CN102495348A - 故障检测电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种故障检测电路及其方法。该电路包括：使能信号发生器，产生周期性的使能信号；比较电路，其使能端子接收所述使能信号，输入端子接收所述被保护电路的输出信号和参考信号，且输出比较结果信号；和延迟电路，接收所述比较结果信号，且检测所述比较结果信号在设定时间内的值，根据检测结果输出延迟信号，其中，所述设定时间大于使能信号的周期。利用本发明提出的实施例，可以减小消耗的静态电流，提高电路工作效率。

Description

故障检测电路及其方法
技术领域
本发明的实施例涉及电源领域，更具体地，本发明的实施例涉及一种故障检测电路及其方法。
背景技术
在开关调节器电路，电池供电电路等应用场合，对电路的保护，如过压、过流或过温保护，是一项关键技术。在现有技术中，控制芯片被用来监测被保护电路的电压、电流、温度或其他参数，并对其实施保护。由于控制芯片需要消耗静态电流，因此，控制芯片直接影响被保护电路的工作效率。
在现有技术中，为提高电路工作效率，通常通过减小静态电流的方式。然而，静态电流不可能无限制减小，使得电路工作效率的提高受到限制。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种检测被保护电路状态的故障检测电路及其方法。
在本发明一个方面，提出了一种检测被保护电路状态的故障检测电路，包括：使能信号发生器，产生周期性的使能信号；比较电路，其使能端子接收所述使能信号，输入端子接收所述被保护电路的输出信号和参考信号，且输出比较结果信号；和延迟电路，接收所述比较结果信号，且检测所述比较结果信号在设定时间内的值，根据检测结果输出延迟信号，其中，所述设定时间大于使能信号的周期。
根据本发明的另一个方面，提出了一种故障检测方法，包括：周期性地检测被保护电路输出信号，并与参考信号进行比较，获得比较结果信号；监测比较结果信号在设定时间内的值，并输出延迟信号至保护电路；其中，所述设定时间大于所述周期性地检测被保护电路输出信号的周期。
根据本发明的另一个方面，提出了一种故障检测保护电路，包括：被保护电路；故障检测电路，所述故障检测电路接收使能信号、参考信号以及被保护电路输出信号，且所述故障检测电路输出故障检测信号；故障保护电路，所述故障保护电路接收所述故障检测信号，并根据所述故障检测信号对所述被保护电路提供保护；其中，所述故障检测电路包括比较电路，其使能端子接收所述使能信号，输入端子接收所述被保护电路的输出信号和参考信号，且输出比较结果信号；所述故障检测电路还包括延迟电路，其接收所述比较结果信号，监测所述比较结果信号在设定时间内的值并输出所述故障检测信号。
利用本发明提出的实施例，可以减小消耗的静态电流，提高电路工作效率。
附图说明
下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例，其中：
图1示意性地示出依据本发明一个实施例的故障检测电路10；
图2A和2B示出依据图1所示实施例的故障检测电路10的波形示意图；
图3示意性地示出依据本发明一个实施例的延迟电路20；
图4示意性地示出依据本发明一个实施例的延迟电路30；以及
图5示意性地示出依据本发明一实施例的故障检测方法。
具体实施方式
下面详细说明本发明实施例的故障检测电路。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本发明的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本发明的实施例也可以被实现。
图1示意性地示出依据本发明一个实施例的故障检测电路10。如图1所示，故障检测电路10包括使能信号发生器101、比较电路102和延迟电路103。
使能信号发生器101产生使能信号EN，其中，使能信号EN是周期为T的方波信号，其在Te时间内使能，Te小于周期T。比较电路102接收被保护电路(未示出)的输出信号S，并接收参考信号R，比较电路102的使能端子接收所述使能信号EN。比较电路102根据输出信号S、参考信号R以及使能信号EN产生比较结果信号COUT。延迟电路103接收所述比较结果信号COUT，并检测比较结果信号COUT在设定时间Td内的状态，从而根据检测结果输出延迟信号DOUT至故障保护电路(未示出)。时间Td为根据用户需求设定的时间，其大于使能信号周期T，即Td＞T。
为进一步说明图1所示故障检测电路10的细节，图2A和2B示出依据图1所示实施例的故障检测电路10的波形示意图。如图2A和2B所示，波形示意图从上至下依次示出使能信号EN、比较结果信号COUT和延迟信号DOUT。使能信号EN是周期为T的方波信号，其在Te时间内使能。在图2A和2B所示实施例中，在每个周期T内，设EN使能时为高电平，即EN＝1；其余时间为低电平，即EN＝0。
在图2A和2B所示实施例中，在使能信号EN不使能期间，即比较电路102不工作时，将比较输出信号COUT初始设为高电平。在使能信号EN使能期间，比较电路102工作，对来自被保护电路的信号S和参考信号R进行比较，例如在被保护电路正常工作期间，比较电路102输出低电平，在被保护电路故障期间，比较电路输出高电平。这样，延迟电路103在Td时间内检测比较结果信号COUT的值，若COUT在Td时间内一直保持为高电平，则表明被保护电路处于故障状态，延迟电路103输出的延迟信号DOUT为高电平，启动故障保护电路。若COUT在Td时间内有低电平出现，则故障检测电路10判断被保护电路处于正常状态，延迟电路103输出的延迟信号DOUT为低电平，不启动故障保护电路。
图2A示出被保护电路在正常状态时依据图1所示实施例的故障检测电路10的波形示意图。在正常状态时，当EN＝1时，比较电路102工作，对被保护电路输出信号S和参考信号R进行比较，获得低电平的比较结果信号COUT，即COUT＝0。而在EN＝0，比较电路102不工作时，将比较结果信号COUT被预设为了高电平，即COUT＝1。此时，在Td时间内，COUT在EN＝1时出现低电平，则故障检测电路10判断被保护电路处于正常状态，DOUT＝0，不启动故障保护电路。
图2B示出被保护电路在故障状态时依据图1所示实施例的故障检测电路10的波形示意图。在故障状态时，当EN＝1时，比较电路102工作，对被保护电路输出信号S和参考信号R进行比较，获得高电平的比较结果信号COUT，即COUT＝1。而在EN＝0时，比较结果信号COUT被预设为了高电平，即COUT＝1。即，在故障状态时，比较结果信号COUT在Td时间内一直为高电平。此时，延迟电路103输出高电平的延迟信号，即DOUT＝1，故障检测电路10启动故障保护电路。
现有技术中的故障检测电路在整个周期T内均工作，其消耗的静态电流为ISS。而在图1所示实施例中，故障检测电路10接收使能信号EN，只在周期T的使能时间Te内工作。因此，消耗的静态电流I′ss仅为：
T e T I SS - - - ( 1 )
例如，若周期T＝1ms，而使能时间Te＝10us，则依据本发明实施例的故障检测电路所消耗的静态电流为现有技术中故障检测电路所消耗的静态电流的0.01。而故障检测电路10在工作时，其偏置电流仍然为ISS，能够正常工作。因此，本发明实施例提出的故障检测电路所消耗的静态电流将大为减小，从而提高电路效率。
本技术领域的技术人员应当理解，本发明实施例中的故障检测电路可用于检测被保护电路的过压、过流、过温或者其它故障状态。相应地，比较电路102所接收的被保护电路输出信号S和参考信号R为表示电压、电流、温度或者其他参量的信号。
图3示意性地示出依据本发明一个实施例的延迟电路30。如图3所示，延迟电路30包括一N(N为自然数)位计数器，其时钟信号端子CLK接收周期为Tc的时钟信号，其中，N的取值满足Td＝2N×Tc，以在用户设定的时间Td内检测比较结果信号COUT的状态。
计数器的使能端子D接收比较结果信号COUT，其置位端子R1耦接至反相器INV的输出端，反相器INV的输入端接收比较结果信号COUT，且计数器的输出端子OUT输出信号QN。延迟电路30还包括一锁存器，其置位端S连接至计数器的输出端子OUT以接收信号QN，其置位端R2亦耦接至反相器INV的输出端，锁存器输出延迟信号DOUT。
当被保护电路处于正常状态时，比较结果信号COUT在EN＝1时为低电平，即COUT＝0。此时，计数器不工作，信号COUT经过反相器INV复位锁存器，锁存器输出低电平的延迟信号DOUT，即DOUT＝0，不启动保护电路。当被保护电路处于故障状态时，比较结果信号COUT为高电平，即COUT＝1。此时，比较结果信号COUT使能计数器，计数器开始计数。计数器输出周期为N×Tc的脉冲信号。该信号置位锁存器，锁存器输出高电平的延迟信号DOUT，即DOUT＝1，以启动保护电路。
图4示意性地示出依据本发明一个实施例的延迟电路40。如图4所示，延迟电路40包括电流源IS，第一开关S1、第二开关S2，电容C，反相器INV1以及比较器CMP。
第一开关S1的第一端子连接至电流源IS的输出端，其控制端子接收比较结果信号COUT。电容器C的第一端子连接至第一开关S1的第二端子，电容器C的第二端子连接至地。第二开关S2的第一端子连接至第一开关S1和电容器C的公共端子，其第二端子连接于地，比较结果信号COUT通过反相器INV1提供至第二开关S2的控制端子。比较器CMP的同相输入端连接至开关S1和电容C的公共端，其反相输入端接收参考电压VREF，其中，参考电压VREF为一正值，比较器CMP输出延迟信号DOUT。
对电容和电流源取合适的值，使其满足关系：
T d = C C · V REF I IS - - - ( 2 )
其中，Td为用户设定的时间，IIS为电流源IS的值，CC表示电容器C的值。则当被保护电路处于正常状态，使得COUT＝0时，开关S1断开，开关S2闭合，对电容C放电。比较器输出低电平的延迟信号DOUT。当被保护电路处于故障状态，使得COUT＝1时，开关S1闭合，开关S2断开，电流源IS对电容器C充电，使得在Td时刻，电容器C上的电压等于参考电压VREF，比较器输出高电平的延迟信号DOUT，启动保护电路。
在上述实施例中，EN不使能时，比较结果信号COUT初始设定为高电平。然而，本领域的技术人员应当理解，EN不使能时，比较结果信号COUT初始设定为低电平亦能实现本发明。
所述故障检测电路可应用于充电电池、开关调节电路等场合。所述故障检测保护电路可集成在保护电路中，也可独立于保护电路。
图5示意性地示出依据本发明一实施例的故障检测方法。如图5所示，在步骤51中，监测比较结果信号COUT1是否为高电平，若其为高电平，则锁存比较结果信号COUT1，并经过周期T后，重复步骤51，即进入图5所示步骤52。在步骤52中，在第二周期使能时间Te2内检测被保护电路输出信号S，并将被保护电路输出信号S与参考信号R进行比较，获得比较结果信号COUT2。若比较结果信号COUT2仍为高电平，则锁存比较结果信号COUT2，并经过周期T后，继续重复步骤51。若经过n个周期，即经历图5所示步骤51，52和55后，在设定延迟时间Td＝n×T内，各比较结果信号COUT1，……，COUTn均保持为高电平，则进入步骤56，启动保护电路。若在图5所示步骤51，52或55中任何一个周期内的比较结果信号为低电平，则相应地进入步骤53，54或57，重置延迟时间Td，重新检测被保护电路状态。
上述本发明的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本发明实施例的故障检测电路及其方法进行了说明，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (9)

1.一种检测被保护电路状态的故障检测电路，包括：
使能信号发生器，产生周期性的使能信号；
比较电路，其使能端子接收所述使能信号，输入端子接收所述被保护电路的输出信号和参考信号，且输出比较结果信号；和
延迟电路，接收所述比较结果信号，且检测所述比较结果信号在设定时间内的值，根据检测结果输出延迟信号，其中，所述设定时间大于使能信号的周期。
2.如权利要求1所述的故障检测电路，其中，所述被保护电路输出信号和参考信号同为电压信号、电流信号或温度信号。
3.如权利要求1所述的故障检测电路，其中，所述被保护电路为电池电路。
4.如权利要求1所述的故障检测电路，其中，所述延迟电路包括：
反相器，输入端电耦接至所述比较电路的输出端，接收所述比较结果信号；
计数器，输入端电耦接至所述比较器的输出端，接收所述比较结果信号，并且另一输入端电耦接至所述反相器的输出端，接收所述反相器的输出信号，且输出计数信号；和
锁存器，其置位端接收所述计数信号，其复位端连接至所述反相器的输出端，且输出延迟信号。
5.如权利要求1所述的故障检测电路，其中，所述延迟电路包括：
电流源；
反相器，所述反相器接收所述比较结果信号；
第一开关，其第一端子连接至电流源，且其控制端子接收所述比较结果信号；
第二开关，其第一端子连接至所述第一开关的第二端子，其第二端子连接至地，且其控制端子连接于所述反相器的输出端；
电容器，其第一端连接至所述第一开关的第二端子，其第二端子连接至地；和
比较器，其同相输入端连接至所述第一开关的第二端子，其反相输入端接收第一参考电压，且其输出端输出延迟信号。
6.一种故障检测方法，包括：
周期性地检测被保护电路输出信号，并与参考信号进行比较，获得比较结果信号；
监测比较结果信号在设定时间内的值，并输出延迟信号至保护电路；
其中，所述设定时间大于所述周期性地检测被保护电路输出信号的周期。
7.如权利要求6所述的故障检测方法，其中，所述被保护电路输出信号和参考信号同为电压信号、电流信号或温度信号。
8.一种故障检测保护电路，包括：
被保护电路；
故障检测电路，所述故障检测电路接收使能信号、参考信号以及被保护电路输出信号，且所述故障检测电路输出故障检测信号；
故障保护电路，所述故障保护电路接收所述故障检测信号，并根据所述故障检测信号对所述被保护电路提供保护；
其中，所述故障检测电路包括比较电路，其使能端子接收所述使能信号，输入端子接收所述被保护电路的输出信号和参考信号，且输出比较结果信号；所述故障检测电路还包括延迟电路，其接收所述比较结果信号，监测所述比较结果信号在设定时间内的值并输出所述故障检测信号。
9.如权利要求8所述的故障检测保护电路，其中，所述被保护电路输出信号和参考信号同为电压信号、电流信号或温度信号。
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