CN208272855U - 一种隔离控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔离控制电路，采集比较模块1至N的各输入端用于采集开关电源对应各路的输出电压、与预设的参考电平进行比较，然后通过各采集比较模块的输出端输出各比较信号到第一控制模块对应的输入端，第一控制模块依据各比较信号执行是否输出高电平至隔离模块的第一输入端，隔离模块将其第一输入端输入的高电平信号隔离传输至其输出端，再经过第二控制模块进行电平匹配处理，最后输出到隔离控制电路的输出端；本实用新型当某输入端电压发生变化时即能通过其输出端输出控制信号，应用于多路输出的开关电源后能有效对开关电源控制端给予反馈，提高开关电源的可靠性。

Description

一种隔离控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，具体的，涉及开关电源中的隔离控制电路。

背景技术

在开关电源设计中常需要将输出边的信息传输给输入边，如输出边的输出状态是否正常，如短路、过流等等，而根据安规要求，我们需要在输入输出间保证一定的隔离，在业界中常采用光电耦合器和继电器来完成这一任务，当需要同时监控多路输出的时候，就需要多个继电器或光电耦合器，这样会导致成本、功耗、体积的不必要的浪费。

现急需一种低成本、高可靠性、高绝缘耐压、能实现同时监控多路的隔离控制电路。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种隔离控制电路，在多路输出的某一路电压发生变化时有效的给予控制端反馈，提高产品的可靠性。

本实用新型提供的隔离保护控制电路的技术方案如下：

一种隔离控制电路，其包括：N个采集比较模块、第一控制模块、隔离模块、第二控制模块，N为大于或等于1的自然数；

其连接关系为：N个采集比较模块的输入端即为隔离控制电路的N个输入端，各采集比较模块的输出端与第一控制模块的对应输入端连接，第一控制模块的输出端与隔离模块的第一输入端连接，隔离模块的第二输入端与第一供电端口连接，隔离模块的输出端与第二控制模块的输入端连接，第二控制模块的输出端即为隔离控制电路的输出端；

各采集比较模块用于采集输入信号并将其处理转化为可被第一控制模块识别的信号；第一控制模块用于将采集比较模块传输来的信号整合、逻辑转换并传输给隔离模块；隔离模块用于将第一控制模块传输来的信号传输给第二控制模块并保证第一控制模块与第二控制模块的隔离；第二控制模块用于将隔离模块传输来的信号进行适用于输出系统的电平转换处理并传输给输出系统。

作为采集比较模块的一种具体的实施方式，包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和可控精密稳压源，可控精密稳压源的参考极与第五电阻的第一端及第六电阻的第一端连接，第五电阻的第二端为采集比较模块的输入端，第六电阻的第二端与第一参考地连接，可控精密稳压源的阴极与第七电阻的第一端及采集比较模块的输出端连接，可控精密稳压源的阳极与第一参考地连接，第七电阻的第二端与第一供电端连接。

作为上述采集比较模块一种具体实施方式的改进，还包括第三稳压管，第三稳压管的阴极与第一供电端连接，第三稳压管的阳极通过第七电阻与所述可控精密稳压源的阴极连接。

作为采集比较模块的另外一种具体的实施方式，包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一运算放大器，第一运算放大器同向输入端与第五电阻的第一端及第六电阻的第一端连接，第一运算放大器反向输入端与第七电阻的第一端及第八电阻的第一端连接，第五电阻的第二端与第一供电端连接，第七电阻的第二端为采集比较模块的输入端，第八电阻的第二端与第六电阻的第二端及第一参考地连接，第一运算放大器的输出端为采集比较模块的输出端。

优选地，第一控制模块包括逻辑驱动模块、N个防串扰模块和延时模块，防串扰模块的输入端与对应的第一控制模块的输入端连接，各防串扰模块的输出端与延时模块的输入端连接，延时模块的输出端与逻辑驱动模块的输入端连接，逻辑驱动模块的输出端为第一控制模块的输出端；逻辑驱动模块用于整合接收到的信号、根据需求的逻辑调整并输出到第一控制模块的输出端；各防串扰模块用于防止采集比较模块传输来的某路信号干扰到采集比较模块传输来的其它路信号；延时模块用于防止因输入端电压构建顺序的不一致导致后级电路的误触发。

作为逻辑驱动模块的一种具体的实施方式，包括：第二稳压管、第二NPN三极管、第三电容和第四电阻，第二稳压管的阳极与逻辑驱动模块的输入端连接，第二稳压管的阴极与第三电容的第一端及第二NPN三极管的基极连接，第二NPN三极管的集电极通过第四电阻与逻辑驱动模块的输出端连接，第二NPN三极管的发射极与第三电容的第二端及第一参考地连接。

作为各防串扰模块的一种具体的实施方式，由二极管组成，二极管的阳极为各防串扰模块的输入端，二极管的阴极为各防串扰模块的输出端。

作为各防串扰模块的另一种具体的实施方式，由三极管组成，将三极管的集电极与基极短路，三极管的集电极为防串扰模块的输入端，三极管的发射极为防串扰模块的输出端。

作为延时模块的一种具体的实施方式，包括：第一电容、第一电阻，第一电阻的两端并联在所述第一电容的两端，第一电容的第一端与延时模块的输出端及延时模块的输入端连接，第一电容的第二端与第一参考地连接。

作为隔离模块的一种具体的实施方式，包括：光耦合器和第二电阻，光耦合器的阳极为隔离模块的第二输入端，光耦合器的阴极为隔离模块的第一输入端，光耦合器的集电极通过第二电阻与第二供电端口连接，光耦合器的发射极为隔离模块的输出端。

作为第二控制模块的一种具体的实施方式，包括：第一NPN三极管、第二电容、第一稳压管和第三电阻，第一电容的第一端与第二控制模块的输入端及第一稳压管的阴极连接，第一稳压管的阳极与第一NPN三极管的基极连接，第一NPN三极管的集电极通过第三电阻与第二控制模块的输出端连接，第一NPN三极管的发射极与第二参考地及第一电容的第二端连接。

本实用新型的有益效果如下：

1、当某输入端电压发生变化时即能通过其输出端输出控制信号，应用于多路输出的开关电源后能有效对开关电源控制端给予反馈，提高开关电源的可靠性。

2、拥有延时模块的隔离控制电路，拥有防短暂干扰的能力，也可防止在才开始构建电压时传输错误信号；

3、采用三级管作为第二控制模块的输出元件，可以有效提升该电路的输出能力，能够使本电路的运用场合更广；

4、第二控制模块中使用稳压管是为了提升产品的稳定性，防止在使用过程中外界的干扰导致产品错误输出；

5、各功能模块具体的实现方案简单，实施成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型第一实施例电路原理图；

图3为本实用新型第二实施例电路原理图；

图4为本实用新型第三实施例电路原理图。

具体实施方式

图1为本实用新型的原理框图，采集比较模块1至N的各输入端用于采集开关电源对应各路的输出电压、与预设的参考电平进行比较，然后通过各采集比较模块的输出端输出各比较信号到第一控制模块对应的输入端，第一控制模块依据各比较信号执行是否输出高电平至隔离模块的第一输入端，隔离模块将其第一输入端输入的高电平信号隔离传输至其输出端，再经过第二控制模块进行电平匹配(即将隔离模块传输来的信号通过第二控制模块转换为输出系统所适用的电平信号)处理，最后输出到隔离控制电路的输出端。

第一实施例

图2所示为第一实施例的电路图，本实施例针对的为有2路输出的开关电源设计的隔离控制电路，即N为2，各电路模块具体的电路结构如下：

采集比较模块1，包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7和TL431U1，TL431U1的参考极与电阻R5的第一端及电阻R6的第一端连接，电阻R5的第二端为采集比较模块1的输入端VIN1，电阻R6的第二端与第一参考地GND1连接，TL431U1的阴极与电阻R7的第一端及采集比较模块1的输出端连接，TL431U1的阳极与第一参考地GND1连接，电阻R7的第二端与第一供电端VCC1连接。

采集比较模块2，包括：电阻R51、电阻R61、电阻R71和TL431U11，TL431U11的参考极与电阻R51的第一端及电阻R61的第一端连接，电阻R5的第二端为采集比较模块2的输入端VIN2，电阻R6的第二端与第一参考地GND1连接，TL431U1的阴极与电阻R7的第一端及采集比较模块2的输出端连接，TL431U1的阳极与第一参考地GND1连接，电阻R7的第二端与第一供电端VCC1连接。

逻辑驱动模块，包括：稳压管Z2、NPN三极管Q2、电容C3和电阻R4，稳压管Z2的阳极与逻辑驱动模块的输入端连接，稳压管Z2的阴极与电容C3的第一端及NPN三极管Q2的基极连接，NPN三极管Q2的集电极通过电阻R4与逻辑驱动模块的输出端连接，NPN三极管Q2的发射极与电容C3的第二端及第一参考地GND连接。

第1防串扰模块为二极管D1，二极管D1的阳极为第1防串扰模块的输入端，二极管D1的阴极为第1防串扰模块的输出端。

第2防串扰模块为二极管D11，二极管D11的阳极为第2防串扰模块的输入端，二极管D11的阴极为第2防串扰模块的输出端。

延时模块，包括：电容C1和电阻R1，电阻R1的两端并联在电容C1的两端，电容C1的第一端与延时模块的输出端及延时模块的输入端连接，电容的第二端与第一参考地GND1连接。

隔离模块，包括：光耦合器OP1和电阻R2，光耦合器OP1的阳极为隔离模块的第二输入端，光耦合器OP1的阴极为隔离模块的第一输入端，光耦合器OP1的集电极通过电阻R2与第二供电端口VCC2连接，光耦合器OP1的发射极为隔离模块的输出端。

第二控制模块，包括：NPN三极管Q1、电容C2、稳压管Z1和电阻R3，电容C2的第一端与第二控制模块的输入端及稳压管Z1的阴极连接，稳压管Z1的阳极与NPN三极管Q1的基极连接，NPN三极管Q1的集电极通过电阻R3与第二控制模块的输出端连接，NPN三极管Q1的发射极与参考地GND2及电容C2的第二端连接。

本实施例延时电路选用电容C1当延时功能实现的主体，采集比较模块传过来的信息，对延时模块中的电容C1进行充电，在电容C1上的电压达到某个电压后，后面的电路才能识别到电平传输的信息，这样可以有效减少由于外界电压构建速度不一致导致隔离控制电路传输错误的信息的几率，同时也能有效减少外界造成的干扰，并联的电阻R1是帮助电容上的电压尽快的释放掉，提高隔离控制电路传输信息的速度。

本实施例中的防串扰电路利用二极管的单向导通的特性实现防串扰的功能，使得一路的采集比较模块输出的数据不会影响其他路的采集比较模块。

本实施例中隔离模块采用光耦隔离方案，光电耦合器相比于其他的隔离控制元件拥有传输速度快、体积小、且不会产生因切换造成的噪声，电阻R2的存在能有效避免因电流过大使得光耦使用异常的情况。

本实施例第二控制模块中稳压管Z1与电容C2接在第二控制模块的输入端，用于防止前级隔离模块因噪声产生的误导通影响到输出信号，实现延时功能，同时当前级第一控制模块传输信号时电容C3充电，当电压超过稳压管Z1稳压值后电压开始施加到NPN三极管Q1的基极，当此电压超过NPN三极管Q1导通电压后，输出电平通过电阻R3流经NPN三极管Q1到第二参考地GND，电路呈现低电平。

本实施例延时模块中稳压管Z2的存在是为了提升驱动NPN三极管Q2的电压，防止前级电路的噪声使得NPN三极管Q2误导通，电容C3是为了稳定驱动NPN三级管Q2的电压，防止因驱动电压不足导致NPN三极管Q2间歇导通，使得隔离驱动电路输出异常。

本实施例TL431U1可以看做已经有了一定参考电压点的电压比较器，运用在电路中其优点是：高低温情况下的的电路一致性比较好，同时电路相比于采用运算放大器的方案更简洁。

本实施例电路整体的工作原理分析如下：

当两个采集比较模块的输入端均表现为正电平或电压均正常时，电阻R5和R6的连接点、电阻R51和R61的连接点上的电压均大于预设的参考电压点，两个TL431U1和U2均处于导通状态，TL431U1与电阻R7的连接点处的电压为较低的电压，体现为低电平，TL431U11与电阻R71的连接点处的电压为较低的电压，体现为低电平，那么电容C1与二极管D1及D11的连接点处电压也为低电压，稳压管Z2不工作，NPN三极管Q2基级电压为低电压，三极管Q2不导通，光耦OP1与电阻R4这条回路电流为0，由于光耦的特性则电阻R2与光耦OP1的这条回路电流也为0，稳压管Z1与电容C2连接点处电压为0，NPN三极管Q1电压基级电压为0，NPN三极管Q1不导通，则VO处于正电平。

反之，假设两个采集比较模块的输入端有至少一个输入表现负电平或者电压异常，电阻R5和R6的连接点、电阻R51和R61的连接点上的电压有至少一处低于预设的参考电压点，两个TL431U1和U2有至少一个处于关断状态，TL431U1与电阻R7、TL431U11与电阻R71的连接点处的有至少一处为较高的电压，体现为高电平，那么电容C1与二级管D1及D11的交点处电压也为高电压处于高电平，稳压管Z2工作，钳位住一部分电压，剩下一部分电压施加到第二NPN三极管Q2基级，若第二NPN三极管Q2基级电压高于开启电压，三极管Q2导通导通，光耦OP1与电阻R4这条回路电流有电流，由于光耦的特性则电阻R2与光耦OP1的回路导通，第二供电端VCC2通过电阻R2给电容C2充电，稳压管Z1与电容C2连接点处电压为高电压体现为正电平，稳压管Z1工作，钳位住一部分电压，剩下一部分电压施加到第一NPN三极管Q1基级，第一NPN三极管Q1电压基级电压大于开启电压，第一NPN三极管Q1导通，则VO处于负电平。

第二实施例

如图3所示为本实施例第二实施例电路原理图，与第一实施例不同点在于采集比较模块1还包括稳压二极管Z6，电阻R7的第二端连接稳压二极管Z6的阳极，稳压二极管Z6的阴极与第一供电端VCC1连接；采集比较模块2还包括稳压二极管Z6，电阻R71的第二端连接稳压二极管Z6的阳极，稳压二极管Z6的阴极与第一供电端VCC1连接；采集比较模块2中的稳压二极管Z6与采集比较模块1中的稳压二极管Z6为同一个元器件，即该器件在两个模块中公用；其它连接方式相同，本实施例增加稳压二极管Z6，能提升TL431U1对第一供电电压VCC1的适应性，使得电路适用于更广的运用环境中，其它工作原理与第二实施例相同，在此不赘述。

第三实施例

如图4所示为本实施例第三实施例电路原理图，与第一实施例不同点在于采集比较模块1包括：电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和运算放大器U1，运算放大器U1同向输入端与电阻R5的第一端及电阻R6的第一端连接，运算放大器U1反向输入端与电阻R7的第一端及电阻R8的第一端连接，电阻R5的第二端为采集比较模块1的输入端，电阻R7的第二端与第一供电端VCC1连接，电阻R8的第二端与电阻R6的第二端及第一参考地GND1连接，运算放大器U1的输出端为采集比较模块1的输出端；采集比较模块2包括：电阻R51、电阻R61、电阻R71、电阻R81和运算放大器U11，运算放大器U11同向输入端与电阻R51的第一端及电阻R61的第一端连接，运算放大器U11反向输入端与电阻R71的第一端及电阻R81的第一端连接，电阻R51的第二端为采集比较模块2的输入端，电阻R71的第二端与第一供电端VCC1连接，电阻R81的第二端与电阻R61的第二端及第一参考地GND1连接，运算放大器U11的输出端为采集比较模块2的输出端；其它连接方式相同，工作原理也相同，在此不赘述。

本实施例将运算放大器作为采集比较模块的比较芯片，优点是其参考电压点是可以变化的，提升采集比较模块的灵活性，电阻R5与电阻R6和第一供电端VCC1的电压决定了参考电压点的电压值，电阻R7与电阻R8的电阻值的比例，可以决定运算放大器反向输入端输入电压衰减的比例。

本实用新型的实施方式不限于此，按照本实用新型的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离控制电路，其包括：N个采集比较模块、第一控制模块、隔离模块、第二控制模块，N为大于或等于1的自然数；

其连接关系为：N个采集比较模块的输入端即为隔离控制电路的N个输入端，各采集比较模块的输出端与第一控制模块的对应输入端连接，第一控制模块的输出端与隔离模块的第一输入端连接，隔离模块的第二输入端与第一供电端口连接，隔离模块的输出端与第二控制模块的输入端连接，第二控制模块的输出端即为隔离控制电路的输出端；

各采集比较模块用于采集输入信号并将其处理转化为可被第一控制模块识别的信号；第一控制模块用于将采集比较模块传输来的信号整合、逻辑转换并传输给隔离模块；隔离模块用于将第一控制模块传输来的信号传输给第二控制模块并保证第一控制模块与第二控制模块的隔离；第二控制模块用于将隔离模块传输来的信号进行适用于输出系统的电平转换处理并传输给输出系统。

2.根据权利要求1所述的隔离控制电路，其特征在于：采集比较模块包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻和可控精密稳压源，可控精密稳压源的参考极与第五电阻的第一端及第六电阻的第一端连接，第五电阻的第二端为采集比较模块的输入端，第六电阻的第二端与第一参考地连接，可控精密稳压源的阴极与第七电阻的第一端及采集比较模块的输出端连接，可控精密稳压源的阳极与第一参考地连接，第七电阻的第二端与第一供电端连接。

3.根据权利要求2所述的隔离控制电路，其特征在于：采集比较模块还包括第三稳压管，第三稳压管的阴极与第一供电端连接，第三稳压管的阳极通过第七电阻与所述可控精密稳压源的阴极连接。

4.根据权利要求1所述的隔离控制电路，其特征在于：采集比较模块包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一运算放大器，第一运算放大器同向输入端与第五电阻的第一端及第六电阻的第一端连接，第一运算放大器反向输入端与第七电阻的第一端及第八电阻的第一端连接，第五电阻的第二端与第一供电端连接，第七电阻的第二端为采集比较模块的输入端，第八电阻的第二端与第六电阻的第二端及第一参考地连接，第一运算放大器的输出端为采集比较模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的隔离控制电路，其特征在于：第一控制模块包括逻辑驱动模块、N个防串扰模块和延时模块，防串扰模块的输入端与对应的第一控制模块的输入端连接，各防串扰模块的输出端与延时模块的输入端连接，延时模块的输出端与逻辑驱动模块的输入端连接，逻辑驱动模块的输出端为第一控制模块的输出端；逻辑驱动模块用于整合接收到的信号、根据需求的逻辑调整并输出到第一控制模块的输出端；各防串扰模块用于防止采集比较模块传输来的某路信号干扰到采集比较模块传输来的其它路信号；延时模块用于防止因输入端电压构建顺序的不一致导致后级电路的误触发。

6.根据权利要求5所述的隔离控制电路，其特征在于：逻辑驱动模块包括：第二稳压管、第二NPN三极管、第三电容和第四电阻，第二稳压管的阳极与逻辑驱动模块的输入端连接，第二稳压管的阴极与第三电容的第一端及第二NPN三极管的基极连接，第二NPN三极管的集电极通过第四电阻与逻辑驱动模块的输出端连接，第二NPN三极管的发射极与第三电容的第二端及第一参考地连接。

7.根据权利要求5所述的隔离控制电路，其特征在于：各防串扰模块由二极管组成，二极管的阳极为各防串扰模块的输入端，二极管的阴极为各防串扰模块的输出端；或各防串扰模块由三极管组成，将三极管的集电极与基极短路，三极管的集电极为防串扰模块的输入端，三极管的发射极为防串扰模块的输出端。

8.根据权利要求5所述的隔离控制电路，其特征在于：延时模块包括：第一电容、第一电阻，第一电阻的两端并联在所述第一电容的两端，第一电容的第一端与延时模块的输出端及延时模块的输入端连接，第一电容的第二端与第一参考地连接。

9.根据权利要求1所述的隔离控制电路，其特征在于：隔离模块包括：光耦合器和第二电阻，光耦合器的阳极为隔离模块的第二输入端，光耦合器的阴极为隔离模块的第一输入端，光耦合器的集电极通过第二电阻与第二供电端口连接，光耦合器的发射极为隔离模块的输出端。

10.根据权利要求1所述的隔离控制电路，其特征在于：第二控制模块包括：第一NPN三极管、第二电容、第一稳压管和第三电阻，第一电容的第一端与第二控制模块的输入端及第一稳压管的阴极连接，第一稳压管的阳极与第一NPN三极管的基极连接，第一NPN三极管的集电极通过第三电阻与第二控制模块的输出端连接，第一NPN三极管的发射极与第二参考地及第一电容的第二端连接。