一種適用於高輸入阻抗的直流電源啟動電路的製作方法

2023-12-11 15:53:52 2

本實用新型涉及一種啟動電路，屬於測井儀器領域。

背景技術：

近年來，油田需要測試的井越來越深，需要的電源功率也越來越大，高溫、大功率、高輸入阻抗下如何降低井下儀器開關電源的啟動電流，保證開關電源能迅速啟動成功變得更加迫切。原有的鎧裝電纜阻抗為20Ω/km，現油田廣泛應用的鋼管電纜阻抗達到90Ω/km以上，油田測井車所用電纜普遍在3000m～6000m，測井儀器的井下設備既要通過單芯電纜進行供電，還需要通過該電纜將井下測試數據實時上傳。開關電源在滿負載情況下的啟動瞬時電流一般是額定電流的5倍以上，以井下儀器在鎧裝電纜上消耗的額定電流只需要0.2A為例，啟動電流在1A以上。在輸入端存在450Ω源阻抗的情況下，假設開關電源的最低工作電壓為100V，消耗在電纜阻抗上450V電壓降，則地面設備需要提供的電壓至少為550V才能保證該電源工作正常。電源啟動正常後，額定電流降到0.2A，消耗在電纜阻抗上電壓降為90V，地面設備只需提供190V就能滿足井下電源正常工作，啟動前後的巨大電壓差目前幾乎找不到合適的匹配電路來適應。國內生產開關電源的廠家很多，還沒有適應高輸入阻抗的開關電源廠家，普通開關電源的輸入端源阻抗一般只允許幾歐姆。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於：提供一種適用於高輸入阻抗的直流電源啟動電路，以解決高輸入阻抗下的開關電源在大負載情況下的啟動的問題。

為解決上述問題，擬採用這樣一種適用於高輸入阻抗的直流電源啟動電路，開關電源輸入電壓VIN的接入端通過欠壓保護電路連接至運放U1的輸入正端，開關電源控制器工作電壓VCC的接入端連至運放U1的輸入負端，運放U1的輸出端連接至開關電源輸出電壓Vo，且開關電源輸出電壓Vo與欠壓保護電路之間還設置有延時關斷電路。

前述啟動電路中，欠壓保護電路由電阻R1、R2、R4及穩壓二極體V1、V3、V7和MOS管V4組成，電阻R1、穩壓二極體V1、V3和V7依次串聯在開關電源輸入電壓VIN的接入端和虛地GND之間，穩壓二極體V1、V3和V7的正極均與虛地GND側相連，MOS管V4的D極經電阻R2連接至開關電源輸入電壓VIN的接入端，MOS管V4的S極經電阻R4連接至虛地GND，MOS管V4的G端與穩壓二極體V3的正極相連，MOS管V4為n溝道MOS管，且MOS管V4的D極和S極之間還連接有穩壓二極體，該穩壓二極體的正極與MOS管V4的S極相連；還包括有串聯於穩壓二極體V3的正極和虛地GND之間的電阻R3和R5，且開關電源輸入電壓VIN的接入端通過電阻R3和R5之間的連接部與運放U1的輸入正端相連；

前述啟動電路中，運放U1的輸出端經電阻R6連接至MOS管V6的G極，MOS管V6的S極依次經二極體V5和穩壓二極體V2連接至開關電源輸出電壓Vo，二極體V5與穩壓二極體V2相連的一端為正極端，穩壓二極體V2與二極體V5相連的一端為負極端，且MOS管V6的D極與MOS管V4的S極相連，MOS管V6也為n溝道MOS管，且MOS管V6的D極和S極之間還連接有穩壓二極體，該穩壓二極體的正極與MOS管V6的S極相連；

前述啟動電路中，開關電源控制器工作電壓VCC共有兩個，其中一個開關電源控制器工作電壓VCC經並聯的電阻R7和二極體V8與運放U1的輸入負端相連，二極體V8與該開關電源控制器工作電壓VCC相連的一端為負極端，且二極體V8的負極端還經電阻R8與虛地GND相連，二極體V8的正極端經電容C3也與虛地GND相連，另一個開關電源控制器工作電壓VCC的接入端與MOS管V6的S極相連，且MOS管V6的S極經並聯的電容C1和C2連接至虛地GND。

電源是測井儀器能否可靠工作的前提條件，開關電源啟動電路是保證開關電源穩定可靠工作的基本要求。本電路通過設置門檻電壓、延時分步啟動，自動切換開關電源控制器的輸入電壓等方式，解決了低啟動電源，大動態範圍輸入電壓下的開關電源啟動困難，工作穩定性差等問題。

本電路的研製成功，可適應高輸入阻抗50Ω～450Ω，寬輸入電壓120V～350V，寬工作溫度範圍-40℃～+175℃條件下的30W以上電源的正常啟動工作。本電路已成功應用到公司產品的井下電源設計中，有效解決了開關電源輸入端電壓波動大、輸入阻抗高造成電源無法正常啟動或頻繁啟動問題。

與現有技術相比，本實用新型還具有以下特點：

1.具有延時關斷電路，在保證開關電源可靠啟動的同時，又在開關電源正常工作後將開關電源控制器供電端與供電總線斷開，避免了總線電壓波動大對開關電源控制器的影響具有軟啟動保護功能，避免開關電源在異常電壓下啟動；

2.增加開關電源啟動時間，降低啟動電流，啟動電路跟蹤電纜總線電壓波動情況，自動延時，步進式提升輸出電壓直至輸出設定電壓，有效降低啟動電流；

3.具有欠壓保護電路，使開關電源控制器可以在設定電壓範圍內正常啟動，有效避免開關電源控制器承受大電壓差發熱損壞。啟動電路通過電纜總線提供開關電源的控制器工作電壓；正常工作後，啟動電路斷開總線電壓，由開關電源自身輸出電壓給控制器提供電壓，利用V2和V5將開關電源輸出電壓反饋至開關電源控制器供電端，實現開關電源的自供電設計。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將通過附圖對本實用新型作進一步地詳細描述，

實施例：

參照附圖1，本實施例提供一種適用於高輸入阻抗的直流電源啟動電路，包括：欠壓保護電路由電阻R1、R2、R4及穩壓二極體V1(75V)、V3(33V)、V7(18V)和MOS管V4組成，電阻R1、穩壓二極體V1、V3和V7依次串聯在開關電源輸入電壓VIN的接入端和虛地GND之間，穩壓二極體V1、V3和V7的正極均與虛地GND側相連，MOS管V4的D極經電阻R2連接至開關電源輸入電壓VIN的接入端，MOS管V4的S極經電阻R4連接至虛地GND，MOS管V4的G端與穩壓二極體V3的正極相連，MOS管V4為n溝道MOS管，且MOS管V4的D極和S極之間還連接有穩壓二極體，該穩壓二極體的正極與MOS管V4的S極相連；還包括有串聯於穩壓二極體V3的正極和虛地GND之間的電阻R3和R5，且開關電源輸入電壓VIN的接入端通過電阻R3和R5之間的連接部與運放U1的輸入正端相連；

延時關斷電路由運放U1、MOS管V6及其外圍電路組成，運放U1的輸出端經電阻R6連接至MOS管V6的G極，MOS管V6的S極依次經二極體V5和穩壓二極體V2連接至開關電源輸出電壓Vo，二極體V5與穩壓二極體V2相連的一端為正極端，穩壓二極體V2與二極體V5相連的一端為負極端，且MOS管V6的D極與MOS管V4的S極相連，MOS管V6也為n溝道MOS管，且MOS管V6的D極和S極之間還連接有穩壓二極體，該穩壓二極體的正極與MOS管V6的S極相連；

開關電源控制器工作電壓VCC共有兩個，其中一個開關電源控制器工作電壓VCC經並聯的電阻R7和二極體V8與運放U1的輸入負端相連，二極體V8與該開關電源控制器工作電壓VCC相連的一端為負極端，且二極體V8的負極端還經電阻R8與虛地GND相連，二極體V8的正極端經電容C3也與虛地GND相連，另一個開關電源控制器工作電壓VCC的接入端與MOS管V6的S極相連，且MOS管V6的S極經並聯的電容C1和C2連接至虛地GND。

欠壓臨界值由V1、V3、V7穩壓值之和確定。使開關電源控制器可以在(120～350)V電壓範圍內正常啟動，當VIN電壓低於臨界值(本設計為120V)時，MOS管V4柵極電壓(即V7穩壓值)為低電平，V4關斷，VCC處電壓為零，控制器不工作；當VIN超過120V啟動時，V7穩壓出18V，MOS管V4導通；運放U1輸入負端的VCC仍為低電平，輸入正端為18V經R3、R5分壓電壓(本設計中為12V)，U1輸出高電壓，MOS管V6導通，VCC處電壓為18V，開關電源控制器啟動；經過一段時間後，開關電源穩定輸出18V，該電源電壓經穩壓管V2降壓(4.7V)後再經二極體V5連接到VCC實現對開關電源控制器供電；在開關電源啟動到穩定這段過程中，VCC經R7對C3充電至VCC，由於VCC大於12V，此時運放U1輸出低電平，MOS管V6關斷，VCC斷開與VIN連接，此後，控制器完全由開關電源輸出電壓供電。