CN100452599C - 检测电源模块输出端短路的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流电源模块，特别涉及一种检测电源模块输出端内部短路的保护方法及检测保护电路。检测电源模块输出端内部短路的保护方法，包括如下步骤：S11实时检测电源模块输出回路上某一段具有固定电阻的线路的电压，判断模块输出电流的方向与大小，以判断模块输出端内部是否发生短路；S12发生短路时，关闭主功率变换器，断开可控脱离单元，并上报故障。本发明通过上述输出电流检测电路和输出欠压检测电路一起作用，可以在各种使用条件下、无论输出保险是否被冲断，实现将输出端内部出现短路故障的模块从***上脱离，并以欠压告警方式上报故障。

Description

检测电源模块输出端短路的保护方法

[技术领域]

本发明涉及直流均流电源模块，特别涉及一种检测电源模块输出端内部短路的保护方法及检测保护电路。

[背景技术]

图1所示为现有常用的一种电源***示意图。其中，每个模块的输出使用继电器作为脱离单元实现输出的热插拔等功能，输出通过直流母线并联向负载供电。该***的缺陷是：当***母线不带蓄电池时，且***并联模块数量少时，如果一个模块内部短路，正常模块对之倒灌的电流不够大，该模块的保险就不会被冲断，这样将会导致***其他模块限流，母线电压降低直至0V，导致整个***掉电，降低***供电的可靠性。

[发明内容]

本发明的目的在于提供一种可实时检测到电源模块内部短路的方法及检测保护电路，克服现有技术的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：检测电源模块输出端内部短路的保护方法，包括如下步骤：

步骤一：实时检测电源模块输出回路上某一段具有固定电阻的线路的电压，判断模块输出电流的方向与大小，以判断模块输出端内部是否发生短路；

如果判断电流由模块输出低电平端经由模块外部电路流回模块输出高电平端，且电流值小于一预设值，则判断模块正常；

如果判断电流由模块输出低电平端经由模块外部电路流回模块输出高电平端，且电流值大于预设值，则判断模块输出端内部出现短路故障；

步骤二：发生短路时，关闭主功率变换器，断开可控脱离单元，并上报故障。

本发明通过上述输出电流检测电路和输出欠压检测电路一起作用，可以在各种使用条件下、无论输出保险是否被冲断，实现将输出端内部出现短路故障的模块从***上脱离，并以欠压告警方式上报故障：在***带蓄电池或者电源***并联模块数量足够多的条件下，当出现内部短路故障、输出保险被冲断、模块自动从***脱离时，实现模块以欠压告警方式上报故障；在不带蓄电池且电源***并联模块数量比较少的条件下，可以通过输出电流检测电路判别模块输出端内部短路，实现关机，同时断开可控脱离单元并上报模块输出端内部短路故障。提高了***供电的可靠性。

[附图说明]

图1是现有常用的一种电源***示意图。

图2是本发明实施例中模块输出回路的电路结构示意图。

图3是本发明实施例一中输出电流检测电路的电路结构示意图。

图4是本发明中输出欠压检测电路的电路结构示意图。

图5是本发明实施例二中输出电流检测电路的电路结构示意图。

[具体实施方式]

本发明实施例就以图2所示一种电源模块输出回路的电路阐述本发明***的工作原理。

图2中的电容C126、C125、C110是输出滤波电容，一般而言电容C126的电容值远大于C110；F102为输出保险，在此作为不可控脱离单元；K102为输出继电器，在此作为可控脱离单元；因为C110的存在，需要在输出继电器K102上并金膜电阻R124；L106是输出共模电感；C128、C129是Y电容；L108、C127为LC滤波，针对特定频率进行滤波。在断开可控脱离单元K102时，二极管D112用于将输出继电器线圈短路。

一种电源模块副边内部短路检测保护电路，包括主控制电路、输出电流检测电路和输出欠压检测电路。

输出电流检测电路，用于实时检测电源模块输出回路上某一段具有固定电阻的线路的电压，以判断模块输出电流的方向与大小，从而判断出模块输出端内部是否发生短路，并相应输出关机告警信号到主控制电路，上报故障。其中，上述一段具有固定电阻的线路最好取在位于靠近模块输出端口(模块输出高电平端OUT+或模块输出低电平端OUT-)处，线路上可以包括铜皮、磁性元件导线、电阻、保险等之一或者其组合，只要这段线路具有固定电阻即可。

输出欠压检测电路，用于实时检测电源模块输出回路上副边脱离单元之前一点的电压，以判断输出是否欠压，并相应输出欠压告警信号到主控制电路。欠压告警点之所以取在副边脱离单元之前，是因为多个电源模块并联时或者带蓄电池时，某一电源模块内部短路之后保险、熔断器等会被冲断，因此保险、熔断器之后的电压可能会正常，但之前的电压将无法建立。而且如果短路故障发生在电源模块输出回路中脱离单元之后的部分的话，模块本身是无法自动从***脱离的。其中，脱离单元分为可控脱离单元和不可控脱离单元两种。可控脱离单元包括继电器、MOS管、断路器、隔离开关等，不可控脱离单元包括保险、熔断器等。

主控制电路，用于对输入其的各种信号进行处理，进行相应的关闭主功率变换器、断开可控脱离单元、告警并上报故障等操作。

下面根据附图和具体实施例对本发明做进一步阐述。

实施例一：

所述一段具有固定电阻的线路的一端是模块输出低电平端(OUT-)，另一端是模块副边的参考零点位(图2中的GND1)。欠压告警点取在图2中的VO1点。

如图3所示，输出电流检测电路主要包括功率放大器U1和U2。功率放大器U1的正相输入端分别通过电阻R505和电阻R506与第一预设电压VREF和图2中参考零点位GND1点相连，其反相输入端分别通过电阻R507和电阻R508、R509与第一预设电压VREF和图2中电源模块反相输出端OUT-相连，其输出端通过电阻R510与功率放大器U2的正相输入端相连。功率放大器U2的反相输入端与第二预设电压VREF2相连，其正相输入端同时与滤波电容C502的一端、二极管D501的阴极相连，其输出端与二极管D501的阳极相连。滤波电容C502的另一端接地。还包括二极管D502，其阳极与二极管D501的阳极相连，其阴极作为输出电流检测电路的输出端与主控制电路相连。还包括滤波电容C501，其一端与功放U1的反相输入端相连，另一端接地。

上述电路的工作原理是：电源模块正常运行时，其负向输出端OUT-的电平要高于模块副边的参考零点位GND1的电平，代表电流由模块输出高电平端OUT+经由模块外部电路流回模块输出低电平端OUT-。而在电源模块发生副边内部短路时OUT-的电平低于GND1的电平，且电流值大于第一预设电压VREF所对应的负载电流值，代表电流由模块输出低电平端OUT-经由模块外部电路流回模块输出高电平端OUT+。当OUT-的电平低于GND1的电平，但是电流值小于第一预设电压VREF所对应的负载电流值时，也认为模块正常运行。这是因为：为了实现电源模块的热插拔功能，当电源***已经在工作时，此时进行模块的更换，***母线会对新***的电源模块的输出电容充电，该电流的方向与正常电流方向相反，该电流的大小与***母线电压、金膜电阻R124有关。该电流一般小于输出额定负载电流数值的10％，方向与正常电流相反，工程中常取在0.5A左右。实现热插拔的方式有多种方案，有的方案是没有倒灌电流的，此时就可以将第一预设值设为零。当模块正常时，功率放大器U2的输出端输出一低电平，并不触发主控制电路的动作电路。当模块副边内部短路时，功率放大器U2的输出端输出高电平，触发主控制电路中的动作电路，使得主控制电路发出信号，直接关掉主功率电路，并断开可控脱离单元(图2中是继电器K102)，同时告警。由于一旦发生短路故障，输出保险、熔断器可能会被冲断，此时OUT-的电平就等于GND1的电平，导致功放U1的输出变为低电平，但是因为功放U2的输出端通过二极管D501倒灌到其正相输入端，因此其输出端能够保持高电平输出，不受OUT-信号变化的影响。

一般情况下，主控制电路电路中的主控芯片既有高电平关机的引脚，也有低电平屏蔽主功率电路驱动的引脚，本实施例中选用的是高电平关机的引脚，因此功放U2通过二极管D502到主控芯片，直接关掉主功率电路。

在实际应用过程中，因为误操作、或者电源模块之外的设备故障等原因，电源模块输出端接到电压很高(一般为相对于其自身输出电压的1.5倍以上)的一个设备上，此时电源模块的输出端元器件会被击穿短路，输出保险被冲断，而此时输出电流方向及大小检测动作电路因为其器件固有的延时或者为避免干扰加入滤波措施引入的延时导致该电路可能来不及动作，无法实现故障检测及告警，因此需要输出欠压检测电路进行补充。

如图4所示，输出欠压检测电路主要包括功率放大器U3，其正相输入端通过电阻R511与第一预设电压VREF相连，其反相输入端通过电阻R272D与欠压告警点(图2中的VO1点)相连，其输出端与主控制电路相连。还包括电阻R512，跨接在功放U3的正相输入端与输出端之间。还包括电阻R281D，其一端与功放U3的反相输入端相连，另一端接地。当模块输出端内部短路时输出电压很低，输出欠压检测电路可检测到欠压：当模块输出电压小于第一预设电压VREF时，功放U3就会输出一高电平，触发主控制电路中的告警电路，上报欠压故障，但不关机，也不断开可控脱离单元。

实施例二：

本实施例中输出欠压检测电路的电路结构和工作原理与实施例一中完全相同。所述一段具有固定电阻的线路的一端是模块输出高电平端(OUT+)，另一端是模块副边输出回路上一点，本实施例中采用图2电路中的VO3点。

如图5所示，输出电流检测电路主要包括功率放大器U4、U5和U6。功率放大器U4的正相输入端分别通过电阻R486、电阻R485和电容C303与模块输出高电平端OUT+、地和其反相输入端相连，其反相输入端分别通过电阻R493和电阻R494与图2电路中的VO3点和其输出端相连，其输出端通过电阻R664与功率放大器U5的正相输入端相连，其正电源端与电源VCC1以及电容C442的一端相连，其负电源端与电源VCC3以及电容C443的一端相连。电容C442和电容C443的另一端接地。功率放大器U5的正相输入端通过电容C379接地，其反相输入端通过电阻R514接地，其输出端通过电阻R510与功放U6的正相输入端相连，其正电源端与电源VCC1相连，其负电源端与电源VCC3相连。功放U6的正相输入端通过电容C502接地，并与二极管D501的阴极相连，其反相输入端与第二预设电压VREF2相连，其输出端与二极管D501的阳极相连。还包括二极管D502，其阳极与二极管D501的阳极相连，其阴极作为输出电流检测电路的输出端与主控制电路相连。其中，电源VCC3是相对于模块副边的参考零点位GND1的负电源。

上述电路的工作原理是：电源模块正常运行时，其正相输出端OUT+的电平要低于VO3点的电平，代表电流由模块输出高电平端OUT+经由模块外部电路流回模块输出低电平端OUT-。而在电源模块发生副边内部短路时OUT+的电平高于VO3点的电平，代表电流由模块输出低电平端OUT-经由模块外部电路流回模块输出高电平端OUT+。当模块正常时，功率放大器U6的输出端输出一低电平，并不触发主控制电路的动作电路。当模块副边内部短路时，功率放大器U6同时由于功放U6的输出端通过二极管D501倒灌到其正相输入端，因此其输出端能够保持高电平输出，不受OUT+信号变化的影响。

一般情况下，主控制电路电路中的主控芯片既有高电平关机的引脚，也有低电平屏蔽主功率电路驱动的引脚，本实施例中选用的是高电平关机的引脚，因此功放U6通过二极管D502到主控芯片，直接关掉主功率电路。

综上所述，本发明的发明思路是通过上述输出电流检测电路和输出欠压检测电路一起作用，可以在各种使用条件下、无论输出保险是否被冲断，实现将输出端内部出现短路故障的模块从***上脱离，并以欠压告警方式上报故障：在***带蓄电池或者电源***并联模块数量足够多的条件下，当出现内部短路故障、输出保险被冲断、模块自动从***脱离时，实现模块以欠压告警方式上报故障；在不带蓄电池且电源***并联模块数量比较少的条件下，可以通过输出电流检测电路判别模块输出端内部短路，实现关机，同时断开可控脱离单元并上报模块输出端内部短路故障。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，对于本领域的技术人员来说，本发明电路可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (1)

1、检测电源模块输出端短路的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：实时检测电源模块输出回路上某一段具有固定电阻特性的线路的电压，判断模块输出电流的方向与大小，以判断电源模块输出端是否发生短路；

如果判断电流由模块输出高电平端经由模块外部电路流回模块输出低电平端，则判断模块正常；

如果判断电流由模块输出低电平端经由模块外部电路流回模块输出高电平端，且电流值小于一预设值，则判断模块正常；

如果判断电流由模块输出低电平端经由模块外部电路流回模块输出高电平端，且电流值大于预设值，则判断电源模块输出端出现短路故障；

步骤二：发生短路时，关闭主功率变换器，断开可控脱离单元，并上报故障。

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