[發明專利]分級啟動的電源控制模塊

有效

• 申請號: 202010528922.5
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111669048B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 邱燕;王斌;嚴龍;蒼勝;黎穎
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M1/36;H02M1/32
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 楊慧

本發明公開了一種分級啟動的電源控制模塊，包括輸入防反及沖擊電流抑制單元：實現輸入防反及沖擊電流抑制；浪涌抑制單元：在輸入電源的電壓變化時，輸出穩定高壓母線電壓；掉電維持單元：在輸入掉電時為浪涌抑制模塊供電；母線變換單元：在輸入電源的電壓變化時將高壓母線電壓變換成低壓母線電壓；檢測及控制單元：采樣輸入防反及沖擊電流抑制單元、浪涌抑制單元、母線變換單元的電壓狀態，根據電壓狀態分級控制輸入防反及沖擊電流抑制單元、浪涌抑制單元、母線變換單元、掉電維持單元的啟動。本發明通過分級啟動各級電路，有效抑制沖擊電流，實現輸入抗浪涌，輸入掉電中斷維持以及電源轉換功能，并減小了系統的功耗。

技術領域

本發明屬于電子工程領域，涉及一種分級啟動的電源控制模塊。

背景技術

電源模塊是電子產品中的功率轉換模塊，其功能是將產品中的輸入功率源轉換成產品所需要的電源品種，且滿足系統對輸入電壓浪涌以及沖擊電流等要求。在一些高可靠性的應用場合，需要產品在電源輸入發生掉電中斷時，在一定的時間內維持正常工作。以機載二次電源為例，一般要求用電設備二次電源轉換電路中具有浪涌電壓抑制、掉電維持，DC/DC轉換，信號監控等功能，其功能電路如圖1所示。

電源模塊內部一般包括6個電路單元，分別為輸入防反及沖擊電流抑制單元、浪涌電壓抑制單元，掉電維持電路單元、DC/DC轉換及輸出濾波單元、輸出冗余單元及控制及監控電路單元，以下對上述各個電路單元進行具體說明。

輸入防反及沖擊電流抑制單元實現在供電電源極性反接的情況下對后端電路的保護作用，防止反壓擊穿以及輸入沖擊電流抑制，并進行輸入濾波。輸入防反接電路采用二極管實現，利用二極管的單向導通性，輸入反向電壓時內部元器件的不受損壞。沖擊電流抑制電路主要實現對上電瞬態沖擊電流的抑制，通過控制正線上P MOSFET的導通狀態，利用MOSFET的不同工作狀態實現上電瞬態沖擊電流抑制，并保證穩態時低功耗導通的功能，輸入濾波主要是通過LC濾波器對輸入電源進行濾波。

浪涌電壓抑制單元通過應用開關電源，在輸入電源電壓出現欠壓浪涌以及過壓浪涌時，保證輸出電壓范圍在后端DC/DC的正常輸入電壓范圍內的功能。

掉電維持電路單元保證輸入電源發生掉電中斷時，電源模塊能夠維持一定時間的正常電源輸出，以保證產品能夠進行下電前現場保護，避免對產品造成損壞，一般通過儲能電容的放電來實現。

DC/DC轉換及輸出濾波電路單元：選用DC-DC轉換芯片將輸入電壓轉換為各種不同的電壓值，且在每個輸出電壓口都布有由電容組成的濾波電路。

檢測及控制電路單元實現對輸入控制信號以及電源模塊狀態的監控及控制。通過檢測電源模塊輸入電壓狀態，輸出電壓狀態，溫度狀態，輸入控制量等狀態量，輸出電源模塊狀態指示BIT，并控制DC/DC轉換模塊的通斷。

輸出冗余單元僅在多個電源模塊冗余的系統中使用，當其中一個電源模塊損壞時，電源模塊輸出正常，保證系統可靠運行。該單元主要通過肖特基二極管實現，利用二極管的單向導通性，當其中一個電源模塊故障時，自動切除其供電而不影響二次電源的輸出電壓，保證系統正常工作。

雖然采用傳統技術的電源供給模塊雖然能夠滿足很多場合的應用需求，但在性能、可靠性、體積、成本、功耗等方面卻難以實現優化，主要存在以下三方面的問題。

第一方面：現有的掉電維持電路單元一般通過儲能電容的充放電來實現，儲能電容的掉電維持輸出時間可通過公式1得到。由公式1可知，提高V₁值可極大的降低儲能電容的容量，因此一般在掉電維持單元中加入升壓電路來抬高儲能電容的電壓，如圖2所示，該儲能方式儲能電容存儲能量穩定，維持電容容量較低，但需要增加升壓電路及維持電容的耐壓。

其中C：儲能電容的容量值

P：產品的輸入功率

Δt：掉電維持輸出時間