CN204810144U - 输入掉电输出维持电路 - Google Patents

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Abstract

一种输入掉电输出维持电路，包括一输入电容，一具有一第一端及一用以接地的第二端的第一输出电容，一电耦接在该输入电容与该第一输出电容之间的升压电路，一端与该第一输出电容的该第一端电耦接的一第一功率开关，一第二输出电容，其具有一与该第一功率开关的另一端电耦接的第三端，及一与该第一输出电容的第二端电耦接的第四端，以及一电耦接在该输入电容与该第二输出电容的第三端之间的第二功率开关。

Description

输入掉电输出维持电路
技术领域
本实用新型涉及一种应用在电源供应装置中的电源维持电路，特别是涉及一种输入掉电输出维持电路。
背景技术
参见图1所示，是现有一种典型的电源供应器1，其主要包括接受一交流或直流输入电源10，以对其进行整流并升压的整流及升压转换电路11，电耦接在整流及升压转换电路11的输出端，以对整流及升压转换电路11的一输出电压进行滤波及稳压的一二极管D1及一输出电容C1，以及一与输出电容C1电耦接的直流/直流转换器12，其将输出电容C1提供的电压转换成一个或多个不同的直流电压Vo1～Von，以供应后端的一个或多个负载(图未示)使用。
且为了在输入电源10突然掉电或者短暂掉电时，电源供应器1能够在一维持时间内正常供电给负载，以让负载能实时储存信息或者在短暂掉电时仍能正常工作，在不改变电源供应器1的结构下，一般的做法是增加输出电容C1的容值以及增加直流/直流转换器12的工作范围。然而增加输出电容C1的容值将会增加电容的体积和电源成本，而增加直流/直流转换器12的工作范围将导致其在正常工作时的转换效率(性能)变差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种输入掉电输出维持电路，其在输入掉电时能让输出电压在一维持时间内稳定，并具有低成本和良好的转换效率。
本实用新型输入掉电输出维持电路包括：一输入电容；一第一输出电容，具有一第一端及一用以接地的第二端；一升压电路，电耦接在该输入电容与该第一输出电容之间；一第一功率开关，其一端与该第一输出电容的该第一端电耦接；一第二输出电容，具有一与该第一功率开关的另一端电耦接的第三端，及一与该第一输出电容的第二端电耦接的第四端；及一第二功率开关，其电耦接在该输入电容与该第二输出电容的第三端之间。
在本实用新型的一实施例中，该输入电容与一直流电源并联以对其滤波并稳压，该升压电路将该输入电容提供的电压升压至一默认电压并输出至该第一输出电容，且当该输入电容的电压大于或等于一默认值时，该第一功率开关常闭合且该第二功率开关常开路，否则该第一功率开关常开路且该第二功率开关常闭合。
在本实用新型的一实施例中，该输入电容、该第一功率开关及该第二功率开关是被一控制器控制而运作，该控制器判断该输入电容的电压大于或等于该默认值时，其控制该第一功率开关常闭合且该第二功率开关常开路，否则控制该第一功率开关常开路且该第二功率开关常闭合。
在本实用新型的一实施例中，该输入掉电输出维持电路还包括一电耦接在该第二功率开关的第四端与该第一功率开关的第二端之间的第三功率开关，以及一与该第三功率开关并联的限流电阻。
在本实用新型上述的该实施例中，当该输入电容的电压大于或等于一默认值时，该第三功率开关常闭合，否则该第三功率开关常开路。
在本实用新型的一实施例中，当该输入电容的电压从小于该默认值回复到大于或等于该默认值时，该第二功率开关及该第三功率开关开路，且该第一功率开关是以脉波宽度调变方式运作，使该第一输出电容经由该第一功率开关、该第二输出电容及该限流电阻构成的一充电回路，对该第二输出电容充电，直到该第二输出电容的电压相当于该第一输出电容的电压，该第一功率开关和该第三功率开关常闭合。
在本实用新型的一实施例中，该输入电容、该第二输出电容、该第一功率开关、该第二功率开关及该第三功率开关与一控制器电耦接，且该控制器根据该输入电容及该第二输出电容的电压，控制该第一功率开关、该第二功率开关及该第三功率开关的运作。
而在本实用新型的一实施例中该升压电路可以是升压(boost)转换器、降压(buck)-升压(boost)转换器或单端初级电感(SEPIC)转换器。
在本实用新型的一实施例中，该第一功率开关、该第二功率开关及该第三功率开关可以是MOSFET开关、IGBT开关或BJT开关。
本实用新型的有益的效果在于：根据输入电容上的电压变化，适当控制第一、第二(及第三)功率开关作动，使得输入电源掉电时，第二输出电容能经由第二功率开关输出电能给输入电容，使升压电路在掉电之后的一段维持时间内，仍能稳定地输出电压给负载，使负载能在掉电后的该段维持时间内及时进行信息储存或者仍能维持正常工作，并且借由限流电阻及适当控制第一、第二及第三功率开关作动，能避免开机启动时及掉电恢复时，第一及第二输出电容等电路不致承受过大电流的冲击。
附图说明
图1显示现有一种典型的电源供应器的电路方块图。
图2显示本实用新型输入掉电输出维持电路的第一实施例的电路方块图。
图3显示第一实施例输入掉电输出维持电路的实际电路。
图4显示第一实施例在正常供电时第一功率开关常闭合且第二功率开关常开路。
图5显示第一实施例在掉电时第一功率开关常开路且第二功率开关常闭合。
图6显示本实用新型输入掉电输出维持电路的第二实施例的电路方块图。
图7显示第二实施例输入掉电输出维持电路的实际电路。
图8显示第二实施例在正常供电时第一及第三功率开关常闭合且第二功率开关常开路。
图9显示第二实施例在掉电时第一及第三功率开关常开路且第二功率开关常闭合。
图10显示第二实施例刚恢复正常供电时第一输出电容经由第一功率开关及限流电阻对第二输出电容充电。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
参见图2及图3所示，是本实用新型输入掉电输出维持电路的第一实施例，其电耦接在一直流电源Vin与一负载RLd之间，其中图2是第一实施例的电路方块示意图，图3是图2中输入掉电输出维持电路3的实际电路。且如图2所示，直流电源Vin实际上是一输入电源20经过一整流电路21整流后的脉动直流电压，负载RLd则代表图2中的一直流/直流转换器22的等效负载。且本实施例的输入掉电输出维持电路3包括一与直流电源Vin并联的输入电容Cin、一与负载RLd(直流/直流转换器22)并联第一输出电容Co1、一电耦接在输入电容Vin与第一输出电容Co1之间的升压电路30、一第一功率开关S1、一第二输出电容Co2及一第二功率开关S2。
其中输入电容Cin对直流电源Vin进行滤波及稳压，使直流电源Vin的电压维持稳定。第一输出电容Co1具有一第一端31及一接地的第二端32。升压电路30用以将输入电容Cin提供的电压升压至一默认的电压Vo并输出至第一输出电容Co1。第一功率开关S1的一端与第一输出电容Co1的第一端31电耦接，第二输出电容Co1具有一与第一功率开关S1的另一端电耦接的第三端33，及一与第一输出电容Co1的第二端32电耦接的第四端34；且第二功率开关S2电耦接在输入电容Cin与第二输出电容Co2的第三端33之间；而且第一输出电容Co1的容值约为第二输出电容Co2的四分之一至五分之一。
借此，当输入电源Vin正常供电，使输入电容Cin的电压维持在大于或等于一默认值时，如图4所示，令第一功率开关S1常闭合且第二功率开关S2常开路，此时，第一输出电容Co1正常供电给负载RLd(直流/直流转换器22)，使直流/直流转换器22根据第一输出电容Co1提供的电压Vo产生一个或多个不同的直流电压Vo1～Von，以供应后端的一个或多个负载(图未示)使用。同时，第二输出电容Co2与第一输出电容Co1并联，而被第一输出电容Co1充电以预储存电能于其中。且上述的默认值是指仍能供应升压电路30运作的电压值。而且由于第一输出电容Co1与第二输出电容Co2借由第一功率开关实现完全并联，且升压电路30和直流/直流转换器22之间没有串接电路亦没有旁路二极管，使得直流/直流转换器22能产生更高的转换效率。
而当输入电源Vin掉电(突然停止供电)时，输入电容Cin的电压会开始下降，此时，如图5所示，令第一功率开关S1常开路且第二功率开关S2常闭合，使第二输出电容Co2经由第二功率开关S2输出电能给输入电容Cin，而拉高输入电容Cin的电压，使输入电容Cin能延长供电给升压电路30的时间，而使升压电路30在掉电之后的一段维持时间内，仍能稳定地供应电压Vo给负载RLd(直流/直流转换器22)，使负载RLd能在掉电后的该维持时间内及时进行信息储存或者仍能维持正常工作。
更确切地说，本实施例的第一功率开关S1及第二功率开关S2是被一控制器(图未示)控制，该控制器与输入电容Cin电耦接，并于判断输入电容Cin的电压大于或等于该默认值时，控制第一功率开关S1常闭合且第二功率开关S2常开路，否则控制第一功率开关S1常开路且第二功率开关常闭合。当然，控制器也可包含在本实施例的输入掉电输出维持电路中。
因此，本实施例借由适时控制第一及第二功率开关的运作，使用单一个升压电路30即能达到在输入电源掉电之后的一段维持时间内，仍能稳定地供应电压Vo给负载RLd的目的，并具有低成本及良好的转换效率。
再参见图6及图7所示，是本实用新型输入掉电输出维持电路的第二实施例，其同样电耦接在一直流电源Vin与一负载RLd之间，其中图6是本实施例的电路方块图，图7是本实施例输入掉电输出维持电路3’的实际电路。且如图6所示，图7中的直流电源Vin是输入电源20经过整流电路21整流后的一脉动直流电压，负载RLd是代表图6中的一直流/直流转换器22的等效负载。且本实施例的输入掉电输出维持电路3’除了包括第一实施例的电路外，还包括一电耦接在第二功率开关S2的第四端34与第一功率开关S1的第二端32之间的第三功率开关S3，以及一与第三功率开关S3并联的限流电阻R。且本实施例的第一、第二及第三功率开关S1、S2、S3是被一控制器(图未示)控制作动与否，而且控制器与输入电容Cin及第二输出电容Co2电耦接，以侦测输入电容Cin和第二输出电容Co2所储存的电压。因此控制器也可包含在本实施例的输入掉电输出维持电路3’中。
借此，如图6和图7所示，当开机启动时，为避免输入电源Vin在开机瞬间产生的突波电流对第一及第二输出电容Co1、Co2直接造成冲击，控制器会先令第一、第二及第三功率开关S1、S2、S3均处于开路状态，此时输入电源Vin在开机瞬间产生的突波电流会经由第一及第二功率开关S1、S2的本体二极管(bodydiode)流经第一输出电容Co1、第二输出电容Co2及限流电阻R，并由限流电阻R抑制突波电流，而有效降低突波电流对电路造成的冲击。
接着，如图8所示，当输入电源Vin输出的电流稳定(即正常稳定供电)，使输入电容Cin的电压维持在大于或等于一默认值时，控制器令第一功率开关S1及第三功率开关S3常闭合，第二功率开关S2常开路，此时，第一输出电容Co1正常供电给负载RLd(直流/直流转换器22)，使直流/直流转换器22根据第一输出电容Co1提供的电压Vo产生一个或多个不同的直流电压Vo1～Von，以供应后端的一个或多个负载(图未示)使用。同时，第二输出电容Co2与第一输出电容Co1并联而预储存电能于其中。而上述的默认值是指仍能供应升压电路30运作的电压值。而且此时第一输出电容Co1与第二输出电容Co2亦实现完全并联，且升压电路30和直流/直流转换器22之间没有串接电路亦没有旁路二极管，使得直流/直流转换器22具有更佳的转换效率。
而当输入电源Vin掉电(突然停止供电)时，控制器侦测到输入电容Cin的电压开始下降，此时，如图9所示，控制器令第一及第三功率开关S1、S3常开路且第二功率开关S2常闭合，使第二输出电容Co2能经由第二功率开关S2输出电能给输入电容Cin，而拉高输入电容Cin的电压，以使输入电容Cin能延长供电给升压电路30的时间，而使升压电路30在掉电之后的一段维持时间内，仍能稳定地输出电压Vo给负载RLd(直流/直流转换器22)，使负载RLd能在掉电后的该段维持时间内及时进行信息储存或者仍能维持正常工作。
然后，当控制器侦测到输入电源Vin短暂掉电后再次恢复供电时，由于第一输出电容Co1的容值小于第二输出电容Co2，因此第一输出电容Co1上的电压会很快地达到默认的电压Vo并对第二输出电容Co2充电，此时为避免第一输入电容Co1对第二输入电容Co2的充电电流过大，如图10所示，控制器会令第二和第三功率开关S2、S3开路，并以脉波宽度调变(PWM)方式控制第一功率开关S1作动，而以软启动的方式，让第一输出电容Co1输出的电流经由第一功率开关S1及限流电阻R对第二输出电容Co2充电，使第二输出电容Co2不致遭受过大的电流冲击。而当控制器判断第二输出电容Co2的电压已达到与第一输出电容Co1相当(相同)时，即令第一和第三功率开关S1、S3常闭合且第二功率开关S2常开路，使升压电路30再次经由第一输出电容Co1正常供应电压Vo给负载RLd(直流/直流转换器22)。
此外，值得一提的是，上述第一及第二实施例中的升压电路30虽是以升压(boost)转换器为例，但并不以此为限，该升压电路也可以是降压(buck)-升压(boost)转换器或单端初级电感(SEPIC)转换器等。
再者，上述的第一、第二及第三功率开关S1、S2、S3可以是MOSFET开关、IGBT开关或BJT开关等功率晶体管开关。
综上所述可知，上述实施例借由根据输入电容Cin上的电压变化，适当控制第一、第二(及第三)功率开关作动，使得输入电源Vin掉电时，第二输出电容Co2能经由第二功率开关S2输出电能给输入电容Cin，使升压电路30在掉电之后的一段维持时间内，仍能稳定地输出电压Vo给负载RLd(直流/直流转换器22)，使负载RLd能在掉电后的该段维持时间内及时进行信息储存或者仍能维持正常工作，并且借由限流电阻及适当控制第一、第二及第三功率开关作动，能避免开机启动时及掉电恢复时，第一及第二输出电容Co1、Co2等电路不致承受过大电流的冲击，确实达到本实用新型的功效与目的。

Claims (9)

1.一种输入掉电输出维持电路，其特征在于：
该输入掉电输出维持电路包括：
一输入电容；
一第一输出电容，具有一第一端及一用以接地的第二端；
一升压电路，电耦接在该输入电容与该第一输出电容之间；
一第一功率开关，其一端与该第一输出电容的该第一端电耦接；
一第二输出电容，具有一与该第一功率开关的另一端电耦接的第三端，及一与该第一输出电容的第二端电耦接的第四端；及
一第二功率开关，其电耦接在该输入电容与该第二输出电容的第三端之间。
2.根据权利要求1所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：该输入电容与一直流电源并联以对其滤波并稳压，该升压电路将该输入电容提供的电压升压至一默认电压并输出至该第一输出电容，且当该输入电容的电压大于或等于一默认值时，该第一功率开关常闭合且该第二功率开关常开路，否则该第一功率开关常开路且该第二功率开关常闭合。
3.根据权利要求2所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：该输入电容、该第一功率开关及该第二功率开关是被一控制器控制而运作，该控制器判断该输入电容的电压大于或等于该默认值时，其控制该第一功率开关常闭合且该第二功率开关常开路，否则控制该第一功率开关常开路且该第二功率开关常闭合。
4.根据权利要求1所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：该输入掉电输出维持电路还包括一电耦接在该第二功率开关的第四端与该第一功率开关的第二端之间的第三功率开关，以及一与该第三功率开关并联的限流电阻。
5.根据权利要求4所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：当该输入电容的电压大于或等于一默认值时，该第三功率开关常闭合，否则该第三功率开关常开路。
6.根据权利要求5所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：当该输入电容的电压从小于该默认值回复到大于或等于该默认值时，该第二功率开关及该第三功率开关开路，且该第一功率开关是以脉波宽度调变方式运作，使该第一输出电容经由该第一功率开关、该第二输出电容及该限流电阻构成的一充电回路，对该第二输出电容充电，直到该第二输出电容的电压相当于该第一输出电容的电压，该第一功率开关和该第三功率开关常闭合。
7.根据权利要求6所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：该输入电容、该第二输出电容、该第一功率开关、该第二功率开关及该第三功率开关与一控制器电耦接，且该控制器根据该输入电容及该第二输出电容的电压，控制该第一功率开关、该第二功率开关及该第三功率开关的运作。
8.根据权利要求1所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：该升压电路是升压转换器、降压-升压转换器或单端初级电感转换器。
9.根据权利要求4所述的输入掉电输出维持电路，其特征在于：该第一功率开关、该第二功率开关及该第三功率开关是MOSFET开关、IGBT开关或BJT开关。
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