CN2891431Y

CN2891431Y - Ac瞬间掉电保护电路

Info

Publication number: CN2891431Y
Application number: CN 200620072267
Authority: CN
Inventors: 江石根; 袁翔; 石万文; 谢卫国
Original assignee: SUZHOU HUAXIN MICRO-ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: Suzhou Huaxin Microelectronics Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2016-04-10

Abstract

一种AC瞬间掉电保护电路，由AC采样电路、AC检测电路和AC掉电判断电路组成，AC采样电路由电阻[R1]、电阻[R2]和电容[C1]组成；AC检测电路由一个反向器、两个比较器、三个延时电路和一个与门组成；AC掉电判断电路由一个电源状态寄存器、一个掉电状态寄存器、一个两输入与门、一个四输入与门和三个延时电路组成。当AC电压受干扰或短暂停电而丢失期间，通过检测AC线得到一个信号uvac，在欠压保护起作用之前信号uvac被置位。如果欠压保护检测到一个低电压，同时信号uvac是有效的，电源系统将进入即时模式而不是闩锁保护模式，主电源输出在AC电压丢失时被关断，而将在一定时间之后恢复。本方案主要应用于半桥结构ATX开关电源(PC电源)中，能够区分AC电压受干扰向下掉电或短暂停电与发生欠压保护的情况，解决了以往频繁关闭电源带来的问题。

Description

AC瞬间掉电保护电路

技术领域

本实用新型涉及MOS数字集成电路，具体涉及一种AC瞬间掉电保护电路。该电路主要应用于半桥结构ATX开关电源(PC电源)中。

背景技术

现有半桥结构ATX开关电源(PC电源)中，电源管理芯片作为次级控制器，它提供PWM信号驱动变压器的方式来调节电源输出电压。电源管理芯片也作为电源管理器，对3.3V/±5V/±12V电压输出进行监控和保护。因此需要用一个附加的AC/DC转换器来向电源管理芯片提供一个5V辅助工作电源和一个12V信号在起动阶段驱动开关变压器。

在电源电路的应用中，为了保证整个电路的正常工作，对电源输出进行各种保护措施，如：过压保护，欠压保护，电压检测，过流保护，过功耗保护等等。这些措施很好的保护了整个电源正常运行，也保证了整个电源的各种负载能正常运行。但这些保护措施有一个共同的特点，就是在发生异常情况时，电源电路将关闭输出，比如：

过压保护：正常工作时可以提供5v电压，异常时可能达到7-8v，为了防止高电压对各种负载破坏，当5v电压达到7.4v时，将关闭电源系统。

欠压保护：正常工作时可以提供5v电压，异常时可能达到3-4v，为了防止低电压对各种负载破坏，当5v电压达到4.4v时，将关闭电源系统。

上述保护措施为闩锁保护模式，也就是保护系统起作用时，电源关闭，需要重新上电才能恢复工作。然而，在实际应用中，这种闩锁保护模式在遇到AC电压受干扰向下掉电或短暂停电时，会碰到一个潜在的问题，即无法区分AC电压受干扰下掉电或短暂停电与发生欠压保护的情况。比如，当AC电压在某一短时间内丢失，则欠压保护就有可能检测到欠压的条件，此时主电压输出就会被关断，而供给电源管理芯片的5V辅助工作电源则继续正常供电。如果5V辅助工作电源的保持时间比AC电压丢失时间长，则主电源输出将保持关断状态。而频繁关闭电源显然存在以下缺点：1、反复关闭电源可能导致电路损坏；2、关闭电源后需要重新启动，操作繁琐；3、突然关闭电源会导致数据信息丢失。

发明内容

本实用新型提供一种AC瞬间掉电保护电路，其目的是要区分AC电压受干扰向下掉电或短暂停电与发生欠压保护的情况，当发生欠压时进入闩锁保护模式关闭电源；当发生AC电压受干扰向下掉电或短暂停电时进入即时模式，主电源输出在AC电压丢失时被关断，而将在一定时间之后恢复。从而解决目前电源管理电路中普遍存在的一律采用闩锁保护模式关闭电源的潜在问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种AC瞬间掉电保护电路，由AC采样电路、AC检测电路和AC掉电判断电路三部分组成，其中：

AC采样电路由电阻R1、电阻R2和电容C1组成，其中，AC采样电路从AC主变压器的次级接出电压信号，经电阻R1和电阻R2串联分压电路接地构成回路，电容C1跨接在电阻R2两端，从电阻R1与电阻R2之间的分压点取出AC采样信号uvac；

AC检测电路由一个反向器、两个比较器、三个延时电路和一个与门组成，其中，时钟信号clk1经过反向器后分别接第一延时电路的clk端和第三延时电路的clk端，AC釆样信号uvac与下限阈值电压分别接第一比较器的负端和正端，第一比较器的输出接第一延时电路的使能端，第一延时电路输出信号A；时钟信号clk2接第二延时电路的clk端，AC采样信号uvac与上限阈值电压分别接第二比较器的负端和正端，第二比较器的输出接第二延时电路的使能端，第二延时电路输出信号B；信号A和信号B分别接与门的输入端，与门输出信号C；信号C接第三延时电路的使能端，第三延时电路输出信号uvac-out；

AC掉电判断电路由一个电源状态寄存器、一个掉电状态寄存器、一个两输入与门、一个四输入与门和三个延时电路组成，其中，欠压保护信号uvp经过第四延时电路接两输入与门的一个输入端，两输入与门的另一个输入端接关电源信号经过第五延时电路的输出；两输入与门的输出作为时钟信号clk，接电源状态寄存器和掉电状态寄存器的clk端；电源状态寄存器为一个D触发器，其D端接电源，Q^-端作为关电源信号，清零端clr接掉电状态寄存器的Q^-端；掉电状态寄存器为一个D触发器，其Q端输出接第六延时电路的使能端，第六延时电路的输出端接掉电状态寄存器的清零端clr；关电源信号、过压保护检测非信号 ovp、过功耗保护检测非信号 opp和信号uvac-out四个信号接四输入与门的四个输入，四输入与门的输出作为掉电状态寄存器的D端输入。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案的AC检测电路中，所述第一延时电路可以由两个D触发器构成，时钟信号clk1经过反向器后分别接第一D触发器和第二D触发器的clk端，第一比较器的输出一路接第一D触发器的D端，另一路分别接第一D触发器和第二D触发器的清零端clr，第一D触发器的Q端接第二D触发器的D端，第二D触发器的Q^-端输出信号A。

2、上述方案的AC检测电路中，所述第二延时电路可以由一个第三D触发器构成，时钟信号clk2接第三D触发器的clk端，第二比较器的输出分别接第三D触发器的D端和清零端clr，第三D触发器的Q端输出信号B。

3、上述方案中的AC检测电路中，所述第三延时电路由两个D触发器和一个两输入与门构成，时钟信号clk1经过反向器后分别接第四D触发器和第五D触发器的clk端，信号B分别接第四D触发器和第五D触发器的清零端clr，信号C接第四D触发器的D端，第四D触发器的Q端接第五D触发器的D端，第五D触发器的D端和Q端分别接两输入与门的输入端，两输入与门输出信号uvac-out。

本实用新型工作原理是：当AC电压受干扰向下掉电或短暂停电而丢失期间，通过检测AC线得到一个信号uvac，在欠压保护起作用之前信号uvac被置位(置“1”)。如果欠压保护检测到一个低电压，同时信号uvac是有效的，电源系统将进入即时模式而不是闩锁保护模式。主电源输出在AC电压丢失时被关断，而将在一定时间之后恢复。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型能够区分AC电压受干扰向下掉电或短暂停电与发生欠压保护的情况，解决了以往一律按闩锁保护模式处理的问题。当AC电压受干扰向下掉电或短暂停电而丢失期间，电源系统将进入即时模式，主电源输出在AC电压丢失时被关断，而将在一定时间之后恢复。

2、本实用新型构思巧妙，设计合理，较好的克服了以往由于AC电压受干扰向下掉电或短暂停电而频繁关闭电源所带来的不足，具有有益效果。

3、本实用新型结构简单，工作可靠，具有实用价值。

附图说明

附图1为本实用新型AC采样电路图；

附图2为本实用新型AC检测电路原理图；

附图3为本实用新型AC检测电路图；

附图4为本实用新型AC采样信号uvac波形示意图；

附图5为本实用新型时钟信号clk1和clk2波形示意图；

附图6为本实用新型AC掉电判断电路原理图；

附图7为本实用新型原理图；

附图8为OP1，OP2输出波形图；

附图9为OSC模块实现一个1:9的锯齿波波形图；

附图10为SS：软起动端外接电路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种AC瞬间掉电保护电路，由AC采样电路、AC检测电路和AC掉电判断电路三部分组成，其中，每部分电路的结构及工作原理如下：

一、AC采样电路

参见图1所示，AC采样电路由电阻R1、电阻R2和电容C1组成，其中，AC采样电路从AC主变压器的次级接出电压信号，经电阻R1和电阻R2串联分压电路接地构成回路，电容C1跨接在电阻R2两端，从电阻R1与电阻R2之间的分压点取出AC采样信号uvac。

在半桥启动期间，AC电压是通过主变压器从初级耦合到次级而形成的，通过两个电阻R1、R2组成的分压器进行了必要的衰减，得到信号uvac，该信号uvac与AC电压信号成正比，AC电压信号降低时，信号uvac也降低，在信号uvac和地线之间接一小电容C1，以滤掉开关噪音。当信号uvac的电压降到一定程度(0.7V)以下且超过一定的时间后，电压正常信号就会被下拉，即提供了一个掉电警告。通过调节主变压器的线圈比例或分压器的比例，就能确定掉电警告的阈值电压。在AC电压丢失期间，信号uvac将会在欠压保护起作用之前被置位(置“1”)。如果欠压保护检测到一个低电压，同时信号uvac是有效的，那么电源管理器(HS8108芯片)将进入即时模式。主电源输出在AC电压丢失时被关断，而将在一段时间(3s)之后恢复。

二、AC检测电路

图2为AC检测电路原理图，图3为AC检测电路图。由图2可知，AC检测电路由一个反向器、两个比较器、三个延时电路和一个与门组成，其中，时钟信号clk1经过反向器后分别接第一延时电路的clk端和第三延时电路的clk端，AC采样信号uvac与0.3v(下限阈值电压)分别接第一比较器的负端和正端，第一比较器的输出接第一延时电路的使能端，第一延时电路输出信号A；时钟信号clk2接第二延时电路的clk端，AC采样信号uvac与0.7v(上限阈值电压)分别接第二比较器的负端和正端，第二比较器的输出接第二延时电路的使能端，第二延时电路输出信号B；信号A和信号B分别接与门的输入端，与门输出信号C；信号C接第三延时电路的使能端，第三延时电路输出信号uvac-out。

由图3可知，上述第一延时电路可以由两个D触发器构成，时钟信号clk1经过反向器后分别接第一D触发器和第二D触发器的clk端，第一比较器的输出一路接第一D触发器的D端，另一路分别接第一D触发器和第二D触发器的清零端clr，第一D触发器的Q端接第二D触发器的D端，第二D触发器的Q^-端输出信号A。

上述第二延时电路可以由一个第三D触发器构成，时钟信号clk2接第三D触发器的clk端，第二比较器的输出分别接第三D触发器的D端和清零端clr，第三D触发器的Q端输出信号B。

上述第三延时电路由两个D触发器和一个两输入与门构成，时钟信号clk1经过反向器后分别接第四D触发器和第五D触发器的clk端，信号B分别接第四D触发器和第五D触发器的清零端clr，信号C接第四D触发器的D端，第四D触发器的Q端接第五D触发器的D端，第五D触发器的D端和Q端分别接两输入与门的输入端，两输入与门输出信号uvac-out。

其中：

1、输入信号uvac如图4所示，是一个频率为32k(RI＝75k)波形。

2、时钟信号clk1和clk2的波形如图5所示，是一个频率为10.7k(osc＝340k)波形。

3、0.3v，0.7v是2.5v基准分压得到的稳定电平。

图3所示有三个虚线框，具体实现功能如下：

框1：信号uvac与0.3v比较，通过clk1来采样

如果信号uvac的峰值小于0.3v，输出端A信号为“0”；

如果信号uvac的峰值大于0.3v，输出端A信号为“1”；

框2：信号uvac与0.7v比较，通过clk2来采样

如果信号uvac的峰值小于0.7v，输出端B信号为“1”；

如果信号uvac的峰值大于0.7v，输出端B信号为“0”；

框3：A和B两个信号处理，以clk1为时钟，得到uvac的输出信号uvac-out：

如果信号uvac的峰值大于0.7v，输出端uvac-out信号为“0”；

如果信号uvac的峰值小于0.3v，输出端uvac-out信号为“0”；

如果信号uvac的峰值大于0.3v，小于0.7v，输出端uvac-out信号为“1”。

三、AC掉电判断电路

参见图6所示，AC掉电判断电路由一个电源状态寄存器、一个掉电状态寄存器、一个两输入与门、一个四输入与门和三个延时电路组成，其中，欠压保护信号uvp经过第四延时电路(3ms延时)接两输入与门的一个输入端，两输入与门的另一个输入端接关电源信号经过第五延时电路(6ms延进)的输出；两输入与门的输出作为时钟信号clk，接电源状态寄存器和掉电状态寄存器的clk端；电源状态寄存器为一个D触发器，其D端接电源，Q^-端作为关电源信号，清零端clr接掉电状态寄存器的Q^-端；掉电状态寄存器为一个D触发器，其Q端输出接第六延时电路(3s延时电路)的使能端，第六延时电路(3s延时电路)的输出端接掉电状态寄存器的清零端clr；关电源信号、过压保护检测非信号 ovp、过功耗保护检测非信号 opp和信号uvac-out四个信号接四输入与门的四个输入，四输入与门的输出作为掉电状态寄存器的D端输入。

正常工作时：

uvp为低电平；

关电源信号为高电平；

uvac-out为低电平；

ovp和opp为低电平；

在有掉电情况发生时，该信号uvp将有效为“0”，经过3ms延时，作为电源状态寄存器的D触发器时钟，使关电源信号清零而关闭电源，同时在有掉电时，uvac在大于0.3v小于0.7v之时，uvac-out被置“1”，在没有opp，ovp异常情况下，四输入与门输出“1”，掉电状态寄存器的D触发器输出为“1”，此时，电源被关闭，3秒计时启动，3秒钟后，对掉电状态寄存器的D触发器清零，掉电状态寄存器的D触发器对电源状态寄存器的D触发器清零，电源打开，经过6ms延时，检测uvp是否还有效，如果有效，则产生时钟信号关闭电源，这时要注意：

1：如果是瞬间掉电，uvp和uvac信号在3秒后都能恢复正常，不会关闭电源。

2：如果是长时间掉电，则uvp有效，uvac也掉在0.3v以下，uvp信号会关闭电源。

实现本实施例的最好方式是将其应用于电源管理芯片中，见图7，其中：

1、AC采样电路，如图1所示，这里不再重复描述。

2、AC检测电路，如图2所示，这里不再重复描述。

3、AC掉电判断电路，如图6所示，这里不再重复描述。

4、参见图7所示，300ms延时电路实现PG信号延时，PG信号是电源正常信号(POWER GOOD)输出，当PG＝1时，电源正常，电源从不正常到正常(“0”-＞“1”)要经过300ms延时，电源从正常到不正常(“1”-＞“0”)不要经过延时，立即关闭。

5、参见图7所示，COMP是误差放大器的输出端，IN误差放大器的反向输入端，误差放大器的同向输入端接2.5V参考电压，通过误差放大器的输出与内部锯齿波信号的比较结果来决定PWM的占空比。

6、OP1，OP2输出波形如图8，PWM脉宽调制推挽输出，低电平有效，每一端(OP1或OP2)输出最大占空比为46％。

7、OSC模块实现一个1:9的锯齿波，如图9所示，通过误差放大器的输出与内部锯齿波信号的比较结果来决定PWM的占空比。

8、SS软起动端，如图7所示，内部接8uA电流源，通过外接如图10所示，接一个电容实现软起动，正常状态时该端被钳位在2.5V，一个恒流源被用来在起动时将软起动(SS)电容充电到2.5V。SS的电压被用作误差放大器的参考电压，使得输出电压的波形准确地跟随SS的波形。较大的电容将会增加起动时间并减少开关器件的压力。在保护事件出现或遥控关断之后，SS电容将被放电。

AC信号经过AC采样电路，通过电阻R1、R2分压，使得该电路输出正常时为1.2v，当有异常情况时，输出在0.3v到0.7v之间，通过AC检测电路以及AC判断电路，得到关电源信号，该信号关闭PG信号，同时关闭OP1，OP2的输出，使得整个主电源关掉，3秒钟后，如果AC恢复正常，能够正常打开OP1，OP2，同时在延时300ms，PG信号输出高电平。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种AC瞬间掉电保护电路，其特征在于：由AC采样电路、AC检测电路和AC掉电判断电路三部分组成，其中：

AC采样电路由电阻[R1]、电阻[R2]和电容[C1]组成，其中，AC采样电路从AC主变压器的次级接出电压信号，经电阻[R1]和电阻[R2]串联分压电路接地构成回路，电容[C1]跨接在电阻[R2]两端，从电阻[R1]与电阻[R2]之间的分压点取出AC采样信号[uvac]；

AC检测电路由一个反向器、两个比较器、三个延时电路和一个与门组成，其中，时钟信号[clk1]经过反向器后分别接第一延时电路的clk端和第三延时电路的clk端，AC采样信号[uvac]与下限阈值电压分别接第一比较器的负端和正端，第一比较器的输出接第一延时电路的使能端，第一延时电路输出信号A；时钟信号[clk2]接第二延时电路的clk端，AC采样信号[uvac]与上限阈值电压分别接第二比较器的负端和正端，第二比较器的输出接第二延时电路的使能端，第二延时电路输出信号B；信号A和信号B分别接与门的输入端，与门输出信号C；信号C接第三延时电路的使能端，第三延时电路输出信号[uvac-out]；

AC掉电判断电路由一个电源状态寄存器、一个掉电状态寄存器、一个两输入与门、一个四输入与门和三个延时电路组成，其中，欠压保护信号[uvp]经过第四延时电路接两输入与门的一个输入端，两输入与门的另一个输入端接关电源信号经过第五延时电路的输出；两输入与门的输出作为时钟信号[clk]，接电源状态寄存器和掉电状态寄存器的clk端；电源状态寄存器为一个D触发器，其D端接电源，Q^-端作为关电源信号，清零端[clr]接掉电状态寄存器的Q^-端；掉电状态寄存器为一个D触发器，其Q端输出接第六延时电路的使能端，第六延时电路的输出端接掉电状态寄存器的清零端[clr]；关电源信号、过压保护检测非信号[ ovp]、过功耗保护检测非信号[ opp]和信号[uvac-out]四个信号接四输入与门的四个输入，四输入与门的输出作为掉电状态寄存器的D端输入。

2、根据权利要求1所述的AC瞬间掉电保护电路，其特征在于：AC检测电路中，所述第一延时电路由两个D触发器构成，时钟信号[clk1]经过反向器后分别接第一D触发器和第二D触发器的clk端，第一比较器的输出一路接第一D触发器的D端，另一路分别接第一D触发器和第二D触发器的清零端[clr]，第一D触发器的Q端接第二D触发器的D端，第二D触发器的Q^-端输出信号A。

3、根据权利要求1所述的AC瞬间掉电保护电路，其特征在于：AC检测电路中，所述第二延时电路由一个第三D触发器构成，时钟信号[clk2]接第三D触发器的clk端，第二比较器的输出分别接第三D触发器的D端和清零端[clr]，第三D触发器的Q端输出信号B。

4、根据权利要求1所述的AC瞬间掉电保护电路，其特征在于：AC检测电路中，所述第三延时电路由两个D触发器和一个两输入与门构成，时钟信号[clk1]经过反向器后分别接第四D触发器和第五D触发器的clk端，信号B分别接第四D触发器和第五D触发器的清零端[clr]，信号C接第四D触发器的D端，第四D触发器的Q端接第五D触发器的D端，第五D触发器的D端和Q端分别接两输入与门的输入端，两输入与门输出信号[uvac-out]。