直流电源旁路开关的控制电路及电源设备的制作方法

1.本发明属于直流电源控制技术领域，尤其涉及直流电源旁路开关的控制电路及电源设备。


背景技术：

2.在直流电源中，常使用电池作为备用电源。现有控制直流电源旁路开关的方式考虑电池有不恒定的输出特性，除了利用旁路开关输出电压外，增加升降压模块用以常规输出稳定电压，在升降压模块故障时，可以通过旁路开关对外输出电压。然而，增加升降压模块，可能会导致直流电源的故障率增加，进而旁路开关切换频繁，影响直流电源的使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了直流电源旁路开关的控制电路及电源设备，以解决现有技术中旁路开关切换频繁，影响直流电源的使用寿命的问题。
4.本发明实施例的第一方面提供了一种直流电源旁路开关的控制电路，直流电源包括直流电源接口、旁路开关、升降压模块和负载接口；直流电源接口分别与旁路开关的输入端和升降压模块的输入端连接，直流电源接口用于与电池连接；旁路开关的输出端和升降压模块的输出端均与负载接口连接，负载接口用于与外部负载连接；
5.控制电路的输入端用于与负载接口连接，控制电路的输出端用于与旁路开关的控制端连接；
6.控制电路，用于当负载接口的电压值大于第一预设电压或者小于第二预设电压时，判定升降压模块异常，以及根据升降压模块的状态向旁路开关的控制端输出锁定信号，锁定信号用于控制旁路开关的工作状态，旁路开关的工作状态包括闭合状态和断开状态；第一电压大于第二电压；
7.当升降压模块异常时，锁定信号用于控制旁路开关由断开状态切换为闭合状态，并使旁路开关保持闭合状态。
8.在一个实施例中，控制电路包括检测模块和锁定模块；锁定信号包括第一电平信号和第二电平信号；第一电平信号用于控制旁路开关处于闭合状态；第二电平信号用于控制旁路开关处于断开状态；
9.检测模块，输入端与控制电路的输入端连接，输出端与锁定模块的输入端连接；锁定模块的输出端与控制电路的输出端连接；
10.检测模块用于当负载接口的电压值大于第一预设电压或者小于第二预设电压时，判定升降压模块异常，并向锁定模块发送触发信号；
11.锁定模块用于在接收到触发信号后，向控制电路的输出端输出第一电平信号，并保持第一电平信号，以将旁路开关锁定于闭合状态。
12.在一个实施例中，检测模块包括第一运放、第二运放、第一二极管、第二二极管、第
三二极管和第一电阻；
13.第一运放，同相输入端与检测模块的输入端连接，反向输入端用于接入外部电源提供的第二预设电压，输出端与第一二极管的阴极连接；
14.第二运放，反相输入端与检测模块的输入端连接，同相输入端用于接入外部电源提供的第一预设电压，输出端与第二二极管的阴极连接；
15.第三二极管，阳极分别与第一电阻的第二端和检测模块的输出端连接，阴极分别与第一二极管的阳极和第二二极管的阳极连接；
16.第一电阻的第一端用于与外部电源连接。
17.在一个实施例中，锁定模块包括第一与门、第二与门、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第四二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容和第三运放；
18.第一与门，第一输入端与锁定模块的输入端连接，第二输入端分别与第二与门的第二输出端、第二电容的第一端和第三电容的第一端连接，输出端与第二与门的第一输入端、第三电阻的第一端、第四电容的第一端、第五电容的第一端和第四电阻的第一端连接；第二电容的第二端、第三电容的第二端、第三电阻的第二端、第四电容的第二端和第五电容的第二端均接地；
19.第二与门，第二输入端分别与第四二极管的阳极、第二电阻的第二端和第一电容的第一端连接；第一电容的第二端接地；其中，第一与门与第二与门构成互锁；
20.第四二极管，阴极分别与第二电阻的第一端和外部电源连接；
21.第三运放，同相输入端用于接入外部电源提供的第三预设电压，反向输入端分别与第四电阻的第二端、第五电容的第一端和第六电容的第一端连接，输出端与锁定模块的输出端连接；第五电阻的第二端和第六电容的第二端均接地。
22.在一个实施例中，控制电路还包括保护模块；
23.保护模块，输入端与检测模块的输出端连接，输出端与锁定模块的输入端连接；
24.保护模块包括第五二极管、第六电阻、第七电容、第八电容和第九电容；
25.第五二极管，阳极分别与第六电阻的第一端和保护模块的输入端连接，阴极分别与第七电容的第一端、第八电容的第一端、第九电容的第一端和保护模块的输出端连接；第七电容的第二端、第八电容的第二端和第九电容的第二端均接地。
26.在一个实施例中，控制电路还包括限流单元、第一吸收单元和第二吸收单元；
27.第一吸收单元，第一端分别与旁路开关的输入端、限流单元的第二端连接，第二端分别与旁路开关的输出端和第二吸收单元的第二端连接；
28.第二吸收单元的第一端与限流单元的第一端连接；其中，限流单元为第一熔断器。
29.在一个实施例中，第一吸收单元包括第二熔断器断器和第十电容；
30.第二熔断器断器，第一端与第一吸收单元的第一端连接，第二端与第十电容的第一端连接；
31.第十电容的第二端与第一吸收单元的第二端连接。
32.在一个实施例中，第二吸收单元包括第八电阻、第九电阻、第十一电容和第十二电容；
33.第八电阻，第一端分别与第二吸收单元的第一端和第九电阻的第一端连接，第二
端与第十一电容的第一端连接；
34.第十二电容，第一端与第九电阻的第二端连接，第二端分别与第二吸收单元的第二端和第十一电容的第二端连接；或者，
35.第二吸收单元包括第一电感、第二电感、第十三电容和第十四电容；
36.第一电感，第一端分别与第二吸收单元的第一端和第二电感的第一端连接，第二端与第十三电容的第一端连接；
37.第十四电容，第一端与第二电感的第二端连接，第二端分别与第二吸收单元的第二端和第十三电容的第二端连接。
38.在一个实施例中，控制电路包括多个并联连接的第二吸收单元。
39.在一个实施例中，当升降压模块由异常恢复正常时，锁定信号用于控制旁路开关由闭合状态切换为断开状态，并使旁路开关保持断开状态。
40.本发明实施例的第二方面提供了一种电源设备，包括直流电源接口、旁路开关、负载接口、升降压模块和如上第一方面的直流电源旁路开关的控制电路。
41.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
42.本发明通过提供一种直流电源旁路开关的控制电路，控制电路的输入端用于与负载接口连接，控制电路的输出端用于与旁路开关的控制端连接；控制电路，用于当负载接口的电压值大于第一预设电压或者小于第二预设电压时，判定升降压模块异常，以及根据升降压模块的状态向旁路开关的控制端输出锁定信号，锁定信号用于控制旁路开关的工作状态，旁路开关的工作状态包括闭合状态和断开状态；当升降压模块异常时，锁定信号用于控制旁路开关由断开状态切换为闭合状态，并使旁路开关保持闭合状态。本发明实现在升降压模块异常时，控制旁路开关闭合，且锁定旁路开关持续处于闭合和状态，避免旁路开关的频繁切换，提高直流电源的可靠性，保证负载正常工作，延长直流电源的使用寿命。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1是本发明实施例提供的直流电源旁路开关的控制电路的结构示意图；
45.图2是本发明实施例提供的直流电源旁路开关的控制电路的示意图。
具体实施方式
46.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
47.为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
48.参见图1，其示出了本发明的实施例提供的直流电源旁路开关的控制电路的结构示意图。
49.如图1所示，直流电源的备用电源为电池，向负载300供电的供电线路有两条：
50.主用线路：电池200-升降压模块210-负载300；
51.备用线路：电池200-旁路开关220-负载300.
52.正常情况下，由主用线路向负载300供电，旁路开关220为断开状态。当升降压模块210故障，导致主用线路输出电压异常时，需要断开主用线路，切换备用线路向负载300供电。
53.现有大多是在主用线路工作时，通过检测升降压模块210是否异常，在升降压模块210异常时，控制旁路开关220闭合，在升降压模块210正常时，控制控制旁路开关220断开。增加升降压模块210，可能会导致直流电源故障率增加，故障率增加会导致频繁切换旁路开关，不但影响负载的正常工作，降低直流电源的供电可靠性，严重可能会导致旁路开关损坏，引起事故。
54.本发明实施例提供的直流电源旁路开关的控制电路，可以解决现有技术中旁路开关切换频繁，影响直流电源的使用寿命的问题。
55.如图1所示，在一个实施例中，直流电源包括直流电源接口、旁路开关220、升降压模块210和负载接口；直流电源接口分别与旁路开关220的输入端和升降压模块210的输入端连接，直流电源接口用于与电池200连接；旁路开关220的输出端和升降压模块210的输出端均与负载接口连接，负载接口用于与外部负载300连接；
56.直流电源旁路开关的控制电路10的输入端用于与负载接口连接，控制电路的输出端用于与旁路开关220的控制端连接；
57.直流电源旁路开关的控制电路10，用于当负载接口的电压值大于第一预设电压或者小于第二预设电压时，判定升降压模块210异常，以及根据升降压模块210的状态向旁路开关220的控制端输出锁定信号，锁定信号用于控制旁路开关220的工作状态，旁路开关220的工作状态包括闭合状态和断开状态；第一电压大于第二电压；
58.当升降压模块210异常时，锁定信号用于控制旁路开关220由断开状态切换为闭合状态，并使旁路开关220保持闭合状态。
59.可选的，在主用线路供电时，旁路开关220处于断开状态。直流电源旁路开关的控制电路10实时检测负载接口的电压值，当负载接口的电压值大于第一预设电压时，或者小于第二预设电压时，此时主用线路供电异常，为保证负载300的正常供电，控制旁路开关220闭合，由备用线路向负载300供电。
60.示例性的，直流电源由主用线路向负载300供电，即此时升降压模块210处于工作状态，旁路开关220处于断开状态。当检测到负载接口的电压值小于第二预设电压时，代表升降压模块210输出欠压，判定升降压模块210异常，直流电源旁路开关的控制电路10生成锁定信号，锁定信号用于控制旁路开关220由断开状态切换为闭合状态，并且保持旁路开关220处于闭合状态，由备用线路向负载300稳定供电。在启用备用线路启用后，可以通过其他方式停止升降压模块210工作，例如可以人工停止异常的升降压模块210的工作。
61.本发明通过提供一种直流电源旁路开关的控制电路，控制电路的输入端用于与负载接口连接，控制电路的输出端用于与旁路开关的控制端连接；控制电路，用于当负载接口的电压值大于第一预设电压或者小于第二预设电压时，判定升降压模块异常，以及根据升降压模块的状态向旁路开关的控制端输出锁定信号，锁定信号用于控制旁路开关的工作状
态，旁路开关的工作状态包括闭合状态和断开状态；当升降压模块异常时，锁定信号用于控制旁路开关由断开状态切换为闭合状态，并使旁路开关保持闭合状态。本发明实现在升降压模块异常时，控制旁路开关闭合，且锁定旁路开关持续处于闭合和状态，避免旁路开关的频繁切换，提高直流电源的可靠性，保证负载正常工作，延长直流电源的使用寿命。
62.参见图1，在一个实施例中，直流电源旁路开关的控制电路10包括检测模块100和锁定模块110；锁定信号包括第一电平信号和第二电平信号；第一电平信号用于控制旁路开关220处于闭合状态；第二电平信号用于控制旁路开关220处于断开状态；
63.检测模块100，输入端与直流电源旁路开关的控制电路10的输入端连接，输出端与锁定模块110的输入端连接；锁定模块110的输出端与直流电源旁路开关的控制电路10的输出端连接；
64.检测模块100用于当负载接口的电压值大于第一预设电压或者小于第二预设电压时，判定升降压模块210异常，并向锁定模块110发送触发信号；
65.锁定模块110用于在接收到触发信号后，向直流电源旁路开关的控制电路10的输出端输出第一电平信号，并保持第一电平信号，以将旁路开关220锁定于闭合状态。
66.具体的，检测模块100检测到负载接口的电压值异常时，向锁定模块110发送触发信号，触发信号可以为高电平信号或者低电平信号。锁定模块110在接收到触发信号后，向旁路开关220的控制端保持输出第一电平信号，并保持第一电平信号，以将旁路开关220锁定于闭合状态。
67.可选的，该第一电平信号可以有两个作用：
68.第一，控制旁路220开关由断开状态切换为闭合状态。
69.第二，在旁路开关220处于导通状态后，即便负载接口的电压值恢复正常，也可以锁定旁路开关220继续处于导通状态，避免旁路开关220的频繁切换。
70.本发明实施例通过检测模块检测负载接口的电压值，在负载接口的电压值异常时向锁定模块发送触发信号，锁定模块发送的锁定信号可以控制旁路开关由断开状态切换为闭合状态，并且保持旁路开关处于闭合状态，不再受负载端口的电压值的影响，结构简单，在避免旁路开关频繁切换的同时，保证负载正常工作，提高直流电源供电的可靠性。
71.参见图2，其示出了本发明实施例提供的直流电源旁路开关的控制电路的示意图。
72.如图2所示，在一个实施例中，检测模块100包括第一运放y1、第二运放y2、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d4和第一电阻r1；
73.第一运放y1，同相输入端与检测模块100的输入端连接，反向输入端用于接入外部电源vcc提供的第二预设电压vd，输出端与第一二极管d1的阴极连接；其中，vs表示负载接口；
74.第二运放y2，反相输入端与检测模块100的输入端连接，同相输入端用于接入外部电源vcc提供的第一预设电压vg，输出端与第二二极管d2的阴极连接；
75.第三二极管d3，阳极分别与第一电阻r1的第二端和检测模块100的输出端连接，阴极分别与第一二极管d1的阳极和第二二极管d2的阳极连接；
76.第一电阻r1的第一端用于与外部电源vcc连接。
77.可选的，检测模块100接收的负载接口vs的电压值可以为经过衰减后的电压信号。当负载接口vs的电压值处于正常电压范围内时，第一运放y1和第二运放y2均输出高电平，
检测模块100输出的触发信号为高电平触发信号。当负载接口vs为过压状态或欠压状态时，第一运放y1和第二运放y2均输出低电平，检测模块100输出的触发信号可以为低电平信号。
78.示例性的，第二预设电压可以为1.25v，当负载接口vs的电压值低于1.25v时，负载接口vs为欠压状态。第一预设电压可以为5v，当负载接口vs的电压值高于5v时，负载接口vs为过压状态。
79.在一个实施例中，锁定模块110包括第一与门s1、第二与门s2、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第四二极管d4、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6和第三运放y3；
80.第一与门s1，第一输入端与锁定模块110的输入端连接，第二输入端分别与第二与门s2的第二输出端、第二电容c2的第一端和第三电容c3的第一端连接，输出端与第二与门s2的第一输入端、第三电阻r3的第一端、第四电容c4的第一端、第五电容c5的第一端和第四电阻r4的第一端连接；第二电容c2的第二端、第三电容c3的第二端、第三电阻r3的第二端、第四电容c4的第二端和第五电容c5的第二端均接地；
81.第二与门s2，第二输入端分别与第四二极管d4的阳极、第二电阻r2的第二端和第一电容c1的第一端连接；第一电容c1的第二端接地；其中，第一与门与第二与门构成互锁；
82.第四二极管d4，阴极分别与第二电阻r2的第一端和外部电源vcc连接；
83.第三运放y3，同相输入端用于接入外部电源vcc提供的第三预设电压vp，反向输入端分别与第四电阻r4的第二端、第五电容c5的第一端和第六电容c6的第一端连接，输出端与锁定模块110的输出端连接；第五电阻r5的第二端和第六电容c6的第二端均接地。
84.可选的，第一与门s1和第二与门s2连接构成互锁电路。直流电源旁路开关的控制电路10在默认状态下，输出第二电平信号，控制旁路开关220处于断开状态。在负载接口vs的电压值大于第一预设电压vg或者小于第二预设电压时vd时，检测模块100生成触发电平信号，锁定模块110接收到触发电平信号后，输出第一电平信号，控制旁路开关220由断开状态切换为闭合状态。在旁路开关220闭合后，锁定模块保持输出第一电平信号，锁定旁路开关220处于闭合状态。
85.示例性的，第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号，触发电平信号可以为高电平触发信号或低电平触发信号。负载接口vs的电压值处于正常状态时，检测模块100输出高电平触发信号。第一与门s1的第一输入端接收高电平信号，由于第二与门s2的输出端为高阻态状态以及第二与门s2的第二输入端为高电平信号，因此第一与门s1输出高电平信号。第三运放y3的反相输入端为高电平信号，第三运放y3输出第二电平信号，旁路开关220保持断开状态。
86.负载接口vs的电压值处于异常状态后，检测模块100输出低电平触发信号。第一与门s1输出低电平信号，第三运放y3输出第一电平信号，用于控制旁路开关220由断开状态切换为导通状态。若负载接口vs的电压值恢复正常后，虽然检测模块100输出高电平触发信号，但第一与门s1和第二与门s2构成互锁，第一与门s1依然输出低电平信号，第三运放y3保持输出第一电平信号，此时旁路开关220保持导通状态，避免旁路开关的频繁切换，损坏器件。
87.当升降压模块210恢复正常后，需要由主用线路为负载300供电，此时可以手动复位直流电源旁路开关的控制电路10，如断电或，解除锁定，恢复仅由主用线路供电。
88.在一个实施例中，控制电路10还包括保护模块120；
89.保护模块120，输入端与检测模块100的输出端连接，输出端与锁定模块110的输入端连接；
90.保护模块包括第五二极管d5、第六电阻r6、第七电容c7、第八电容c8和第九电容c9；
91.第五二极管d5，阳极分别与第六电阻r6的第一端和保护模块120的输入端连接，阴极分别与第七电容c7的第一端、第八电容c8的第一端、第九电容c9的第一端和保护模块120的输出端连接；第七电容c7的第二端、第八电容c8的第二端和第九电容c9的第二端均接地。
92.可选的，保护模块120起滤波和防止电流反灌的作用。
93.在旁路开关动作过程中，尤其是由导通状态切换为断开状态时，由于回路寄生感量的存在，在旁路开关中的开关器件两端会形成电压尖峰，该电压尖峰容易造成旁路开关打火，有安全引隐患。
94.为解决上述问题，在一个实施例中，控制电路10还包括第一吸收单元130、限流单元140和第二吸收单元150；
95.第一吸收单元130，第一端分别与旁路开关220的输入端、限流单元140的第二端连接，第二端分别与旁路开关220的输出端和第二吸收单元150的第二端连接；
96.第二吸收单元150的第一端与限流单元140的第一端连接；其中，限流单元为第一熔断器f1。
97.在一个实施例中，第一吸收单元130包括低第二熔断器f2和第十电容c10；
98.第二熔断器f2，第一端与第一吸收单元130的第一端连接，第二端与第十电容c10的第一端连接；
99.第十电容c10的第二端与第一吸收单元130的第二端连接。
100.可选的，第一熔断器f1和第二熔断器f2均用于防止尖峰形成的大电流损坏电容。根据电容电压不能突变的特性，来吸收断开时产生的电压尖峰，但是电容又有一定的电流承受能力，所以通过增加第一熔断器f1和第二熔断器f2来保护电容
101.在一个实施例中，第二吸收单元150包括第八电阻r8、第九电阻r9、第十一电容c11和第十二电容c12；
102.第八电阻r8，第一端分别与第二吸收单元150的第一端和第九电阻r9的第一端连接，第二端与第十一电容c11的第一端连接；
103.第十二电容c12，第一端与第九电阻r9的第二端连接，第二端分别与第二吸收单元150的第二端和第十一电容c11的第二端连接；或者，
104.第二吸收单元包括第一电感、第二电感、第十三电容和第十四电容；
105.第一电感，第一端分别与第二吸收单元的第一端和第二电感的第一端连接，第二端与第十三电容的第一端连接；
106.第十四电容，第一端与第二电感的第二端连接，第二端分别与第二吸收单元的第二端和第十三电容的第二端连接。
107.可选的，可以通过不同阻容或者不同感容的匹配网络来吸收不同频段的电压尖峰。
108.在一个实施例中，直流电源旁路开关的控制电路10可以包括多个并联连接的第二
吸收单元150。
109.可选的，增加第二吸收单元的个数可以通过不同的阻容匹配网络可用来吸收不同频段的电压尖峰，增强安全性。
110.本发明实施例还提供一种电源设备，包括直流电源接口、旁路开关220、负载接口、升降压模块210和如如上实施例提供的直流电源旁路开关的控制电路10。
111.本发明实施例通过提供直流电源旁路开关的控制电路，其既可以实现单向锁定功能，防止旁路开关误动作，又可以防止旁路开关切换过程的打火，吸收产生的电压尖峰，提高直流电源的可靠性，保证负载正常工作，延长直流电源的使用寿命。
112.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
113.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。