元的参数值与所述第一预设电压存在映射关系。
在其中一个实施例中，所述开关控制电路还包括：
泄放模块，与所述储能模块连接，用于在控制模块输出低电平的驱动信号时，将储能模块中存储的电能进行泄放。
在其中一个实施例中，所述储能模块包括电阻R2和电容C2；所述电阻R2的两端分别连接控制模块和电容C2的一端，所述电容C2的另一端与接地端连接；所述泄放模块包括：
电阻R3，所述电阻R3的一端与所述电容C2连接所述电阻R2的一端连接；
二极管D3，所述二极管D3的阳极与电阻R3的另一端连接，所述二极管D3的阴极与所述控制模块连接。
在其中一个实施例中，所述供电电路还包括用于输出供电信号的变压模块；所述开关控制电路还包括：
限流电路，与所述变压器初级线圈的输入端连接，用于连接所述变压模块以将所述供电信号输入至所述变压器，并将所述变压器初级线圈输入端的输入电流限值在预设范围内。
在其中一个实施例中，所述限流电路包括
采集模块，用于连接所述变压模块；
驱动模块，所述驱动模块与所述采集模块连接，用于在所述采集模块两端的电压差大于预设阈值的情况下，输出驱动信号；
调节模块，与所述采集模块和所述驱动模块连接，用于连接所述变压器初级线圈输入端，并在接收到所述驱动信号时，将所述输入电流限制在预设范围内。
在其中一个实施例中，所述调节模块在接收到所述驱动信号时，所述调节模块的阻值与所述输入电流的大小呈正相关。
在其中一个实施例中，所述调节模块包括：
MOS管，所述MOS管的栅极与所述驱动模块的第二端连接，所述MOS管的源极与所述驱动模块的第三端连接，所述MOS管的漏极与所述变压器初级线圈输入端连接；
所述MOS管用于接收到所述驱动信号时，工作在变阻区，以将所述输入电流限制在预设范围内。
在其中一个实施例中，所述限流电路还包括：
电压检测模块，与所述变压器初级线圈输入端连接，用于检测所述变压器的初级线圈的输入电压；
所述控制模块还用于当所述输入电压小于第二预设电压时，停止输出所述驱动信号。
第二方面，本申请还提供一种供电电路，包括：
如上述的开关控制电路；
开关模块，所述开关模块的受控端与所述开关控制电路的传输模块和比较模块连接；
控制模块，与所述开关控制电路的传输模块连接，用于输出驱动信号；
变压器，所述变压器的初级线圈的输入端与所述开关模块的连接端连接。
在其中一个实施例中，所述供电电路还包括：
变压模块，与所述开关控制电路的采集模块连接，用于输出供电信号。
第三方面，本申请还提供一种储能电源，包括：
储能负载；
如上述的供电电路，所述供电电路的变压器与所述储能负载连接，用于向所述储能负载供电。
上述开关控制电路、供电电路和储能电源，开关控制电路应用于供电电路，供电电路包括控制模块、变压器及开关模块，其中所述开关模块的连接端与所述变压器连接；开关控制电路包括传输模块、储能模块和比较模块，传输模块用于分别与开关模块的受控端、控制模块连接，以将控制模块的驱动信号传输至开关模块，以驱动开关模块工作；储能模块用于与控制模块连接，并根据控制模块输出的高电平的驱动信号进行储能，且在所述驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压；比较模块与储能模块连接，用于连接开关模块的受控端，并在储能模块的电压大于或等于第一预设电压的情况下，控制开关模块关断。本申请中的开关控制电路能够通过储能模块对控制模块输出的高电平的驱动信号进行储能，从而获取驱动信号的占空比信息，当驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，进一步通过比较模块将储能模块的电压与第一预设电压进行比较，从而当储能模块的电压大于第一预设电压时，判断控制模块输出的信号的占空比信息不满足预设条件，控制开关模块关断，因此使得变压器在控制模块输出的信号的占空比信息不满足预设条件，处于停止工作状态，确保供电安全。
附图说明
图1为本申请一实施例中的供电电路的结构示意图之一；
图2为本申请一实施例中的开关控制电路的结构示意图；
图3为本申请一实施例中的比较模块的结构示意图之一；
图4为本申请一实施例中的比较模块的结构示意图之二；
图5为本申请一实施例中的RC单元的结构示意图；
图6为本申请一实施例中的泄放模块的结构示意图；
图7为本申请一实施例中的限流电路的结构示意图；
图8为本申请一实施例中的驱动模块的结构示意图；
图9为本申请一实施例中的调节模块的结构示意图；
图10为本申请一实施例中的限流保护电路的结构示意图；
图11为本申请一实施例中的供电电路的结构示意图之二；
图12为本申请一实施例中的供电电路的结构示意图之三；
图13为本申请一实施例中的储能电源的结构示意图。
附图标号说明：
1：储能电源；10：供电电路；100：开关控制电路；110：储能模块；111：RC单元；120：比较模块；121：比较单元；122：开关单元；130：传输模块；140：泄放模块；150：限流电路；151：采集模块；152：驱动模块；153：调节模块；200：控制模块；210：单片机；300：变压器；400：开关模块；500：变压模块；510：BUCK电路；600：限流保护电路；700：电压检测模块；20：储能负载。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，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，可以是固定连接，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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。
本申请涉及的开关控制电路可以应用于供电电路中，以控制供电电路的供电状态。示例性地，供电电路可以向储能产品进行供电。参阅图1，图1示出了本申请一实施例中的供电电路的结构示意图之一，供电电路包括控制模块200、变压器300、开关模块400和变压模块500。其中，控制模块200与开关模块400的受控端连接，用于控制开关模块400导通或者断开。开关模块400的两个连接端分别连接变压器300和接地端GND。变压模块500与变压器300连接，用于向变压器300提供供电信号。
其中，变压器300的初级线圈包括输出端和两个地端，其中一个地端连接有二极管D1，二极管D1的阳极与接地端连接，二极管D1的阴极与变压器300的地端连接。另一个地端通过开关模块400与接地端连接。变压器300的次级线圈连接有二极管D2和电容C1，二极管D2的阳极与变压器300的次级线圈的一端连接，二极管D2的阴极与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与接地端GND及变压器300的次级线圈的另一端连接。
示例性地，控制模块200可以是如单片机等微控制器。可以理解的是，在本实施例中，控制模块200主要用于输出PWM（Pulse width modulation wave，脉冲宽度调制）信号以调节正激电源的驱动占空比。
示例性地，开关模块400可以是MOS管Q1，此时MOS管Q1的栅极作为开关模块400的受控端与控制模块200连接，MOS管Q1的源极与接地端GND连接，MOS管Q1的漏极与变压器300的初级线圈连接。
示例性地，变压模块500可以是BUCK电路或者BUCK-BOOST电路等降压或升降压电路，用于在控制模块200的控制下为无输出电感正激电源进行供电。
参阅图2，图2示出了本申请一实施例中的开关控制电路的结构示意图，开关控制电路100包括储能模块110、比较模块120和传输模块130。储能模块110用于与控制模块200连接，并根据控制模块200输出的驱动信号进行储能，且在驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，储能模块110的电压大于或等于第一预设电压；比较模块120与储能模块110连接，用于连接开关模块400的受控端，并获取储能模块110的电压，在储能模块110的电压大于或等于第一预设电压的情况下，控制开关模块400关断；传输模块130用于分别与开关模块400的受控端（即附图1中的MOS管Q1的栅极）及控制模块200连接，以将控制模块200输出的驱动信号传输至开关模块400，以驱使开关模块400工作。
比较模块120可以是任意具有比较功能的比较电路，示例性地，比较电路设有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与储能模块110连接，以接收待比较的电压（即储能模块110的电压），另一个输入端配置有参考电压（即第一预设电压）。例如本实施例中的，比较电路的正相输入端连接储能模块，比较电路的反相输入端连接参考电压。当待比较的电压（即储能模块110的电压）大于参考电压（即第一预设电压）时，比较电路的输出端电压将变为正电压；当待比较的电压（即储能模块110的电压）小于参考电压（即第一预设电压）时，输出端电压将变为负电压。因此，比较电路可以将两个电压信号进行比较，并输出一个相应的电压信号，该电压信号可以进一步控制开关模块400导通或者关断。
上述的传输模块130可以包括电阻，以当控制模块200输出高电平的驱动信号时，一部分通过传输模块130直接输入至开关模块400，另一部分传输至储能模块110进行储能。其中，通过传输模块130传输的驱动信号能够开关模块400的初始状态为导通状态与关断状态高速切换的状态，也即，当控制模块200输出的PWM信号不存在占空比异常时，开关模块400总是处于导通状态和关断状态快速交替的状态，以使得变压器300处于正常工作状态，以保证供电电路的正常供电。
可以理解的是，由于传输模块130能够在控制模块200输出驱动信号时，同步将驱动信号输入至开关模块400以使开关模块400处于导通状态与关断状态高速切换的状态，因此开关模块400的初始状态为导通状态和关断状态快速交替，此时变压器300处于工作状态。同时，由于控制模块200不断输出一定占空比的PWM信号，可以理解的是，PWM信号包括高电平信号和低电平信号，当储能模块110接收控制模块200输出的高电平信号时，开始进行储能，储能模块的电压逐渐增大，在储能模块110的电压小于第一预设电压时，输出低电平的控制信号，此时开关模块400始终处于关断状态，直到储能模块110的电压大于或等于第一预设电压，此时意味着控制模块200输出的驱动信号的高电平持续时间达到预设时间，即驱动信号的占空比大于预设占空比，比较模块120输出高电平的控制信号控制开关模块400关断，从而控制变压器300处于停止工作状态，暂停供电电路的供电过程。
本实施例中，开关控制电路100能够通过储能模块110对控制模块200输出的高电平的驱动信号进行储能，从而获取驱动信号的占空比信息，当驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，进一步通过比较模块120将储能模块110的电压与第一预设电压进行比较，从而当储能模块110的电压大于第一预设电压时，判断控制模块200输出的信号的占空比信息不满足预设条件，控制开关模块400关断，因此使得变压器300在控制模块200输出的信号的占空比信息不满足预设条件，处于停止工作状态，确保供电安全。与此同时，相对于能够直接进行PWM信号控制的集成芯片，本申请中的开关控制电路100由各种基础模块构成，结构简单，具体成本低的优点。
在一个实施例中，如图3所示的比较模块的结构示意图之一，比较模块120包括比较单元121和开关单元122。比较单元121与储能模块110连接，用于在储能模块110的电压大于或等于第一预设电压时，输出导通信号；开关单元122与比较单元121连接，用于连接开关模块400的受控端，并在比较单元121输出导通信号时，控制开关模块400关断。
示例性地，如图4所示的比较模块120的结构示意图之二，比较单元121为作为比较器使用的运算放大器U1，此时运算放大器U1的同相输入端与储能模块110连接，运算放大器U1的反相输入端配置有第一预设电压，运算放大器U1的输出端与开关单元122连接，因此当储能模块110的电压大于或等于第一预设电压时，比较单元121能够输出高电平的导通信号，当储能模块110的电压小于第一预设电压时，比较单元121能够输出低电平信号。
示例性地，再次参考如图4所示的比较模块的结构示意图之二，上述的开关单元122可以包括一个限流电阻R1和三极管Q2，限流电阻R1分别与运算放大器U1的输出端和三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极与接地端GND连接，三极管Q2的集电极与开关模块400连接。当三极管Q2导通时，开关模块400的受控端导通至接地端GND，从而使得开关模块400由保持关断。因此开关单元122能够在比较单元121输出导通信号时，控制开关模块400关断。
在本实施例中，比较模块120通过比较单元121对储能模块110的储能模块110的电压和第一预设电压进行比较，当储能模块110的电压大于或等于第一预设电压时，输出高电平的导通信号，从而控制开关单元122处于导通状态，使得开关模块400关断，也即实现在驱动信号的占空比大于预设占空比时，及时控制开关模块400关断，进一步使得变压器300处于停止工作状态，确保供电电路的供电安全。
在一个实施例中，储能模块包括RC单元，如图5所示的RC单元的结构示意图，RC单元111与控制模块200和比较模块120连接，用于根据控制模块200输出的高电平的驱动信号进行储能，且在驱动信号的第一电平持续时间达到预设时间时，RC单元输出的电压大于或等于第一预设电压；其中，RC单元111的参数值与第一预设电压存在映射关系。
其中，可以将上述的RC单元111理解为RC电路（Resistor-Capacitance circuit，电阻-电容电路）。
示例性地，RC单元111的具体结构可以如图5所示，RC单元111包括电阻R2和电容C2，其中，电阻R2的两端分别与控制模块200和电容C2的一端连接，电容C2的另一端与接地端GND连接。该RC单元111形成慢充充电电路，此时电阻R2的阻值和电容C2的容值即为RC单元111的参数值。
示例性地，当比较模块120中的比较单元121为作为比较器的运算放大器时，电阻R2的两端分别连接控制模块200和运算放大器的同相输入端，电容C2的两端分别连接运算放大器的同相输入端和接地端GND。假设限制控制模块200输出的PWM信号占空比不得超过50%，则当占空比为50%时，设单个信号脉冲中高电平的驱动信号持续时间为T，控制模块200输出的电压为V0，则根据第一预设电压Vref与RC单元111的参数值，以及高电平的驱动信号持续时间T的关系：；也即/>。设V0为5V，Vref为2.5V，控制模块200输出的PWM信号频率为50KHZ，则周期为1/50KHZ=20us，当占空比不超过50%，T不超过10us时，R2*C2=14.4u，也即，可以设置电容C2的容值为1nF，R2的阻值为14.4kΩ。当控制模块200出现故障导致输出的PWM信号的占空比超过50%，即高电平的驱动信号的输出时间超过10us时，在10us时，储能模块的电压会大于2.5V，从而运算放大器输出高电平的导通信号，以控制开关模块400断开，如此即可以将开关模块400所接受到的站控比限制在预设值内。
在本实施例中，储能模块包括RC单元111，通过RC单元111的参数值与所述第一预设电压存在映射关系，即可对RC单元111的参数值进行调节，当占空比大于预设占空比时，储能模块110的电压大于或等于第一预设电压，从而使得比较模块120能够对控制模块200输出的PWM信号的占空比进行判断，当储能模块110的电压大于或等于第一预设电压时，控制开关模块400关断。
在一个实施例中，如图6所示的泄放模块的结构示意图，开关控制电路100还包括泄放模块140，泄放模块140与储能模块110连接，用于在控制模块200输出低电平的驱动信号时，将储能模块110中存储的电能进行泄放。
具体地，泄放模块140与储能模块110的第三端连接，其中储能模块110的第一端与控制模块200连接，储能模块110的第二端与比较模块120连接。
可以理解的是，低电平的驱动信号与高电平的驱动信号组成控制模块200输出的PWM信号。
示例性地，泄放模块140的具体结构可以如图6所示，泄放模块140包括电阻R3和二极管D3，电阻R3的两端分别与储能模块110的第三端和二极管D3的阳极连接，二极管D3的阴极与控制模块200连接。当控制模块200输出的PWM信号为高电平的驱动信号时，储能模块110根据高电平的驱动信号进行储能。当控制模块200输出的PWM信号为低电平的驱动信号时，通过泄放模块140将储能模块110中存储的电能进行快速泄放至控制模块200，以为下一个周期再次进行充电做好准备。需注意的是，当控制模块200输出的PWM信号为低电平的驱动信号时，控制模块200中输出PWM信号的接口相当于接地端，储能模块110的电能能够通过二极管D3流入到控制模块200中输出PWM信号的接口，此时电阻R3及与传输模块130中的电阻处于并联关系，并联后的阻值比与传输模块130中的电阻或R3的阻值更小，储能模块110的存储的电能能够通过与传输模块130中的电阻及电阻R3，快速流入到地中，以实现快速泄放过程。尤其是在控制模块200输出的PMW信号的占空比信号大于50%时，此时PWM在一个周期内高电平持续时间大于低电平持续时间；如果仅依靠与传输模块130中的电阻所在回路进行放电，则储能模块110充电速度与放电速度相等，在所输出的PWM信号多个周期后，储能模块110的电压持续大于第一预设电压，比较模块120持续控制开关模块400关断；而增加泄放模块140后，提升储能模块110放电效率，以为下一个周期再次进行充电做好准备。
在一个实施例中，所述电阻R3的阻值小于与传输模块130中的电阻的阻值。
可以理解的是，上述不存在泄放模块140的实施例的开关控制电路100中，当控制模块200输出的PWM信号占空比大于50%时，在一个周期的脉冲信号内，高电平的驱动信号的输出时间大于低电平的驱动信号的输出时间，由于储能模块110中存储的电量不能泄放，储能模块110中还留有多余的电能，在下个周期来临后，储能模块110中的储能模块110的电压能够更快地到达第一预设电压。
在本实施例中，开关控制电路100通过泄放模块140使得在控制模块200输出低电平的驱动信号时，将储能模块110中存储的电能输出至控制模块200，实现快速泄放。
在一个实施例中，供电电路还包括用于输出供电信号的变压模块，开关控制电路还包括限流电路，限流电路与变压器初级线圈的输入端连接，用于连接变压模块以将供电信号输入至变压器，并将变压器初级线圈输入端的输入电流限值在预设范围内。
限流电路可以是任意能够在电流发生变化时，限值增大和输出电流保持不变或者在预设范围内减小的电路。
本实施例中，通过限流电路对输入电流进行限制，能够保护变压模块在电流过大的情况出现损坏，影响供电电路的供电。
在一个实施例中，如图7所示的限流电路的结构示意图，限流电路150包括采集模块151、驱动模块152和调节模块153。其中，采集模块151用于连接变压模块500；驱动模块152与采集模块151连接，用于在采集模块151两端的电压差大于预设阈值的情况下，输出驱动信号；调节模块153与所述采集模块151和驱动模块152连接，用于连接变压器300的初级线圈的输入端，并在接收到驱动信号时，将输入电流限制在预设范围内。
示例性地，当调节模块153接收到驱动信号时，在驱动信号的控制下，调节模块153的阻值与输入电流的大小呈正相关，因此，输入电流增大的同时，调节模块153的阻值也会增大，从而反过来控制输入电流的大小，使得输入电流被限制在预设范围内。
具体地，当供电电路不存在短路或者过流时，变压模块500输出的供电信号通过采集模块151和调节模块153向变压器300供电，此时采集模块151也会检测的供电信号的电流小于预设电流，也即在采集模块151上产生的压降也会小于与预设电流对应的预设电压，此时驱动模块152不输出驱动信号，驱动模块152对调节模块153不存在驱动作用，但是由于调节模块153还与采集模块151连接，因此供电信号还会通过采集模块151输入至调节模块153，进而为变压器300供电，以使变压器300处于工作状态。反之，当变压器300的次级线圈发生短路或过流时，由于变压器300的电压/电流反射效应，在开关模块400处于导通状态时，变压器300初级线圈输入端的输入电流将增大，此时采集模块151能够检测到增大后的输入电流，当输入电流大于预设电流时，驱动模块152会输出驱动信号，从而控制调节模块153将输入电流限值在预设范围内，以保证变压器300的安全工作。
示例性地，参考如图8所示的驱动模块的结构示意图，上述的采集模块151可以是采样电阻R4。
驱动模块152的具体结构可以如图8所示，驱动模块152包括三极管Q3、电阻R5和电阻R6，其中电阻R6分别与接地端GND和调节模块153连接，三极管Q3的集电极作为驱动模块152的第一端，三极管Q3的基极作为驱动模块152的第二端，三极管Q3的发射极作为驱动模块152的第三端。
调节模块153的具体结构可以如图9所示，调节模块153包括MOS管Q4，MOS管Q4的栅极分别与电阻R5和电阻R6连接，MOS管Q4的源极与三极管Q3的基极连接，MOS管Q4的漏极与变压器300初级线圈的输入端连接。
当供电电路电流正常时，变压模块500输出的供电信号通过采样电阻R4和MOS管Q4向变压器300供电，此时流经采样电阻R4的电流较小，在采样电阻R4上产生的压降也较小，此时三极管Q3的集电极和基极之间的电压差较小，因此三极管Q3处于截止状态，电阻R5不参与传输供电信号，但是由于MOS管Q4的栅极与采样电阻R4连接，以及电阻R6的存在，MOS管Q4的栅极和源极之间的电压差能够达到MOS管Q4的导通门限，因此MOS管Q4能够持续导通，以传输供电信号至变压器300，以使变压器300正常工作。
相反地，当变压器300次级线圈出现短路或过流时，在开关模块400处于导通状态时，变压器300初级线圈的输入端的输入电流将增大，当输入电流增大至超过预设电流时，输入电流在流经采样电阻R4时在采样电阻R4的两端产生较大压降，该压降超过三极管Q3的导通门限，也即预设电流的大小与三极管Q3的导通电压门限以及采样电阻R4的阻值有关。三极管Q3处于导通状态，输入电流经在电阻R5的两端产生压降，使得MOS管Q4的栅极和源极电压差的绝对值减小，此时MOS管Q4工作在变阻区，此时不论MOS管Q4的栅极和源极电压如何减小，MOS管Q4输出至变压器300的电流被限制在预设范围。
例如，设供电信号的电压值为12V，变压器300初级线圈与次级线圈之间的匝数比为1:1，次级线圈的安全工作电流为0.1A，在占空比为50%的情况下，初级线圈导通器件的平均电流为0.1/50%=0.2A（忽略励磁电流），设三极管Q3为NPN型三极管，导通门限电压为0.6V，MOS管Q4为P型MOS管，其G-S导通门限为-4V，采样电阻R4的阻值为2Ω，电阻R5的阻值为100Ω，电阻R6的阻值为10kΩ，当变压器300次级线圈的电流正常时，初级线圈中的电流不大于0.2A，采样电阻R1上产生的压降为0.4V，三极管Q3处于截止状态，MOS管Q4的栅极和源极之间的压降VG-S小于-4V，基于PMOS管的特性，当VG-S小于一定的值就会导通，因此三极管Q3能够导通，正常为变压器300供电。当变压器300次级线圈出现短路或过流时，假设次级线圈产生的电路为0.15A，此时初级线圈输入端的输入电路接近0.3A，此时采样电阻R4两端的压降为0.6A，因此三极管Q3导通，进而电阻R6两端的压降增大，VG-S的绝对值减小，使得MOS管Q4工作在变阻区，将输入电流限制在0.3A，阻止输入电流进步一增大，避免变压模块500过流或短路。此次级线圈的电流也被限制在0.15A。
在本实施例中，通过采集模块151传输的供电信号，使得供电电路在电流处于安全阈值内能够正常接收供电信号，当变压器300初级线圈输入端的输入电流大于预设电流时，说明此时供电电路出现过流或短路的情况，此时驱动模块152输出驱动信号以使调节模块153将输入电流限值在预设范围，并输出至变压器300，使得变压器300正常工作，进而提高供电电路的过流和短路保护能力，确保供电安全。与此同时，相对于其余限流电路其余可能的结构，本实施例中的限流电路由各种电路模块组成，具有反应迅速，可靠性强的优点。
在一个实施例中，限流电路还包括电压检测模块，电压检测模块与变压器初级线圈输入端连接，用于检测变压器的初级线圈的输入电压；控制模块还用于当输入电压的电压小于第二预设电压时，停止输出驱动信号。
具体地，当调节模块将输入电流限值在预设范围内时，如果与次级线圈连接的电路中的电阻较小，将会导致次级线圈的电压较低，因此初级线圈输入端的输入电压也将下降，控制模块通过ADC接口（Analog-to-digital converter，模数转换接口）对输入电压进行判断，当输入电压下降至小于第二预设电压时，停止输出PWM信号，即驱动信号。
在本实施例中，通过电压检测模块获取变压器初级线圈输入端的输入电压，当控制模块判断输入电压小于第二预设电压时，停止输出PWM信号，使得开关模块关断，从而使得供电电路处于安全状态。
在一个实施例中，调节模块包括传感模块，传感模块与变压模块和变压器初级线圈输入端连接，用于在变压器初级线圈输入端的输入电流大于预设电流时，处于电阻增大状态，并将输入电流限制在预设范围内。
示例性地，传感模块可以是PTC（Positive Temperature Coefficient，正温度系数）热敏电阻，具体地，PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度（居里温度）时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。也即，预设电流与居里温度对应，当输入电流大于预设电流时，PTC热敏电阻的阻值升高，将输入电流限值在预设的范围内，从而使得输入至变压器的输入电流不会继续增大，能够确保供电电路的供电安全。
本申请提供一种控制芯片，控制芯片包括上述任一实施例中的开关控制电路和控制模块，控制模块与开关控制电路的储能模块和传输模块连接，用于输出驱动信号至储能模块和传输模块。
本实施例中对开关控制电路和控制模块的进一步说明可参见上文实施例中的相应记载。
结合图10所示，图10示出了本申请一实施例中的限流保护电路的结构示意图，限流保护电路600应用于供电电路，供电电路包括用于输出供电信号的变压模块500；本实施例中提供的限流保护电路600包括采集模块151、驱动模块152和调节模块153。其中，采集模块151用于连接变压模块500；驱动模块152与采集模块151连接，用于在采集模块151两端的电压差大于预设阈值的情况下，输出驱动信号；调节模块153与所述采集模块151和驱动模块152连接，用于连接变压器300的初级线圈的输入端，并在接收到驱动信号时，将输入电流限制在预设范围内。
本实施例中对采集模块151、驱动模块152和调节模块153的具体限定可以参考上文实施例中的记载。
在一个实施例中，限流保护电路还包括电压检测模块，电压检测模块，与变压器初级线圈输入端连接，用于检测变压器的初级线圈的输入电压；控制模块还用于当输入电压小于第二预设电压时，停止输出驱动信号。
本实施例中对电压检测模块的具体限定可参考上文任一实施例中对电压检测模块的记载。
结合图11所示，图11示出了本申请一实施例中的供电电路的结构示意图之二，本实施例中提供的供电电路10包括上述任一实施例中的开关控制电路100、控制模块200、变压器300和开关模块400。其中，控制模块200与开关控制电路100的传输模块130连接，用于输出驱动信号；变压器300的初级线圈的输入端与开关模块400的连接端连接；开关模块400的受控端与开关控制电路100的传输模块130和比较模块120连接。
在一个实施例中，图12示出了本申请实施例中的供电电路的结构示意图之三，本实施例中供电电路包括单片机210、RC单元111、比较模块120、传输模块130、泄放模块140、采集模块151、驱动模块152、调节模块153、变压器300、开关模块400、BUCK电路510和电压检测模块700。其中传输模块130包括电阻R7，其余各模块的功能、结构以及模块与模块之间的连接关系和运行过程可参见上文实施例中的介绍。
结合图13所示，图13示出了本申请一实施例中的储能电源的结构示意图，本实施例中提供的储能电源1包括上述任一实施例中的供电电路10和储能负载20，供电电路10的变压器300与储能负载20连接，用于向储能负载20供电。
其中，储能负载20可以是任意储能产品。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种开关控制电路，其特征在于，应用于供电电路，所述供电电路包括控制模块、变压器及开关模块，其中所述开关模块的连接端与所述变压器连接；所述开关控制电路包括：
传输模块，用于分别与所述开关模块的受控端、所述控制模块连接，以将所述控制模块的驱动信号传输至所述开关模块，以驱动所述开关模块工作；
储能模块，用于与所述控制模块连接，并根据所述控制模块输出的驱动信号进行储能，且在所述驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压；
比较模块，与所述储能模块连接，用于连接所述开关模块的受控端，在所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压的情况下，控制所述开关模块关断；所述比较模块包括：
比较单元，与所述储能模块连接，用于在所述储能模块的电压大于或等于第一预设电压时，输出导通信号；
开关单元，与所述比较单元连接，用于连接所述开关模块的受控端，并在所述比较单元输出所述导通信号时，控制所述开关模块关断；
泄放模块，与所述储能模块连接，用于在控制模块输出低电平的驱动信号时，将储能模块中存储的电能进行泄放；所述储能模块包括电阻R2和电容C2；所述电阻R2的两端分别连接控制模块和电容C2的一端，所述电容C2的另一端与接地端连接；所述泄放模块包括：
电阻R3，所述电阻R3的一端与所述电容C2连接所述电阻R2的一端连接；
二极管D3，所述二极管D3的阳极与电阻R3的另一端连接，所述二极管D3的阴极与所述控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述电阻R2和所述电容C2用于根据所述驱动信号进行储能，且在所述驱动信号的高电平持续时间达到预设时间时，所述电阻R2和所述电容C2的电压大于或等于第一预设电压；
其中，所述电阻R2的阻值和所述电容C2的容值与所述第一预设电压存在映射关系。
3.根据权利要求1至2任一项所述的开关控制电路，其特征在于，所述供电电路还包括用于输出供电信号的变压模块；所述开关控制电路还包括：
限流电路，与所述变压器初级线圈的输入端连接，用于连接所述变压模块以将所述供电信号输入至所述变压器，并将所述变压器初级线圈输入端的输入电流限值在预设范围内。
4.根据权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于，所述限流电路包括
采集模块，用于连接所述变压模块；
驱动模块，所述驱动模块与所述采集模块连接，用于在所述采集模块两端的电压差大于预设阈值的情况下，输出驱动信号；
调节模块，与所述采集模块和所述驱动模块连接，用于连接所述变压器初级线圈输入端，并在接收到所述驱动信号时，将所述输入电流限制在预设范围内。
5.根据权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于，所述调节模块在接收到所述驱动信号时，所述调节模块的阻值与所述输入电流的大小呈正相关。
6.根据权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于，所述驱动模块的第一端与所述采集模块连接；所述调节模块包括：
MOS管，所述MOS管的栅极与所述驱动模块的第二端连接，所述MOS管的源极与所述驱动模块的第三端连接，所述MOS管的漏极与所述变压器初级线圈输入端连接；
所述MOS管用于接收到所述驱动信号时，工作在变阻区，以将所述输入电流限制在预设范围内。
7.根据权利要求3所述的开关控制电路，其特征在于，所述限流电路还包括：
电压检测模块，与所述变压器初级线圈输入端连接，用于检测所述变压器的初级线圈的输入电压；
所述控制模块还用于当所述输入电压小于第二预设电压时，停止输出所述驱动信号。
8.一种供电电路，其特征在于，包括：
如权利要求1至7任一项所述的开关控制电路；
开关模块，所述开关模块的受控端与所述开关控制电路的传输模块和比较模块连接；
控制模块，与所述开关控制电路的传输模块连接，用于输出驱动信号；
变压器，所述变压器的初级线圈的输入端与所述开关模块的连接端连接。
9.根据权利要求8所述的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括：
变压模块，与所述开关控制电路的采集模块连接，用于输出供电信号。
10.一种储能电源，其特征在于，包括：
储能负载；
如权利要求8或9所述的供电电路，所述供电电路的变压器与所述储能负载连接，用于向所述储能负载供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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