CN113922349B - 一种智能电源管理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能电源管理***，包括电源输入端、采样电路、控制电路和电源输出端，采样电路包括与第一二极管的阴极连接的控制芯片、分别与控制芯片连接的启动电路和浪涌释放电路，启动电路包括第一栅极驱动电阻、第一开关管、第二电容和启动电阻，浪涌释放电路包括第二栅极驱动电阻、第二开关管、二极管组、第六二极管和第四电阻，二极管组包括至少四个二极管并联连接，电源输入端经过采样电路输出电压信号，控制电路通过电压信号判断电源输入端的工作状态，根据工作状态保护电源输出端，无论电源输入端处于何种状态，控制芯片都会灵活控制第一开关管和/或第二开关管的打开和/或关闭，均能满足防浪涌和低压保护，提高了电源管理效率。

Description

一种智能电源管理***

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种智能电源管理***。

背景技术

随着电源技术的发展，开关电源由于具有体积小、效率高的特点，所以相比传统的线性电源，其应用范围更加广泛。尤其在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，开关电源已经逐渐取代线性电源，产生着巨大的作用。

在电源的开机，异常使用或雷击时，均会出现浪涌，这将对电源的正常使用造成极大的影响，因此，一般在设计电源时均会设置防浪涌电路。目前的防浪涌电路中，主要使用热敏电阻，SCR等，电路复杂，成本较高，虽然能很好的释放浪涌电流，但对低启动电压无保护效果或保护效果不好，导致负载在低启动电压下工作，降低电源管理效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防浪涌、低电压保护输出和防止低压启动的一种智能电源管理***，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下技术方案来实现。

本发明提供了一种智能电源管理***，包括：

电源输入端；

采样电路，包括与所述电源输入端连接的第一电阻、分别与所述第一电阻连接的第二电阻和第三电阻、第一电容和第一二极管，所述第一电容的一端与所述第二电阻连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一二极管的阳极与所述第三电阻连接；

控制电路，包括与所述第一二极管的阴极连接的控制芯片、分别与所述控制芯片连接的启动电路和浪涌释放电路，所述启动电路包括第一栅极驱动电阻、第一开关管、第二电容和启动电阻，所述第一栅极驱动电阻的一端连接所述控制芯片，所述第一栅极驱动电阻的另一端连接所述第一开关管的栅极，所述第一开关管的源极连接所述第二电容的一端、所述启动电阻，所述第二电容的另一端接地；所述浪涌释放电路包括第二栅极驱动电阻、第二开关管、二极管组、第六二极管和第四电阻，所述第二栅极驱动电阻的一端连接所述控制芯片，所述第二栅极驱动电阻的另一端与所述第二开关的栅极连接，所述第二开关管的源极连接所述二极管组的阴极，所述第二开关管的漏极连接所述第一开关管的漏极，所述二极管组的阳极与所述第六二极管的阳极连接，所述第六二极管的阴极连接所述第四电阻，其中，所述二极管组包括至少四个二极管并联连接；

电源输出端，与所述启动电阻连接；

其中，所述电源输入端经过所述采样电路输出电压信号，所述控制电路通过所述电压信号判断所述电源输入端的工作状态，根据所述工作状态保护所述电源输出端。

本发明提供了一种智能电源管理***，相对于现有技术存在以下

有益效果：

通过将采样电路、控制电路连接至电源输入端和电源输出端，控制电路包括控制芯片、启动电路和浪涌释放电路，控制电路可以通过电源输入端的电压信号判断电源输入端所处的工作状态。启动电路包括第一栅极驱动电阻、第一开关管、第二电容和启动电阻，浪涌释放电路包括第二栅极驱动电阻、第二开关管和二极管组，当判断输入端是处于浪涌状态、电压不足状态等，通过控制浪涌释放电路处理浪涌，或当电压不足时，可以保护电源正常输出。当电源输入端输入正常信号时，经过采样电路确定电压并反馈给控制芯片，控制芯片控制第一开关管打开并输入信号经过第一开关管所在通路输出至启动电阻，输出端通过启动电阻取电后正常工作。当电源输入端存在浪涌状态时，采样电路确定电压值存在明显变化，控制芯片会控制第一开关管关闭并断开电源输出端通路，同时打开第二开关管，浪涌能量通过第二开关管所在通路的二极管中的多个TVS二极管释放掉。当电源输入端处于低电压状态时，此时不足以满足输出端的工作电压要求，控制芯片控制第一开关管和第二开关管关闭，电源输入端通过采样电路给电容充电并存储电能，防止额外的电能损失。无论电源输入端处于何种状态，控制芯片都会灵活控制第一开关管和/或第二开关管的打开和/或关闭，均能满足防浪涌和低压保护，提高了电源管理效率，也提升了电源管理***的工作安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的智能电源管理***的结构框图；

图2为本发明实施例提供的智能电源管理***的电路原理图。

主要元件符号说明如下：

10-电源输入端；20-采样电路；21-第一电阻；22-第二电阻；23-第三电阻；24-第一电容；25-第一二极管；30-控制电路；31-控制芯片；32-启动电路；321-第一栅极驱动电阻；322-第一开关管；323-第二电容；324-启动电阻；33-浪涌释放电路；331-第二栅极驱动电阻；332-第二开关管；333-二极管组；334-第六二极管；335-第四电阻；40-电源输出端。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1和图2，本发明提供了一种智能电源管理***，包括：

电源输入端10；

采样电路20，包括与所述电源输入端10连接的第一电阻21、分别与所述第一电阻221连接的第二电阻22和第三电阻23、第一电容24和第一二极管25，所述第一电容24的一端与所述第二电阻22连接，所述第一电容24的另一端接地，所述第一二极管25的阳极与所述第三电阻23连接；

控制电路30，包括与所述第一二极管25的阴极连接的控制芯片31、分别与所述控制芯片31连接的启动电路32和浪涌释放电路33，所述启动电路32包括第一栅极驱动电阻321、第一开关管322、第二电容323和启动电阻324，所述第一栅极驱动电阻321的一端连接所述控制芯片31，所述第一栅极驱动电阻321的另一端连接所述第一开关管322的栅极，所述第一开关管322的源极连接所述第二电容323的一端、所述启动电阻324，所述第二电容323的另一端接地；所述浪涌释放电路33包括第二栅极驱动电阻331、第二开关管332、二极管组333、第六二极管334和第四电阻335，所述第二栅极驱动电阻331的一端连接所述控制芯片31，所述第二栅极驱动电阻331的另一端与所述第二开关332的栅极连接，所述第二开关管332的源极连接所述二极管组333的阴极，所述第二开关管332的漏极连接所述第一开关管322的漏极，所述二极管组333的阳极与所述第六二极管334的阳极连接，所述第六二极管334的阴极连接所述第四电阻335，其中，所述二极管组333包括至少四个二极管并联连接；

电源输出端40，与所述启动电阻32连接；

其中，所述电源输入端10经过所述采样电路20输出电压信号，所述控制电路30通过所述电压信号判断所述电源输入端10的工作状态，根据所述工作状态保护所述电源输出端40。

本实施例中，电源输入端10的输入电压可以是交流电压，也可以是直流电压，采样电路20中包含三个电阻形成两条电流路径，第一电阻21记为R1、第二电阻22记为R2、第一电容24记为C1为第一条电流路径，第一电阻21、第三电阻23记为R3、第一二极管25记为D1为第二条电流路径，使得电阻分压作为采样电路，通过调整R1、R2和R3的大小可以调节输出电压，即采样电路20为标准电路。第一电阻21、第二电阻22和第三电阻23为取样电阻，D1为续流二极管，续流二极管为正向导通二极管，一是起到续流的作用，二是防止负载的反向尖峰电压对输入端造成影响，C1类似于一个蓄水池，起到稳定输出电压的作用。控制芯片31可以是中央处理器(CPU)或微处理器(MCU)，第一开关管322和第二开关管332为MOS管，第四电阻335记为R4为稳压电阻，第一栅极驱动电阻321记为Rg1和第二栅极驱动电阻331记为Rg2分别连接第一开关管322记为M1、第二开关管332记为M2的栅极，这样可以提高开关速度和减少损耗。所述二极管组333包括第二二极管记为D2、第三二极管记为D3、第四二极管记为D4和第五二极管记为D5，所述第六二极管记为D6为续流二极管，所述第二二极管、所述第三二极管、所述第四二极管和所述第五二极管均为TVS二极管。瞬态电压抑制二极管(Transientvoltagesuppressiondiode)也称为TVS二极管，是一种保护用的电子零件，可以保护电器设备不受导线引入的电压尖峰破坏。

需要说明的是，TVS二极管会和需要保护的电路并联，当其电压超过突崩溃准位时，直接分流过多的电流，TVS二极管为钳位器，会抑制超过崩溃电压的过高电压，当电压消失时，TVS二极管会自动复归。启动电阻324记为Rout的作用为接通电源瞬间，电路尚未起振时给开关管提供一个偏流。启动电路32和浪涌释放电路33并联连接控制芯片31，采样电路20对电源输入端进行采样输出电压信号，控制电路中的控制芯片通过电压信号判断电源输入端10的工作状态，控制芯片31根据工作状态控制第一开关管322和/或第二开关管332的打开和/或关闭，有效处理浪涌或低电压输入，可以保护电源输出端40的电压正常输出，提高了电源管理的效率。

可选地，所述根据所述工作状态保护所述电源输出端40，包括：

所述工作状态为当所述电源输入端10输入正常信号时，所述采样电路20确定所述电源输入端10的电压后，所述控制芯片31控制所述第一开关管322开启和所述第二开关管332关闭，输入信号经所述第一开关管322所在通路并输出至所述启动电阻324，所述电源输出端40向所述启动电阻324取电并正常工作。

本实施例中，电源输入端10的电压信号可以是高电压、低电压或正常电压，输入电压信号与终端工作的需求电压进行比较来判断的，若输入电压等于需求电压，则工作状态为输入正常信号。当所述第一开关管322关闭时，所述第一开关管322所在通路给所述第二电容323记为C2充电，C2可以存储电能，在检测到输入正常信号时，启动电路32导通且浪涌释放电路33未导通，减小了电能损耗。

可选地，所述根据所述工作状态保护所述电源输出端40，还包括：

所述工作状态为当所述电源输入端10存在浪涌状态时，所述采样电路20确定所述电源输入端10的电压值发生变化，所述控制芯片31控制所述第一开关管322关闭和断开所述电源输入端10所在通路，并打开所述第二开关管332，浪涌能量通过所述第二开关管332所在通路中的多个二极管释放以保护所述电源输出端所在电路。

本实施例中，浪涌状态是超出正常工作电压的瞬间过电压，可能引起浪涌的原因主要有重型设备、短路、电源切换或大型发动机等，电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流)，是一种瞬变干扰。在采样电路检测到电源输入端的输入电压瞬间出现远大于终端工作的需求电压时，控制芯片31控制第一开关管322打开即断开启动电路32并保持浪涌释放电路33导通，二极管组333包含多个并联的TVS二极管可以增加结面积，有效提升了泄放通路面积，使得浪涌能量泄放加快，同时D2-D5可以选择不同击穿电压的TVS二极管，可以进行精准泄放。若D2-D5有个别二极管出现损坏，也可以借此估算浪涌电压或电流的大小，便于设计者对电路进行调整。

可选地，所述根据所述工作状态保护所述电源输出端40，还包括：

所述工作状态为当所述电源输入端10处于低压状态时，所述控制芯片31控制关闭所述第一开关管322和所述第二开关管332，所述电源输入端10通过所述采样电路20给所述第一电容24充电，所述低压状态包括所述电源输入端10的输入电压低于所述电源输出端40连接的终端工作的需求电压。

本实施例中，将电源输入端10和电源输出端40接入终端时，输入端的输入电压与终端工作的需求电压相比，输入电压低于需求电压，则判定输入电压为低电压，控制芯片31控制第一开关管322和第二开关管332关闭，采样电路20给第一电容24充电，同样的，启动电路32中的第二电容323也会进行充电，以提升输入电压接近终端的需求电压，确保电源输出端40正常输出，控制芯片31还具有存储功能，可以预先存储不同终端的正常工作电压或电流，以快速响应并灵活调整电路，增大其应用范围和自适应强，也提高了电源管理***更智能化。

本发明提供了一种智能电源管理***，通过将采样电路20、控制电路30连接至电源输入端10和电源输出端40，控制电路30包括控制芯片31、启动电路32和浪涌释放电路33，控制电路30可以通过电源输入端10的电压信号判断电源输入端10所处的工作状态。启动电路32包括第一栅极驱动电阻321、第一开关管322、第二电容323和启动电阻324，浪涌释放电路33包括第二栅极驱动电阻331、第二开关管332和二极管组333，当判断输入端是处于浪涌状态、电压不足状态等，通过控制浪涌释放电路33处理浪涌，或当电压不足时，可以保护电源正常输出。当电源输入端10输入正常信号时，经过采样电路20确定电压并反馈给控制芯片31，控制芯片31控制第一开关管322打开并输入信号经过第一开关管322所在通路输出至启动电阻324，输出端通过启动电阻324取电后正常工作。当电源输入端10存在浪涌状态时，采样电路20确定电压值存在明显变化，控制芯片31会控制第一开关管322关闭并断开电源输出端40通路，同时打开第二开关管332，浪涌能量通过第二开关管332所在通路的二极管中的多个TVS二极管释放掉。当电源输入端10处于低电压状态时，此时不足以满足输出端的工作电压要求，控制芯片31控制第一开关管322和第二开关管332关闭，电源输入端10通过采样电路20给电容充电并存储电能，防止额外的电能损失。无论电源输入端10处于何种状态，控制芯片31都会灵活控制第一开关管322和/或第二开关管332的打开和/或关闭，均能满足防浪涌和低压保护，提高了电源管理效率，也提升了电源管理***的工作安全性。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能电源管理***，其特征在于，包括：

电源输入端；

采样电路，包括与所述电源输入端连接的第一电阻、分别与所述第一电阻连接的第二电阻和第三电阻、第一电容和第一二极管，所述第一电容的一端与所述第二电阻连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一二极管的阳极与所述第三电阻连接；

控制电路，包括与所述第一二极管的阴极连接的控制芯片、分别与所述控制芯片连接的启动电路和浪涌释放电路，所述启动电路包括第一栅极驱动电阻、第一开关管、第二电容和启动电阻，所述第一栅极驱动电阻的一端连接所述控制芯片，所述第一栅极驱动电阻的另一端连接所述第一开关管的栅极，所述第一开关管的源极连接所述第二电容的一端、所述启动电阻，所述第二电容的另一端接地；所述浪涌释放电路包括第二栅极驱动电阻、第二开关管、二极管组、第六二极管和第四电阻，所述第二栅极驱动电阻的一端连接所述控制芯片，所述第二栅极驱动电阻的另一端与所述第二开关的栅极连接，所述第二开关管的源极连接所述二极管组的阴极，所述第二开关管的漏极连接所述第一开关管的漏极，所述二极管组的阳极与所述第六二极管的阳极连接，所述第六二极管的阴极连接所述第四电阻，其中，所述二极管组包括至少四个二极管并联连接；

电源输出端，与所述启动电阻连接；

其中，所述电源输入端经过所述采样电路输出电压信号，所述控制电路通过所述电压信号判断所述电源输入端的工作状态，根据所述工作状态保护所述电源输出端，所述工作状态包括电源输入端输入正常信号、电源输入端存在浪涌状态和电源输入端处于低压状态。

2.根据权利要求1所述的智能电源管理***，其特征在于，所述根据所述工作状态保护所述电源输出端，包括：

所述工作状态为当所述电源输入端输入正常信号时，所述采样电路确定所述电源输入端的电压后，所述控制芯片控制所述第一开关管开启和所述第二开关管关闭，输入信号经所述第一开关管所在通路并输出至所述启动电阻，所述电源输出端向所述启动电阻取电并正常工作。

3.根据权利要求1所述的智能电源管理***，其特征在于，所述根据所述工作状态保护所述电源输出端，还包括：

所述工作状态为当所述电源输入端存在浪涌状态时，所述采样电路确定所述电源输入端的电压值发生变化，所述控制芯片控制所述第一开关管关闭和断开所述电源输入端所在通路，并打开所述第二开关管，浪涌能量通过所述第二开关管所在通路中的多个二极管释放以保护所述电源输出端所在电路。

4.根据权利要求1所述的智能电源管理***，其特征在于，所述根据所述工作状态保护所述电源输出端，还包括：

所述工作状态为当所述电源输入端处于低压状态时，所述控制芯片控制关闭所述第一开关管和所述第二开关管，所述电源输入端通过所述采样电路给所述第一电容充电，所述低压状态包括所述电源输入端的输入电压低于所述电源输出端连接的终端工作的需求电压。

5.根据权利要求1所述的智能电源管理***，其特征在于，当所述第一开关管关闭时，所述第一开关管所在通路给所述第二电容充电。

6.根据权利要求1所述的智能电源管理***，其特征在于，所述二极管组包括第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，所述第一二极管和所述第六二极管为续流二极管，所述第二二极管、所述第三二极管、所述第四二极管和所述第五二极管均为TVS二极管。

7.根据权利要求1所述的智能电源管理***，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻为取样电阻，所述第四电阻为稳压电阻，所述第一开关管和所述第二开关管为MOS管。

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