一种具有适应超低压工作的稳压电源

技术领域

本发明涉及稳压电源，特别是一种具有适应超低压工作的稳压电源。

背景技术

目前行业交流稳压电源常规输入电压为135V-270V之间，也有特殊要求做到电压90V-270V，市场把这类交流稳压电源也叫做超低压稳压电源，这种稳压电源基本上符合市场需求。但对于经济发展很落后的国家和地区，市网电压有时最高达到AC285V，有时最低达到AC45V，电压极其不稳定。现有稳压电源在市网电压很低情况下，交流稳压电源很难实现自身供电，不易顺畅开机；在高压情况下，又不能保证电路耐高压冲击。

发明内容

本发明的目的是设计一种在市网电压很低情况下，能够顺畅开机，在高压情况下，又能保证电路耐高压冲击的具有适应超低压工作的稳压电源。

为了达到上述的目的，本发明采用以下技术解决方案：一种具有适应超低压工作的稳压电源，它包含变压器、自身供电系统管理单元和稳压管理及信号处理器，其特征在于所述自身供电系统管理单元包含输入电压采集模块、基准值可调模块、电压比较器、多路电压协调模块、第一同步降压电路、第一整流滤波电路、第二同步降压电路、第二整流滤波电路，其中：

所述输入电压采集模块对所述变压器的输入电压进行采集，所述输入电压采集模块的输出端与所述电压比较器第一输入端相连接，所述基准值可调模块的输出端与所述电压比较器的第二输入端相连接，所述电压比较器的输出端与所述多路电压协调模块的输入端相连接，所述多路电压协调模块的第一输出端和第二输出端分别连接所述第一同步降压电路和第二同步降压电路的控制端；

在所述变压器次级线圈上设有第一副线和第二副线，所述第一整流滤波电路和第二整流滤波电路的输入端分别连接所述第一副线两端和第二副线两端，所述第一整流滤波电路和第二整流滤波电路的输出端分别连接所述第一同步降压电路和第二同步降压电路的输入端，所述第一同步降压电路和第二同步降压电路的输出端连接各电路模块的工作电源输入端。

本发明为了能够根据不同市网电压情况，选择合适恰当的整流滤波和降压稳压电路，对所述技术方案进行进一步设置：所述多路电压协调模块包含第一延时电路、第二延时电路、或门电路及或非门电路，所述或门电路和所述或非门电路的第一输入端与所述电压比较器的输出端相连接，所述第一延时电路的输出端与所述或非门电路的第二输入端相连接，所述第二延时电路的输出端与所述或门电路的第二输入端相连接，所述或非门电路的输出端与所述第一同步降压电路的控制端相连接，所述或门电路的输出端与所述第二同步降压电路的控制端相连接。

本发明为了进一步提高系统自身工作电压稳压效果，对所述技术方案进行进一步设置：所述第一同步降压电路或第二同步降压电路包含型号为L6727的控制芯片、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、高频电感、电容、电压采样电路、电流采集电路以及控制三极管，其中：

所述电容两端连接在所述第一整流滤波电路或所述第二整流滤波电路的输出端上，所述电压采样电路并联在所述电容上，

所述第一N沟道MOS管的源极与漏极串接在所述电容正端与所述第一整流滤波电路或所述第二整流滤波电路的输出电压正端之间的线路上，

所述高频电感串接在所述第一N沟道MOS管的漏极与所述电容正端之间的线路上，

所述第二N沟道MOS管的源极与漏极分别与所述第一整流滤波电路或所述第二整流滤波电路的输出电压负端和所述第一N沟道MOS管的漏极相连接，

所述第一N沟道MOS管的栅极与所述控制芯片的上桥控制端相连接，所述第二N沟道MOS管的栅极与所述控制芯片的下桥控制端相连接，

所述电压采样电路的采样电压输出端与所述控制芯片的电压反馈端相连接，

所述控制三极管的集电极、发射极分别与所述控制芯片的电源端、接地端相连接，所述控制三极管的基极与所述或非门电路或所述或门电路的输出端相连接。

本发明为了进一步保证在市网电压很低情况下，能够顺畅开机，在高压情况下，又能保证电路耐高压冲击，对所述技术方案进行进一步设置：

所述第一整流滤波电路的交流稳态输入电压为33-38V，稳定输出DC直流电压Vcc为40V～45V，开机瞬间直流电压Vcc为12V～70V；

所述第二整流滤波电路的交流稳态输入电压为13-17V，稳定输出DC直流电压Vcc为15V～20V，开机瞬间直流电压Vcc为4V～45V。

本发明为了进一步保证系统能够适应超低压工作，对所述技术方案进行进一步设置：所述稳压电源的适应的市网电压为AC45V-AC285V之间，所述各电路模块的工作电源为12V。

附图说明

图1为本实施例工作原理方框图。

图2为多路电压协调模块的工作原理方框图。

图3为第一或第二同步降压电路的简化电路图。

图4为第一或第二同步降压电路作为LC充电回路示意图。

图5为第一或第二同步降压电路作为LC放电回路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例包含变压器T、自身供电系统管理单元和稳压管理及信号处理器，所述供电系统管理单元包含输入电压采集模块、基准值可调模块、电压比较器、多路电压协调模块、第一同步降压电路、第一整流滤波电路、第二同步降压电路、第二整流滤波电路，其中：

本实施例适应的市网电压为AC45V-AC285V之间，各电路模块的工作电源为12V。

所述第一整流滤波电路的交流稳态输入电压为33-38V，稳定输出DC直流电压Vcc为40V～45V，开机瞬间直流电压Vcc为12V～70V；

所述第二整流滤波电路的交流稳态输入电压为13-17V，稳定输出DC直流电压Vcc为15V～20V，开机瞬间直流电压Vcc为4V～45V。

当输入市网电压45V瞬间开机时，第一整流滤波电路直流电压Vcc为12V，第二整流滤波电路直流电压Vcc为4V；

当输入市网电压285V瞬间开机时，第一整流滤波电路直流电压Vcc为70V，第二整流滤波电路直流电压Vcc为45V。

所述输入电压采集模块对所述变压器T的输入电压进行采集，所述输入电压采集模块的输出端Vi-Signal经信号滤波电路以及信号放大电路后，与所述电压比较器第一输入端相连接，所述基准值可调模块的输出端与所述电压比较器的第二输入端相连接，所述电压比较器的输出端与所述多路电压协调模块的输入端相连接，所述多路电压协调模块的第一输出端和第二输出端分别连接所述第一同步降压电路和第二同步降压电路的控制端；

在所述变压器T的次级线圈上设有第一副线T1和第二副线T2，所述第一整流滤波电路和第二整流滤波电路的输入端分别连接所述第一副线T1两端和第二副线T2两端，所述第一整流滤波电路和第二整流滤波电路的输出端分别连接所述第一同步降压电路和第二同步降压电路的输入端，所述第一同步降压电路和第二同步降压电路的输出端连接各电路模块的工作电源输入端。

如图2所示，所述多路电压协调模块的主要功能为管理同步降压电路，它能打开和关闭同步降压电路，它包含第一延时电路、第二延时电路、或门电路及或非门电路，所述或门电路和所述或非门电路的第一输入端与所述电压比较器的输出端相连接，所述第一延时电路的输出端与所述或非门电路的第二输入端相连接，所述第二延时电路的输出端与所述或门电路的第二输入端相连接，所述或非门电路的输出端与所述第一同步降压电路的控制端相连接，所述或门电路的输出端与所述第二同步降压电路的控制端相连接。

如图3所示，所述第一同步降压电路包含型号为L6727的控制芯片U、第一N沟道MOS管Q1、第二N沟道MOS管Q2、高频电感L、电容C2、电压采样电路(R1、R2)、电流采集电路R3以及控制三极管Q3，其中：

所述电容C2两端连接在所述第一整流滤波电路或所述第二整流滤波电路的输出端上，所述电压采样电路(R1、R2、)并联在所述电容C2上，

所述第一N沟道MOS管Q1的源极与漏极串接在所述电容C2正端与所述第一整流滤波电路或所述第二整流滤波电路的输出电压正端之间的线路上，

所述高频电感L串接在所述第一N沟道MOS管Q1的漏极与所述电容C2正端之间的线路上，

所述第二N沟道MOS管Q2的源极与漏极分别与所述第一整流滤波电路的输出电压负端和所述第一N沟道MOS管Q1的漏极相连接，

所述第一N沟道MOS管Q1的栅极与所述控制芯片U的上桥控制端DH相连接，所述第二N沟道MOS管Q2的栅极与所述控制芯片U的下桥控制端DL相连接，

所述电压采样电路(R1、R2)的采样电压输出端与所述控制芯片U的电压反馈端V-F相连接，

所述控制三极管Q3的集电极、发射极分别与所述控制芯片U的电源端Vdd、接地端相连接，所述控制三极管Q3的基极与所述或非门电路的输出端相连接。

同理，所述第二同步降压电路的电路连接结构与所述第一同步降压电路基本相同，不同点在于所述第二同步降压电路中的控制三极管的基极与所述或门电路的输出端相连接。

当系统开机启动时，电压比较器优先参与工作，对输入电压采集模块的采样值与电压基准值可调模块的基准值进行比较，如果输入电压采样值大于基准值，电压比较器输出高电平，说明输入市网电压高于设定电压值，否则输入市网电压低于设定电压值。

当电压比较器输出高电平时，说明输入市网电压高于设定电压值，如果这情况开机，系统为防止高压冲击多路电压协调模块优先关闭第一同步降压电路，选择开第二同步降压电路，只有当整机稳压系统都正常后，供电系统电压稳定，保持第二同步降压电路输出，这样的协调机制有效保护高压冲击电路。

当电压比较器输出低电平时，说明输入市网电压低于设定电压值，如果这种情况开机，多路电压协调模块优先关闭第二同步降压电路，选择开第一同步降压电路，只有当整机稳压系统都正常后，关闭第一同步降压电路，重新打开第二同步降压电路。这样的协调机制有效解决低压情况无法开机现象。

多路电压协调模块打开和关闭同步降压电路过程具体如下：

开机瞬间，第一延时电路和第二延时电路输出都为0。

开机瞬间，当电压比较器输出低电平信号时，或门电路输出信号Eanble2为0，第二同步降压电路中的控制三极管截止关闭，第二同步降压电路被关闭，此时，或非门电路输出信号Eanble1为1，第一同步降压电路中的控制三极管Q3导通，第一同步降压电路启动工作。

开机瞬间，当电压比较器输出高电平信号时，或门电路输出信号Eanble2为1，第二同步降压电路中的控制三极管导通，第二同步降压电路启动工作，此时，或非门电路输出信号Eanble1为0，第一同步降压电路中的控制三极管Q3截止关闭，第一同步降压电路被关闭。

当系统经延时100ms稳定后，第一延时电路和第二延时电路输出都为1，此时不管电压比较器输出低电平信号或高电平信号，或门电路输出信号Eanble2为1，或非门电路输出信号Eanble1为0，第一同步降压电路被关闭，第二同步降压电路启动工作。系统稳定后，系统输出电压一直保持第二同步降压电路输出。

第一同步降压电路和第二同步降压电路降压稳压过程如下：

再如图3所示，第一或第二同步降压电路的主要功能是稳定输出电压12V，同时也具有低功耗特点。

第一或第二同步降压电路的关闭和打开由控制三极管Q3控制，控制三极管Q3由多路电压协调模块控制。

第一或第二同步降压电路工作时，当控制芯片U的上桥控制端DH输出为1，下桥控制端DL输出为0时，第一N沟道MOS管Q1导通，第二N沟道MOS管Q2截止关闭，电源Vcc直流电流经过第一N沟道MOS管Q1、高频电感L以及电流采集电路R3形成LC充电回路(如图4所示)，此时，电源Vcc向电容C2和高频电感L充电，当电压充到大于12V时，电压采样电路(R1、R2)的采样电压信号反馈给控制芯片U，使控制芯片U的上桥控制端DH输出为0，第一N沟道MOS管Q1截止关闭。

当控制芯片U的上桥控制端DH输出为0，下桥控制端DL输出为0时，预留一段极短的时间，这时间称为死区时间，此时，电路失去了充电，电容C2维持输出，输出电压不断下降，电压采样电路(R1、R2)的采样电压信号反馈给控制芯片U，使得控制芯片U的下桥控制端DL输出为1，第二N沟道MOS管Q2导通。

当控制芯片U的上桥控制端DH输出为0，下桥控制端DL输出为1时，第一N沟道MOS管Q1截止关闭，第二N沟道MOS管Q2导通，高频电感L的电流流向电容C2以及第二N沟道MOS管Q2形成LC放电回路(如图5所示)，此时，高频电感L的电流向电容C2继续充电来维持输出电压，当输出电压小于12V时，电压采样电路(R1、R2)的采样电压信号反馈给控制芯片U，使得控制芯片U的上桥控制端DH输出为0，下桥控制端DL输出为0，第一N沟道MOS管Q1重新打开，第二N沟道MOS管Q2截止关闭，反复上述过程形成一个完整的闭环系统，输入输出电压变化都可通过占空比调节达到稳定效果。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、系统自身工作电压稳定效果好。由于采用了型号为L6727的控制芯片和N沟道MOS管控制，对系统自身所需的工作电压稳定效果非常好，且功耗低、无噪音。

2、输入电压范围更宽，保证系统正常启动。设有两组副线电压，系统能够根据电网电压情况，自动切换相应相应的整流滤波和同步降压电路，智能性强，保证系统正常启动，同时，降低冲击，提高本机和设备寿命。

3、提高系统工作的稳定性。稳压管理及信号处理器对供电系统稳定性要求很高，如果有严重的干扰，会影响精度和误操作。由于系统自身供电与其他系统无关，独立控制，独立保护处理，大大提高了系统稳压工作处理的稳定性。

4、具有开机延时功能。通过延时电路可自定义开机延时时间，更好的保护用户设备安全。