專利名稱：一種啟動控制電路及其對電源控制芯片保護(hù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電源系統(tǒng)的保護(hù)電路，尤其涉及的是一種適用于頻繁啟動 的控制電路及其對電源控制芯片保護(hù)的方法。
背景技術(shù)：
在大功率開關(guān)電源中，PWM (脈寬調(diào)制)控制芯片供電電壓VCC的儲能 電容由于某些原因可能相對比較大，導(dǎo)致正常關(guān)機(jī)或者任何非正常關(guān)機(jī)時，控 制芯片供電電壓VCC掉電慢而輸入母線電壓掉電快；如果開關(guān)機(jī)的時間間隔非 常短，以致控制芯片的供電電壓VCC還沒有掉，就再次開機(jī)，而釆用的控制芯 片又沒有占空比限制功能，則此時控制芯片輸出的占空比勢必非常大，而且將 持續(xù)很長時間，將有很高的、危險的大電流從輸入端流入，通過變換器功率晶 體管；只要輸出電容電壓低于額定值，占空比總是最大，沖擊電流很大，這很 可能導(dǎo)致啟動失敗、電源板炸機(jī)等可靠性問題。
目前，開關(guān)電源中用到的PWM控制芯片(簡稱PWMIC),按照控制模式 可分為電壓型控制芯片和電流型控制芯片，這兩種芯片大多無占空比限制(即 占空比為100%),如UC3842, UCC3854等；在使用這些控制芯片的時候，就 需要面臨一個問題，如果控制芯片的供電掉電時間較長，而開關(guān)機(jī)的頻率非常 高，則會導(dǎo)致在關(guān)機(jī)后的下一個開機(jī)時間，控制芯片的供電電壓使芯片一直在 工作，即有PWM驅(qū)動控制信號輸出，如果輸入又沒有欠壓保護(hù)，這樣就會導(dǎo) 致在輸入交流非常低的情況下，電源板就開始工作，此時的變壓器很容易飽和， 存在啟動失敗、炸機(jī)的風(fēng)險。
在輸入電壓是高壓時，電源啟動是開關(guān)電源設(shè)計經(jīng)常碰到的問題，目前啟動的順序都是首先建立輔助電源—PWMIC供電—軟啟動—驅(qū)動變換器，其 中常見的有以下兩種方式對電源頻繁啟動實施<呆護(hù)
1、 檢測PWM IC—旦斷電，設(shè)計電路給軟啟動電容快速放電到零，等待 下一次啟動，實現(xiàn)頻繁啟動的功能，但是這種方式?jīng)]有考慮到關(guān)機(jī)后如果PWM IC供電掉電比較慢，而再次開機(jī)的時間間隔較短的情況，這時，PWMIC—直 在正常工作，軟啟動將失效，造成啟動失敗，燒毀功率器件。
2、 為避免電源啟動失誤，首先應(yīng)當(dāng)在PWM IC電源設(shè)置欠壓保護(hù)，即電 源電壓尚未達(dá)到最低輸入電壓時，輔助電源雖已正常，但應(yīng)使PWMTC不工作。 如果PWM IC沒有軟啟動功能，外設(shè)軟啟動電路應(yīng)與PWM IC同時供電。具體 實現(xiàn)古式如圖l所示，由兩個電阻和電壓基準(zhǔn)調(diào)節(jié)器DV組成檢測比較電路對輸 入電壓檢測，當(dāng)輸入電壓未達(dá)到檢測電平時，DV不導(dǎo)通，PWMIC不供電、且 芯片不工作；當(dāng)輸入電壓達(dá)到檢測電平時，DV導(dǎo)通，電源對控制PWMIC供電， 同時如果芯片外設(shè)了軟啟動電路，其供電也接到PWM IC的供電上。
上述兩種實現(xiàn)頻繁開機(jī)的保護(hù)電路中，電路過于復(fù)雜，分欠壓和軟啟動兩 部分檢測和控制，參數(shù)計算也很復(fù)雜；另外上述方案2中，在靠近PWM IC的 供電引腳，通常會有個濾波電容，該電容的存在使得關(guān)機(jī)的時候，PWMIC供 電電壓掉電要一定的時間，因此該時間內(nèi)再次開機(jī)，PWMIC的軟啟動仍然失 效，也就失去了欠壓保護(hù)的功能。
因此，現(xiàn)有技術(shù)仍然存在缺陷，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種啟動控制電路及其對電源控制芯片保護(hù)的方 法，其既能實現(xiàn)頻繁開機(jī)，又能實現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 本發(fā)明的啟動控制電路，其包括
一分壓纟企測電^各，用于纟企測直流電源電3各直流側(cè)的輸入母線電壓，并獲得才企測電壓；
及一開關(guān)控制電路，用于接收所述檢測電壓，并產(chǎn)生用于控制所述直流電
源電路中電源控制芯片停止工作的控制信號；當(dāng)所述檢測電壓低于使開關(guān)控制 電路啟動的基準(zhǔn)電壓值時，開關(guān)控制電路控制所述電源控制芯片使能端，使該 芯片關(guān)斷。
其中，所述開關(guān)控制電路的工作電壓輸入端連接所述直流電源電路中電源 控制芯片的供電電壓輸出端。
其中，所述分壓檢測電路包括至少兩個分壓電阻，所述分壓電阻依次串接 在所述輸入母線電壓與參考地端之間。
其中，所述分壓^f企測電路包括第一電阻、第二電阻及第三電阻，所述第一 電阻、第二電阻、第三電阻依次串接在所述輸入母線電壓與參考地端之間，以 第三電阻上的分壓作為所述檢測電壓。其中，所述第三電阻的兩端并聯(lián)一第一 電容，用于延長所述開關(guān)控制電路產(chǎn)生控制信號的時間，及輸入母線電壓的欠 壓保護(hù)滯環(huán)。并且所述第一電阻和第二電阻的接點到參考地端之間還可以串聯(lián) 一第二電容。
其中，所述開關(guān)控制電路包括兩個共射極開關(guān)電路，第一共射極開關(guān)電路 中的第一開關(guān)管基極的偏置電壓由所述檢測電壓提供，第一開關(guān)管的集電極連
接第二共射極開關(guān)電路中的第二開關(guān)管的基極；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管截止時，第二開 關(guān)管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平控制所述電源控制芯片使能端，使該芯片關(guān)斷。 其中，所述第 一開關(guān)管和第二開關(guān)管的集電極分別通過一限流電阻連接所 述電源控制芯片的供電電壓輸出端。其中，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管釆用 全控型電力電子器件，其包括門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶閘管、電力晶體管、 電力場效應(yīng)管和絕緣柵雙4及晶體管。
對電源控制芯片保護(hù)的方法按以下步驟進(jìn)行
A、 檢測直流電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，獲得檢測電壓；
B、 判斷所述檢測電壓是否小于一基準(zhǔn)電壓；當(dāng)所述檢測電壓小于所述基準(zhǔn)電壓時，控制直流電源電路中電源控制芯片的使能端，使該芯片關(guān)斷。
釆用上述方案，本發(fā)明通過檢測直流電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，觸 發(fā)開關(guān)控制電路的導(dǎo)通與否，從而控制所述直流電源電路的芯片使能端。與現(xiàn) 有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)計算方便，而且不需要補(bǔ)償。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明電路框圖的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下對本發(fā)明的較佳實施例加以詳細(xì)說明。
本發(fā)明主要的設(shè)計思想是首先、設(shè)置一啟動控制電路，該電路檢測直流 電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，獲得檢測電壓；然后、判斷所述檢測電壓是 否小于一基準(zhǔn)電壓；當(dāng)所述檢測電壓小于所述基準(zhǔn)電壓時，控制直流電源電路 中電源控制芯片的使能端，使該芯片關(guān)斷。這里所說的芯片使能端具體是指除 芯片電壓輸入管腳以外的可以控制芯片關(guān)斷的管腳，比如芯片片選、或相關(guān)軟 啟動引腳。基于此設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種如圖2所示的啟動控 制電路。
如圖2所示，本發(fā)明的啟動控制電路，其可以用于對含有電源控制芯片的 直流電源電路起到保護(hù)作用。常規(guī)的電源電路在設(shè)計時，通常是將輸入的交流 電220伏依次通過變壓器、濾波整流、穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流側(cè)的輸入母線 電壓，'然后通過各種穩(wěn)壓器件，建立系統(tǒng)所需要的輔助直流電源，目前，在電 源電路中會用到PWM控制芯片，即本文提到的電源控制芯片。當(dāng)輸入的是高 壓時，電源啟動是開關(guān)電源設(shè)計經(jīng)常碰到的問題，目前啟動的順序都是首先 建立輔助電源—PWM電源控制芯片供電—軟啟動4驅(qū)動變換器。如圖2所示，本發(fā)明通過 一 分壓檢測電路10 0和 一 開關(guān)控制電路12 0實現(xiàn)對 上述輸入母線電壓的監(jiān)測，分壓一全測電^各100用于纟全測直流電源電路直流側(cè)的
輸入母線電壓，并獲得檢測電壓；開關(guān)控制電路120用于接收所述檢測電壓， 并產(chǎn)生用于控制所述直流電源電路的芯片使能端部分動作的控制信號，這里所 說的芯片使能端具體是指除芯片電壓輸入管腳以外的可以控制芯片關(guān)斷的管 腳，比如芯片片選、或相關(guān)軟啟動引腳；當(dāng)所述檢測電壓低于使開關(guān)控制電路 啟動的基準(zhǔn)電壓值時，開關(guān)電路輸出的控制信號控制所述芯片使能端無效，此 控制所述芯片使能端無效的含義是指，當(dāng)所述檢測電壓低于基準(zhǔn)電壓值時，如 果使能端還處于有效狀態(tài)，則開關(guān)控制電路120發(fā)出控制信號使芯片使能端為 無效狀態(tài)，即使芯片無輸出。當(dāng)所述檢測電壓高于開關(guān)控制電路啟動的基準(zhǔn)電 壓值時，開關(guān)控制電路發(fā)出的控制信號無效，對使能端功能沒有影響。所述開 關(guān)控制電路120的工作電壓輸入端連接所述直流電源電路中電源控制芯片的供 電電壓輸出端，同時起到對電源控制芯片的供電電壓起到監(jiān)測所用。上述所說 的芯片使能端可以是直流電源電路設(shè)置的軟啟動電路，或上述電源控制芯片的 軟啟動相關(guān)引腳、使能端相關(guān)引腳，這些電源控制芯片可以是PWM控制芯片 UC3842, UCC3854等等，開關(guān)控制電路120可以根據(jù)PWM控制芯片使能端相 關(guān)引腳的電平要求，產(chǎn)生控制信號輸入到PWM控制芯片的使能端相關(guān)引腳， 從而實現(xiàn)芯片關(guān)斷功能。
以下結(jié)合圖3的具體電路部分，說明本發(fā)明 一種最優(yōu)的實施例。 本發(fā)明的電路主要由分壓檢測電路1 OO和開關(guān)電路120組成；分壓檢測電路 IOO用多個電阻構(gòu)成電壓檢測網(wǎng)絡(luò)，其可以由第一電阻R150、第二電阻R152、 第三電阻R151三個電阻構(gòu)成，第一電阻R150、第二電阻R152、電阻R151依次 串接在所述輸入母線電壓Vbus與參考地端之間，最上面第一電阻R150與輸入 母線電壓Vbus相連，最下面的第三電阻R151與參考地端相連，且其上的分壓 作為所述檢測電壓。
開關(guān)控制電路l20包括兩個共射極開關(guān)電路，第三電阻R151上的分壓即檢測電壓，其為第一共射極開關(guān)電路中第一開關(guān)管Q108的基極提供偏置電壓，
第一開關(guān)管Q108的集電極連接第二共射極開關(guān)電路中第二開關(guān)管Q109的基 極；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管Q108截止時，第二開關(guān)管Q109導(dǎo)通，Q109的集電極輸出低 電平控制所述軟啟動引腳為低，芯片不工作，當(dāng)然如果使能端的控制信號需要 高電平實現(xiàn)控制的話，增加一個反相器就可以了，這屬于常用方法，在此不再贅述。
如圖2所示，上述Q108和Q109均可采用NPN型三極管，其工作在開關(guān)狀 態(tài)，在電源控制芯片的供電電壓VCC和Q108的集電極之間串入限流電阻R153， 實現(xiàn)Q108的供電；同時另外三極管Q109的基極與Q108的集電極相連，即Q108 的集電極信號作為Q109的輸入信號，控制Q109的通斷，Q109的集電極為輸出 信號端，該信號去控制使能端、或電源控制芯片與的使能端相關(guān)引腳的電平， 其供電也用電源控制芯片的供電電壓VCC，供電電壓VCC通過一限流電阻 Rl 54實現(xiàn)連接Q 109的集電極；兩個三極管的發(fā)射極與分壓檢測電路最底端的 檢測第三電阻R151接到同一電平(通常為參考地)；在Q108的基極到參考電平 之間還要加電容，用于儲能、并起到延長開關(guān)控制電路120產(chǎn)生控制信號的時 間，也就是，在第三電阻R151的兩端并聯(lián)第一電容C109,同樣地，也可在R152 與其上第一電阻R150相連的接點與參考地之間加一第二電容C108,實現(xiàn)相同 的延遲時間，通過改變C108和C109的電容值可以適應(yīng)的改變延長時間。
上述電路的欠壓保護(hù)原理在第三電阻R15 i上檢測的電壓如果不到0.7V (0.7V即為開關(guān)控制電路的基準(zhǔn)電壓)，與其相連的三極管Q108就不會導(dǎo)通， 電源控制芯片的供電電壓VCC直接加到輸出控制信號的三極管Q109，該三極 管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平信號，該信號可以接到使能端引腳，控制所述控 制芯片關(guān)斷，即此時電源控制芯片使能端無效；在第三電阻R151上檢測的電 壓達(dá)到0.7V時，該三極管Q108導(dǎo)通，后面的三極管Q109的基極電壓被拉倒 0.3V,處于截止?fàn)顟B(tài)，'開關(guān)控制電路給出的控制信號無效，即保持電源控制芯 片使能端有效，控制芯片正常啟動。上述進(jìn)行參數(shù)計算時，要使R151上的電壓接近Q108的基極電壓0.7V,這 里將0.7伏電壓作為基準(zhǔn)電壓值，如下式所示，
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中'Kbus表示輸入母線電壓Vbus的電壓值，i 151、 i 152、凡5。分別為電阻 R151、 R152、 R150的阻值。
上述相關(guān)電阻兩端并聯(lián)的電容C 108和C 109 ，實際上是給輸入欠壓保護(hù)一 個滯環(huán)，在輸入電壓紋波電壓范圍內(nèi)，電路不會振蕩。欠壓保護(hù)滯環(huán)設(shè)計時， 輸入母線電壓的紋波周期時間t可近似為
該計算式子對巴C108近似到采樣電阻R151端，對計算結(jié)果沒有大影響，且 可以簡化計算。
當(dāng)系統(tǒng)處于頻繁開機(jī)狀態(tài)下，即使電源控制芯片的供電電壓VCC沒有完全 回到零，或者是還處在能使電源控制芯片正常工作的電壓，但因本發(fā)明電路的 存在，在再次開機(jī)時使能端為無效狀態(tài)，使電源控制芯片處于關(guān)斷狀態(tài)；只有 當(dāng)該使能端信號由無效變有效時，電源控制芯片由軟啟動開始工作，不會出現(xiàn) 炸機(jī)等可靠性問題。
上述電路的頻繁可靠啟動原理關(guān)機(jī)后，電源控制芯片的供電電壓(即通 過R153給Q108的偏置電壓)，如果放電時間比較長，而輸入母線電壓Vbus下降 比較快，則前三極管Q108將截止，而由于電源控制芯片控制電壓的存在，導(dǎo) 致后三極管Q109導(dǎo)通，也即實現(xiàn)了欠壓保護(hù)功能。如果在電源控制芯片的供 電電壓VCC還沒有掉到芯片不工作以下，短時間再開機(jī)，首先有欠壓保護(hù)，另 外電源控制芯片的使能端，使芯片在再次開機(jī)時軟啟動正常工作，啟動不會失 敗。
本發(fā)明對上述開關(guān)管，即三極管Q108和Q109的適用類型并無限制，其可采用全控型電力電子器件，其主要包括門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶閘管、電力 晶體管、電力場效應(yīng)管和絕緣4冊雙極晶體管。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn) 或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種啟動控制電路，其特征在于，所述電路包括一分壓檢測電路，用于檢測直流電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，獲得檢測電壓；及一開關(guān)控制電路，用于接收所述檢測電壓，并產(chǎn)生用于控制所述直流電源電路中電源控制芯片停止工作的控制信號；當(dāng)所述檢測電壓低于使開關(guān)控制電路啟動的基準(zhǔn)電壓值時，開關(guān)控制電路控制所述電源控制芯片的使能端，使該芯片關(guān)斷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)控制電路的工作電 壓輸入端連接所述直流電源電路中電源控制芯片的供電電壓輸出端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路，其特征在于，所述分壓檢測電路包括至少 兩個分壓電阻，所述分壓電阻依次串接在所述輸入母線電壓與參考地端之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述分壓檢測電路包括第一 電阻、第二電阻及第三電阻，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻依次串接在 所述輸入母線電壓與參考地端之間，以第三電阻上的分壓作為所述檢測電壓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述第三電阻的兩端并聯(lián)一 第一電容，用于延長所述開關(guān)控制電路產(chǎn)生控制信號的時間，及輸入母線電壓 的欠壓保護(hù)滯環(huán)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻的 接點到參考地端之間串聯(lián)一第二電容。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)控制電路包括兩個共射極開關(guān)電路，第一共射極開關(guān)電路中的第一開關(guān)管基極的偏置電壓由 所述檢測電壓提供，第 一開關(guān)管的集電極連接第二共射極開關(guān)電路中的第二開 關(guān)管的基極；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管截止時，第二開關(guān)管導(dǎo)通，其集電極輸出低電平控 制所述電源控制芯片使能端，使該芯片關(guān)斷。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的集電極分別通過一限流電阻連接所述電源控制芯片的供電電壓輸出端。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管和第二開關(guān) 管釆用全控型電力電子器件，其包括門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶閘管、電力晶 體管、電力場效應(yīng)管和絕緣柵雙極晶體管。
10、 一種對電源控制芯片保護(hù)的方法，其特征在于，所述方法執(zhí)行以下步驟A 、檢測直流電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，獲得檢測電壓； B、判斷所述檢測電壓是否小于一基準(zhǔn)電壓；當(dāng)所述檢測電壓小于所述基 準(zhǔn)電壓時，控制直流電源電路中電源控制芯片的使能端，使該芯片關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種啟動控制電路及其對電源控制芯片保護(hù)的方法，其電路包括一分壓檢測電路，用于檢測直流電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，并將獲得的檢測電壓；一開關(guān)控制電路，用于接收所述檢測電壓，并產(chǎn)生用于控制所述直流電源電路的芯片使能端動作的控制信號；當(dāng)所述檢測電壓高于基準(zhǔn)電壓值時，控制所述使能端有效；當(dāng)所述檢測電壓低于基準(zhǔn)電壓值時，控制所述使能端無效。采用上述方案，本發(fā)明通過檢測直流電源電路直流側(cè)的輸入母線電壓，觸發(fā)開關(guān)控制電路的導(dǎo)通與否，從而控制所述直流電源電路的使能端有無效。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)計算方便，而且不需要補(bǔ)償。
文檔編號H02H7/10GK101414748SQ20071012407
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者衛(wèi)延昌, 王安山, 駱春敏 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司