一种用于开关电源的掉电延时保护电路的制作方法

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种用于开关电源的掉电延时保护电路。

背景技术

现有的开关电源控制电路中一般会涉及到掉电延时保护电路，其主要作用是在输入电源掉电之后，能够额外为开关电源控制电路延时供电一段时间，保证开关电源控制电路能够记录下掉电前开关电源运行状态信息。

现有掉电延时保护电路主要分为两种。一种主要由电容和二极管组成，比较常见，但是存在如下缺点：1)电容充电时，充电电流的大小无法控制，容易对输入电源造成较大冲击，甚至烧毁；2)输入电源掉电后，电容通过二极管放电，由于放电电流通过二极管会产生一定压降，降低了电容放电深度，会缩短掉电延时保护电路的延时供电时间。另一种主要由电容、限流电阻和二极管组成，通过限流电阻，克服了第一种电路的缺点，保证了掉电延时保护电路不会对输入电源造成冲击，但是仍然存在着电容放电深度不足、多负载时供电对象不可控等严重问题。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于开关电源的掉电延时保护电路，用以解决现有技术中掉电延时保护电路放电深度不足、多负载时供电不可控的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于开关电源的掉电延时保护电路，包括mos开关子电路、延时保护子电路和mos掉电保护子电路；所述mos开关子电路的输入端与输入电源的输出端连接，其输出端一路与所述开关电源控制电路的供电端正极连接，另一路经所述延时保护子电路、mos掉电保护子电路与所述开关电源控制电路的供电端负极连接；并且，所述mos掉电保护子电路的充放电端与所述mos开关子电路的输出端连接；

输入电源正常供电时，所述mos开关子电路导通，所述延时保护子电路工作，所述mos掉电保护子电路充电；

输入电源断电时，所述mos开关子电路断开，所述延时保护子电路工作，所述mos掉电保护子电路放电。

上述技术方案的有益效果如下：采用的mos掉电保护子电路中不包括二极管，可采用金属氧化物半导体场效应管替代，其性能更适用于本发明，解决了现有技术采用二极管造成电容放电有效时间不足的问题；同时，由于引入的mos开关子电路具有可控通断功能，解决了现有技术中输入电源掉电后，电容为输入电源所接的其他用电设备供电造成的供电对象不可控的问题。

基于上述方法的另一个实施例中，所述mos开关子电路包括单向导通器、驱动器1、mos开关1；

所述单向导通器的阳极与所述输入电源输出端连接，并经所述驱动器1与mos开关1的栅极连接，其阴极一路直接与开关电源控制电路的供电端正级连接，另一路经所述延时保护子电路、mos掉电保护子电路与所述开关电源控制电路的供电端负极连接；所述mos开关1的源极接地或接负电源，其漏极与延时保护子电路输入参考地端连接。

上述技术方案的有益效果是：驱动器1用于驱动mos开关1正常工作。驱动器1可采用多种形式，例如常用的电源和电阻(电源+电阻)的形式，或电源+驱动芯片+电阻的形式。采用mos开关1用于mos开关子电路带来的好处是，可以将输入电源与后面的mos掉电保护子电路隔离控制，当输入电源掉电后，mos掉电保护子电路中的电容不会再为输入电源所接其他用电对象供电，且只为本发明中的开关电源控制电路单独供电，因此其供电过程可控。

进一步，所述延时保护子电路包括延时器件、驱动器2；所述延时器件与所述驱动器串联；

所述延时器件，用于对mos掉电保护电路的冲放电速度进行限制，延长输入电源的供电时间；

所述驱动器2，用于驱动mos掉电保护子电路进行充放电。

上述进一步方案的有益效果是：驱动器2用于驱动mos掉电保护子电路中的mos开关(即mos开关2)正常工作，延时器件用于保证mos开关的控制端(栅极)电压充电时缓慢上升到线性区、饱和区，最终达到导通，放电时缓慢从饱和区下降到线性区，最终到达截止区，停止放电，即对mos掉电保护电路的冲放电速度进行限制，延长输入电源的供电时间。

进一步，所述mos掉电保护子电路包括可充电式储能器、mos开关2、限流器；

所述mos开关2的栅极与所述驱动器2的输出端连接，其源极与漏极之间通过所述限流器连接，并且，其源极经所述可充电式储能器与所述单向导通器的阴极、所述开关电源控制电路供电端阳极连接，其漏极与所述开关电源控制电路供电端负极连接。

上述进一步方案的有益效果是：可充电式储能器，用于在输入电源正常工作时，进行充电，在输入电源断电、掉电后，进行放电，延长为开关电源控制电路供电的时间。mos开关2，用于控制可充电式储能器的充放电状态。限流器，用于限制通过可充电式储能器的电流大小。

进一步，所述单向导通器采用二极管d1，所述驱动器采用电阻r1和输入电源，所述mos开关采用场效应管q1；

所述d1的阳极与输入电源的正极连接，并经电阻r1与场效应管q1的栅极连接，d1的阴极与开关电源控制电路的供电端正极连接，并经所述延时保护子电路、mos掉电保护子电路与所述开关电源控制电路的供电端负极连接；所述场效应管q1的源极与输入电源的负极连接，其漏极与延时保护子电路输入参考地端连接。

上述进一步方案的有益效果是：相比权2，上述进一步方案简化了电路，仅采用3个元器件即可实现相应功能。二极管d1，在输入电源正常工作时，单向导通，对后级电路供电，在输入电源断电、掉电后，反向截止，防止可充电式储能器对与输入电源连接的其他用电设备放电。mos开关1，在输入电源正常工作时，处于导通状态，在输入电源断电、掉电后，处于关闭状态。电阻r1，用于限制mos开关1的栅极驱动电流大小。

进一步，所述延时保护子电路包括电阻r2、电容c2；

所述电阻r2的一端与所述二极管d1的阴极连接，并与所述mos掉电保护子电路充放电端、所述开关电源控制电路供电端正极连接，所述电阻r2的另一端与mos开关2的栅极连接，并经电容c2与所述开关电源控制电路供电端负极、mos开关1的漏极、mos开关2的漏极连接。

上述进一步方案的有益效果是：相比权3，上述进一步方案简化了电路，仅采用2个元器件即可实现驱动器2和延时器件的功能。具体地，电阻r2相当于驱动器2，驱动mos掉电保护子电路中的mos开关(即mos开关2)正常工作。而电阻r2、电容c2的组合相当于延时器件，对mos掉电保护子电路的充放电速度进行限制，延长对开关电源控制电路的供电时间。

进一步，所述可充电储能器采用电容c1，所述mos开关2采用mos场效应管q2，所述限流器采用电阻r3；

所述电容c1包括阳极和阴极，所述阳极与所述电阻r2的一端、所述二极管d1的阴极连接，所述阴极与所述mos场效应管q2的源极连接；所述mos场效应管q2的源极与其漏极之间通过电阻r3连接，所述mos场效应管q2的漏极还与所述开关电源控制电路的供电端负极连接，并与场效应管q1的漏极连接。

上述进一步方案的有益效果是：相比权4，上述进一步方案简化了电路，仅采用3个元器件即可实现可充电式储能器、mos开关2、限流器的功能。具体地，电容c1相当于可充电式储能器，mos场效应管q2相当于mos开关2，电阻r3相当于限流器。c1在输入电源正常工作时储存能量，在输入电源断电、掉电后放电，为控制电路供电；q2在输入电源正常工作时，在c1充电过程中，配合r3限制c1充电电流，在输入电源断电、掉电后，为c1放电电流提供低阻通路；电阻r3主要限制c1充电电流。

进一步，所述mos场效应管1、mos场效应管2采用金属氧化物半导体场效应管；

所述电容c1采用超级电容器。

上述进一步方案的有益效果是：c1使用超级电容器，可以储存大量的能量，保证长时间放电。

进一步，电阻r1、r2、r3的至少一个为可变电阻器。

上述进一步方案的有益效果是：通过可变电阻器进行调整，使得掉电延时保护电路可调整到最佳工作状态。

进一步，电容c1的充电电流i满足以下条件

式中，uin为输入电源的幅值，r3为电阻r3的阻值。

上述进一步方案的有益效果是：通过电阻r3，可以对电容c1的充放电电流进行限制。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1掉电延时保护电路连接示意图；

图2为本发明实施例2mos开关子电路连接示意图；

图3为本发明实施例2延时保护子电路连接示意图；

图4为本发明实施例2mos掉电保护子电路连接示意图；

图5为本发明实施例3掉电延时保护电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本发明的一个具体实施例，公开了一种用于开关电源的掉电延时保护电路。所述掉电延时保护电路包括mos开关子电路、延时保护子电路和mos掉电保护子电路。mos开关子电路的输入端与输入电源的输出端连接，其输出端一路直接与开关电源控制电路的供电端正极连接，另一路经所述延时保护子电路和mos掉电保护子电路与开关电源控制电路的供电端负极连接。

实施时，输入电源正常供电时，mos开关子电路导通，延时保护子电路正常工作，输入电源输出的电信号一路用于为mos掉电保护子电路中的可充电式储能器充电，另一路用于为开关电源控制电路供电。

输入电源异常掉电或断电时，mos开关子电路断开，延时保护子电路工作，所述mos掉电保护子电路放电。

与现有技术相比，本实施例提供的掉电延时保护电路中mos掉电保护子电路中不包括二极管，采用金属氧化物半导体场效应管进行替代，因此解决了现有技术采用二极管造成电容放电有效时间不足的问题；同时，由于采用的mos开关子电路具有可控通断功能，解决了现有技术中输入电源掉电后，电容为输入电源所接的其他设备进行供电造成的供电对象不可控的问题。即通过本实施例提供的掉电延时保护电路，输入电源单一地对开关电源控制电路供电。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，mos开关子电路包括单向导通器、驱动器1、mos开关1。单向导通器的阳极与输入电源输出端连接，并经驱动器1与mos开关1的栅极连接，其阴极一路直接与开关电源控制电路的供电端正极连接，另一路经延时保护子电路和mos掉电保护子电路与开关电源控制电路的供电端负极连接。mos开关1的源极接地或接负电源，其漏极与延时保护子电路输入参考地端连接。

具体地，单向导通器，用于将输入电源输出的电信号单向导通。驱动器1，用于驱动mos开关正常工作，并限制通过所述栅极的电流。驱动器1除了本实施例采用的电源和电阻(电源+电阻)的形式外，还可以采用电源、驱动芯片和电阻(电源+驱动芯片+电阻)的形式，常用的驱动芯片包括ixdn609si，本领域技术人员能够理解，不再赘述。场效应管q1，用于根据输入电压是否正常供电，开关延时保护电路。

优选地，延时保护子电路包括延时器件、驱动器2。延时器件与驱动器2可以串联，或采用其他连接方式。

具体地，延时器件，用于在输入电源断电时对开关电源控制电路进行延时供电，而在输入电源正常工作时短路或作为低阻通电；延时器件可以采用目前常用的rc延时电路，也可以采用其他延时器件，本领域技术人员能够理解。驱动器，用于驱动mos掉电保护子电路进行充放电。驱动器2除了本实施例采用的电源+电阻的形式外，也可以采用电源+驱动芯片+电阻的形式。

优选地，mos掉电保护子电路包括可充电式储能器、mos开关2、限流器。mos开关2的栅极与驱动器2的输出端连接，其源极与漏极之间通过限流器连接，并且，其源极经可充电式储能器与单向导通器的阴极连接，并与开关电源控制电路供电端连接，其漏极接地或接负电源。限流器的一端与可充电式储能器、mos开关2源极连接，另一端与开关电源控制电路供电端负极、mos开关2漏极连接。

具体地，可充电式储能器，用于在输入电源正常工作时存储电能，在输入电源断电时，为开关电源控制电路继续供电一段时间；mos开关2，用于控制可充电式储能器充放电；限流器，用于限制流过可充电式储能器的电流的大小。限流器除了采用本实施例的限流电阻外，也可以采用其他限制电流的限流电路，本领域技术人员能够理解。

实施时，输入电源正常供电时，mos开关子电路导通，延时保护子电路工作，mos掉电保护子电路充电，输入电源输出的电信号一路用于为mos掉电保护子电路中的可充电式储能器充电，另一路用于为开关电源控制电路供电。

输入电源断电时，mos开关子电路断开，延时保护子电路工作，mos掉电保护子电路放电，延长为开关电源控制电路供电的时间。

与现有技术相比，采用mos开关代替二极管，解决了二极管压降大造成电容放电有效时间不足的问题。同时，mos开关具有可控通断功能，在输入电源掉电后，可充电式储能器不会为输入电源所接的其他设备供电，因此其供电对象可控。

实施例3

在上述两个实施例基础上进行进一步改进，用于开关电源的掉电延时保护电路，可采用如图5所示的电路形式。

优选地，单向导通器采用二极管d1，驱动器采用电阻r1，mos开关采用场效应管q1。上述三者的制造成本和后期替换成本显然更低，搭建电路也更加容易。二极管d1的阳极与输入电源的正极连接，并经电阻r1与场效应管q1的栅极连接，d1的阴极与开关电源控制电路的供电端正极连接，并经延时保护子电路、mos掉电保护子电路与开关电源控制电路的供电端负极连接。场效应管q1的源极与输入电源的负极连接，也可以直接接地，其漏极与延时保护子电路输入参考地端连接。

其中，二极管d1，用于实现输入电源输出的电信号单向导通。电阻r1，用于驱动场效应管q1的栅极，并限制通过所述栅极的电流。场效应管q1，用于根据输入电压是否正常供电，控制延时保护子电路的工作状态，后面有详细介绍。

优选地，延时保护子电路包括电阻r2、电容c2。其中，电阻r2作为驱动器，驱动场效应管q2正常工作。电阻r2、电容c2共同组成rc延时子电路，采用一个电阻r2同时作为驱动器和rc延时电路的组成，减少了电路元器件数量，使得后期进行电路维护更加简单，整体造价较低，维修替换成本也低。该延时保护子电路，用于保证场效应管q2的栅电极电压缓慢上升到线性区、饱和区，从而达到导通，或者逆向，达到截止。

优选地，mos掉电保护子电路包括电阻r3、电容c1、mos场效应管q2。其中，电阻r3作为限流电阻，电容c1作为可充电式储能器，mos场效应管q2作为mos开关。

具体地，电容c1包括阳极和阴极，所述阳极一路与所述电阻r2的一端连接，另一路与所述二极管d1的阴极连接，所述阴极与mos场效应管q2的源极连接。mos场效应管q2的源极通过电阻r3与其漏极连接；mos场效应管q2的漏极还与所述开关电源控制电路的负向供电端连接，并与场效应管q1的漏极连接。

优选地，场效应管采用金属氧化物半导体场效应管。其具有导通电阻小、温度系数稳、漏电流低、开关时间短等优点。

优选地，电阻r1、r2、r3的至少一个为可变电阻器。通过可变电阻器进行调整，使得掉电延时保护电路可调整到最佳工作状态。

实施时，在输入电源uin开始正常工作后，金属氧化物半导体场效应管q1的栅极对源极的电压为输入电源电压uin，金属氧化物半导体场效应管q1完全导通，输入电源uin通过二极管d1为开关电源控制电路供电，并通过电阻r2为电容c2充电。当电容c2的电压，即金属氧化物半导体场效应管q2栅极对源极的电压小于栅极开启电压时，输入电源uin为通过电阻r3为电容c1充电，电阻r3限制充电电流，充电电流最大不超过uin/r3。当电容c2电压，即金属氧化物半导体场效应管q2栅极对源极电压等于输入电源电压uin时，金属氧化物半导体场效应管q2完全导通，电容c1充电完成，电容c1电压等于输入电源电压uin。

在输入电源uin工作故障，即输入电源掉电时，金属氧化物半导体场效应管q1的栅极对源极的电压为0，金属氧化物半导体场效应管q1关闭，避免了电容c1为输入电源uin连接的其他用电设备供电。由于电容c1两端电压仍然存在，所以金属氧化物半导体场效应管q2继续维持导通状态，电容c1通过金属氧化物半导体场效应管q2为开关电源控制电路供电，由于金属氧化物半导体场效应管的导通电阻很小，所以产生的压降远小于二极管，因此延长了电容c1的有效放电时间。在电容c1电压放电至金属氧化物半导体场效应管q2的栅极开启电压时，金属氧化物半导体场效应管q2关闭，电容c1放电完毕。

与实施例1、2相比，本实施例提供的电路功能相似，但结构更为简单，元器件较少，制造成本和后期维护成本更低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。