CN214380669U - 一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置。该装置包括低压差线性稳压驱动电源、可调振荡电路、逻辑控制单元、H桥驱动单元、热保护单元和过流保护单元；本实用新型通过内置可调振荡电路，H桥驱动单元，过流保护等功能，使小功率隔离电源的设计简化，提高了系统的可靠性，降低了系统成本。

Description

一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种隔离电源控制装置，尤其涉及一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置。

背景技术

随着技术的发展进步，电子设备越来越要求功能齐全，体积小巧，性能稳定，安全可靠等，看似互相矛盾的需求却在技术的快速升华下得以同步前行。芯片的高度集成，是设备的功能，性能等方面得到了保证，而安全可靠则更加依赖良好的设计以及稳定的工艺保障。信息时代，各种通讯方式百花争鸣，而作为主干的通讯方式往往是基于有线连接或光缆传输，其中有线连接方式在现场分布式采集中得到广泛应用，作为有线连接方式，则不可避免的会导致外部信号和内部电路的信息传递，因此也更容易将空间的各种干扰，冲击带入设备内部，也有风险将设备内部的高压电带到总线上，给人类活动带来风险。

比较通行的解决方法是使用隔离方案，将通讯线路及控制部分与设备内部其他电路隔离开。以电能表为例，其配置的485总线就是两线制的串行总线，在设计时往往要在主电源增加一个单独的隔离回路，由于输入电压有比较大的波动范围，隔离输出的电压还需要进行稳压后再提供给485驱动芯片，而485通讯部分实际功耗很小，主回路增加一路隔离回路会增加电源设计调试的难度，加上稳压部分的投入会增大成本需求。类似情况有很多，为了对通讯部分进行隔离而额外需要设计隔离电源电路。

发明内容

发明目的：本实用新型旨在提供一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置，以简化主电源的设计，降低成本。

技术方案：本实用新型公开一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置。该隔离电源控制装置包括低压差线性稳压驱动电源、可调振荡电路、逻辑控制单元、H桥驱动单元；所述低压差线性稳压驱动电源的第一输入端和第二输入端分别接外部电源和启用信号，所述低压差线性稳压驱动电源的输出端分别与所述可调振荡电路、逻辑控制单元和H桥驱动单元的电源端相连；所述可调振荡电路的输入端接收外部调制信号；所述逻辑控制单元的第一输入端与所述可调振荡电路的输出端相连，所述逻辑控制单元的第一输出端和第二输出端分别与所述H桥驱动单元的第一输入端和第二输入端相连；所述H桥驱动单元的第一输出端和第二输出端分别与外接变压器原边的两个不同端口相连。

进一步地，所述H桥驱动单元包括第一至第四MOS开关管、第一采样电阻和第二采样电阻；所述H桥驱动单元的电源端到接地端之间有两条并联通路；第一并联通路中依次串联有第一MOS开关管、第一采样电阻、第二采样电阻和第三MOS开关管；第二并联通路中依次串联有第二MOS开关管和第四MOS开关管；所述H桥驱动单元的第一输入端分别连接至第一MOS开关管和第三MOS开关管的栅极，第二输入端分别连接至第二MOS开关管和第四MOS开关管的栅极；所述H桥驱动单元的第一输出端从第一采样电阻和第二采样电阻的连接节点引出，第二输出端从所述第二MOS开关管和第四MOS开关管的连接节点引出。

进一步地，还包括热保护单元和过流保护单元，且两者的电源端与所述低压差线性稳压驱动电源的输出端连接，两者的输出端与所述逻辑控制单元连接；所述过流保护单元的第一输入端连接至所述H桥驱动单元中所述第一MOS开关管和第一采样电阻的连接节点；所述过流保护单元的第二输入端连接至所述H桥驱动单元中所述第三MOS开关管和第二采样电阻的连接节点。

进一步地，所述逻辑控制单元包括或门、受控跟随器、第一分压电阻、第二分压电阻、上拉电阻、下拉电阻、第一晶体管和第二晶体管；所述热保护单元和过流保护单元的输出端分别连接至所述或门的第一输入端和第二输入端；所述受控跟随器的输入端连接所述可调振荡器的输出端，输出端分别经由所述第一分压电阻和所述第二分压电阻连接至所述第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极，受控端连接所述或门的输出端；所述第一晶体管的源极经由所述上拉电阻连接至所述逻辑控制单元的电源端，漏极接地；所述第二晶体管的源极经由所述下拉电阻接地，漏极连接至所述逻辑控制单元的电源端。

进一步地，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管为NMOS晶体管。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，开发了针对小功率应用的隔离电源控制芯片，利用系统稳压后的直流源，进行隔离整流及滤波后直接提供给负载，节省了稳压的过程，简化了主电源的设计；此外，本实用新型可以根据外部调制信号RSET对输出端口输出的信号进行调整，增加了兼容性。

附图说明

图1是芯片应用电路图芯片内部结构图；

图2是芯片内部结构图；

图3是H桥示意图；

图4是逻辑控制电路示意图。

具体实施方式

以下是结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1，本实施例中的隔离电源控制装置具有外部电源端口、接地端口、启用端口、调制端口、第一外部输出端口OA和第二外部输出端口OB。使用时，该隔离电源控制装置的外部电源端口和接地端口分别与外部直流源的正极VCC和负极连接，调制端口与外接可变电阻器串联后连接至直流源的负极，第一和第二外部输出端口分别输出第一交流输出信号SW1和第二交流输出信号SW2，SW1和SW2又分别被提供至变压器的原边两端。启用端口输入的启用信号EN用于控制整个装置的开启和关断。通过调节外接可变电阻器的阻值，从调制端口输入的外部调制信号RSET也随着改变，从而改变第一交流输出信号SW1和第二交流输出信号SW2。

如图2，本实施例中的隔离电源控制装置内部包括低压差线性稳压驱动电源LDO、可调振荡电路OSC、逻辑控制单元logic、H桥驱动单元driver。低压差线性稳压驱动电源LDO的第一输入端和第二输入端分别接外部电源VCC和启用信号EN，所述低压差线性稳压驱动电源LDO的输出端分别与可调振荡电路、逻辑控制单元logic和H桥驱动单元driver的电源端相连，以提供片内高电平信号VH。可调振荡电路的输入端接收外部调制信号RSET。逻辑控制单元logic的第一输入端与可调振荡电路的输出端相连，以接收可调振荡电路输出的调制后的时钟信号CLK。逻辑控制单元logic的第一输出端和第二输出端分别与H桥驱动单元driver的第一输入端和第二输入端相连，以分别输出第一开关信号SW1_log和第二开关信号SW2_log对H桥驱动单元driver进行控制。H桥驱动单元driver的第一输出端和第二输出端分别与整个隔离电源控制装置的第一外部输出端口OA和第二外部输出端口OB相连。其中，可调振荡电路OSC为现有技术。该可调振荡电路通常包括提供基准频率的片内基准源REF、基于外部电阻值的改变得到频率调制信号的调制电路、以及普通的振荡电路。

如图3，H桥驱动单元driver包括第一MOS开关管至第四MOS开关管Q1～Q4、第一采样电阻Rs1和第二采样电阻Rs2。其中，H桥驱动单元driver的电源端到接地端之间有两条并联通路。第一并联通路中依次串联有第一MOS开关管Q1、第一采样电阻Rs1、第二采样电阻Rs2和第三MOS开关管Q3；第二并联通路中依次串联有第二MOS开关管Q2和第四MOS开关管Q4。H桥驱动单元driver的第一输入端分别连接至第一MOS开关管Q1和第三MOS开关管Q3的栅极，第二输入端分别连接至第二MOS开关管Q2和第四MOS开关管Q4的栅极。H桥驱动单元driver的第一输出端从第一采样电阻Rs1和第二采样电阻Rs2的连接节点引出，第二输出端从第二MOS开关管Q2和第四MOS开关管Q4的连接节点引出。

为了使隔离电源控制装置具有热保护和过流保护的功能，隔离电源控制装置还可以进一步包括热保护单元OTP和过流保护单元OCP。两者的电源端与低压差线性稳压驱动电源LDO的输出端连接。两者的输出端与逻辑控制单元logic连接，以分别将过热信号otpen和过流信号ocpen提供至逻辑控制单元logic。过流保护单元OCP的第一输入端连接至H桥驱动单元driver中第一MOS开关管Q1和第一采样电阻Rs1的连接节点，通过对流过上桥臂的电流进行采样以获得第一采样信号CS1。过流保护单元OCP的第二输入端连接至H桥驱动单元driver中第三MOS开关管Q3和第二采样电阻Rs2的连接节点，通过对流过下桥臂的电流进行采样以获得第二采样信号CS2。

如图4，逻辑控制单元logic包括或门、受控跟随器、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、上拉电阻R3、下拉电阻R4、第一晶体管和第二晶体管。热保护单元OTP和过流保护单元OCP的输出端分别连接至或门的第一输入端和第二输入端；受控跟随器的输入端连接可调振荡器的输出端，输出端分别经由第一分压电阻R1和第二分压电阻R2连接至第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极，受控端连接或门的输出端；第一晶体管的源极经由上拉电阻R3连接至逻辑控制单元logic的电源端，漏极接地；第二晶体管的源极经由下拉电阻R4接地，漏极连接至逻辑控制单元logic的电源端。其中，第一晶体管为PMOS晶体管，第二晶体管为NMOS晶体管。

本实施例中，热保护单元OTP和过流保护单元OCP均为现有技术。过热保护单元设定温度上限值，当检测到温度异常上升时，会产生温度异常提示信号otpen并发送至逻辑控制单元logic。过流保护单元OCP接收到指示上桥臂电流的第一采样信号CS1和指示下桥臂电流的第二采样信号CS2后，将CS1和CS2分别通过比较器与参考电流进行比较，当被测电流增大超过允许值时，产生过流提示信号ocpen并发送至逻辑控制单元logic。

如图4，当逻辑控制单元logic接收到温度异常提示信号otpen或过流提示信号ocpen时，将触发受控跟随器停止工作，从而将隔离电源控制装置的输出端关断。如果逻辑控制单元logic既没有接收到otpen也没有接收到ocpen，则受控跟随器将时钟信号CLK传递至第一晶体管和第二晶体管的栅极，使得第一晶体管和第二晶体管的栅极分别输出第一开关信号SW1_log和第二开关信号SW2_log对H桥驱动单元driver进行控制。

Claims (5)

1.一种适用于低功耗应用的隔离电源控制装置，其特征在于，包括低压差线性稳压驱动电源(LDO)、可调振荡电路、逻辑控制单元(logic)、H桥驱动单元(driver)；所述低压差线性稳压驱动电源(LDO)的第一输入端和第二输入端分别接外部电源(VCC)和启用信号(EN)，所述低压差线性稳压驱动电源(LDO)的输出端分别与所述可调振荡电路、逻辑控制单元(logic)和H桥驱动单元(driver)的电源端相连；所述可调振荡电路的输入端接收外部调制信号(RSET)；所述逻辑控制单元(logic)的第一输入端与所述可调振荡电路的输出端相连，所述逻辑控制单元(logic)的第一输出端和第二输出端分别与所述H桥驱动单元(driver)的第一输入端和第二输入端相连；所述H桥驱动单元(driver)的第一输出端和第二输出端分别与外接变压器原边的两个不同端口相连。

2.根据权利要求1所述的适用于低功耗应用的隔离电源控制装置，其特征在于，所述H桥驱动单元(driver)包括第一至第四MOS开关管(Q1，Q2，Q3，Q4)、第一采样电阻(Rs1)和第二采样电阻(Rs2)；所述H桥驱动单元(driver)的电源端到接地端之间有两条并联通路；第一并联通路中依次串联有第一MOS开关管(Q1)、第一采样电阻(Rs1)、第二采样电阻(Rs2)和第三MOS开关管(Q3)；第二并联通路中依次串联有第二MOS开关管(Q2)和第四MOS开关管(Q4)；所述H桥驱动单元(driver)的第一输入端分别连接至第一MOS开关管(Q1)和第三MOS开关管(Q3)的栅极，第二输入端分别连接至第二MOS开关管(Q2)和第四MOS开关管(Q4)的栅极；所述H桥驱动单元(driver)的第一输出端从第一采样电阻(Rs1)和第二采样电阻(Rs2)的连接节点引出，第二输出端从所述第二MOS开关管(Q2)和第四MOS开关管(Q4)的连接节点引出。

3.根据权利要求2所述的适用于低功耗应用的隔离电源控制装置，其特征在于，还包括热保护单元(OTP)和过流保护单元(LOW SIDE OCP)，且两者的电源端与所述低压差线性稳压驱动电源(LDO)的输出端连接，两者的输出端与所述逻辑控制单元(logic)连接；所述过流保护单元(LOW SIDE OCP)的第一输入端连接至所述H桥驱动单元(driver)中所述第一MOS开关管(Q1)和第一采样电阻(Rs1)的连接节点；所述过流保护单元(LOW SIDE OCP)的第二输入端连接至所述H桥驱动单元(driver)中所述第三MOS开关管(Q3)和第二采样电阻(Rs2)的连接节点。

4.根据权利要求3所述的适用于低功耗应用的隔离电源控制装置，所述逻辑控制单元(logic)包括或门、受控跟随器、第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)、上拉电阻(R3)、下拉电阻(R4)、第一晶体管和第二晶体管；所述热保护单元(OTP)和过流保护单元(LOW SIDEOCP)的输出端分别连接至所述或门的第一输入端和第二输入端；所述受控跟随器的输入端连接所述可调振荡器的输出端，输出端分别经由所述第一分压电阻(R1)和所述第二分压电阻(R2)连接至所述第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极，受控端连接所述或门的输出端；所述第一晶体管的源极经由所述上拉电阻(R3)连接至所述逻辑控制单元(logic)的电源端，漏极接地；所述第二晶体管的源极经由所述下拉电阻(R4)接地，漏极连接至所述逻辑控制单元(logic)的电源端。

5.根据权利要求4所述的适用于低功耗应用的隔离电源控制装置，其特征在于，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管为NMOS晶体管。

Images