CN103872906B - 通信电源的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通信电源的控制装置及方法。其中，该装置包括：分压器，由场效晶体管和与场效晶体管串联的匹配电阻组成，用于从辅助电源上分压；运算放大器，与分压器连接，用于根据场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断；告警检测电路，与分压器和运算放大器连接，用于在检测到场效晶体管关断时，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号。通过本发明，达到了提高ORING电路中的可靠性的效果。

Description

通信电源的控制装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种通信电源的控制装置及方法。

背景技术

通信电源***中为了确保***的可靠性，在***电源应用的场合常采用电源1+1或者N+1备份的应用。多个电源同时工作必须采取合理的合路（ORING）电路确保电路的可靠性的同时使得电源彼此不互相影响。

在现有模拟器件构成的ORING电路中，多以二极管或者是控制芯片控制金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称为MOSFET）来实现。下面做简单介绍：

（1）采用二极管设计的ORING电路适用于电流较小的场合，这种电路不用单独控制，结构简单（请参考图1，图1是根据相关技术的二极管实现ORING电路原理示意图），有很高的可靠性。然而由于二极管导通压降较大，相应每个二极管上的热耗也较大，因此受热耗限制，这种方案只能应用在小电流的场合。以常规二极管为例，对于D2PAK封装的二极管，受导通压降的限制，当导通电流Io仅为3A时，其导通压降Vdrop为0.5V，功耗就已经达到1.5W，由此二极管的较大功耗导致了我们无法在大电流的场合下应用。

（2）大电流应用的场合，为了解决二极管发热的问题，采用了以MOSFET为核心器件的控制电路。MOSFET在ORING电路中因其内阻小，导通压降较小，发热量低而被广泛应用。目前应用中，MOSFET ORING控制器应用较为普遍。请同时参考图2、图3，图2是根据相关技术的控制器实现MOSFET ORING电路及电流走向示意图，图3是根据相关技术的控制器内部比较器部分原理示意图。如图3所示，控制器内部比较器的工作原理为：该芯片内部集成运放，将运放作为滞回比较器使用，芯片的运放输入端INN、INP分别检测MOSFET的源极和漏极，(INP-INN)的压差决定了MOSFET的工作状态。

图4是根据相关技术的比较器的滞回工作曲线的示意图，如图4所示，该比较器的滞回工作曲线可以反映控制器内部比较器的工作过程如下：

（1）当VINP-VINN>VHYST-|VOS|时VOUT输出高电平，当VINP-VINN<-|VOS|时VOUT输出低电平，其中VHYST为滞回值，VOS为门限值；

（2）导通过程：初始MOSFET的体二极管先导通，电流经MOSFET体内二极管形成回路，MOS管两端的压降（VINP-VINN）超过VHYST-|VOS|值，VOUT输出高电平，MOSFET可靠导通；

（3）关断过程：当MOS管两端的压降（VINP-VINN）<-|VOS|时，VOUT输出低电平实现MOSFET的关断，流经MOSFET的电流为反向并且达到预定值才可以实现可靠关断。

目前，常用的大电流高耐压的MOSFET，内阻Rdson从几毫欧姆到几十毫欧姆不等，大工作电流情况下，通常需要选取小内阻的MOSFET，从正常工作状态到反向电流达到(VOS/Rdson)电压值才能够实现可靠关断。在此之前，MOSFET一直处于导通状态如图2所示，B路电源正常工作，A路电源需要反向电流I达到足够的值才可以关断。当I无法达到要求值时，反向电流从-48VGND流经告警电路到达-48VA，从-48VA经过MOSFET VT1后经过MOSFET VT2到达-48VB构成闭合回路。

此时，-48VA和-48VB经过两个导通的MOSFET相连，-48VA与-48VGND之间的电压差近似为-48VB与-48VGND之间的电压差，即：在MOSFET（VT1）存在电压反灌的问题，此时已经异常的A路电源因为这个电压的存在，告警检测电路无法检测到异常情况，上位机无法识别故障，指示灯显示正常，直到另外一台电源断电，***掉电，无法达到电源备份的目的。

针对相关技术中场效晶体管MOSFET上存在电压反灌而造成电源备份失败的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种通信电源的控制装置及方法，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种通信电源的控制装置，包括：分压器，由场效晶体管和与场效晶体管串联的匹配电阻组成，用于从辅助电源上分压；运算放大器，与分压器连接，用于根据场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断；告警检测电路，与分压器和运算放大器连接，用于在检测到场效晶体管关断时，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号。

优选地，场效应晶体管为金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）。

优选地，运算放大器的正输入端与MOSFET的源极连接，运算放大器的负输入端与MOSFET的漏极连接。

优选地，运算放大器通过将检测得到的MOSFET的源极和漏极之间的输入端电压与预先设定的电压阈值做比较的方式，控制MOSFET的导通或关断。

优选地，在输入端电压小于电压阈值的情况下，运算放大器输出低电平，关断MOSFET，否则，运算放大器输出高电平，保持MOSFET的导通状态。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信电源的控制方法，包括：运算放大器根据分压器中场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断，其中，分压器是由场效晶体管和与场效晶体管串联的匹配电阻组成的，用于从辅助电源上分压；告警检测电路在检测到场效晶体管已经关断的情况下，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号。

优选地，场效应晶体管为金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）。

优选地，运算放大器的正输入端与MOSFET的源极连接，运算放大器的负输入端与MOSFET的漏极连接。

优选地，运算放大器根据场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断，包括：运算放大器通过检测方式得到MOSFET的源极、漏极之间的输入端电压；在输入端电压小于预先设定的电压阈值的情况下，运算放大器输出低电平，关断MOSFET，否则，运算放大器输出高电平，保持MOSFET的导通状态。

通过本发明，采用通过运算放大器控制场效晶体管的导通和关断的方式，解决了场效晶体管（MOSFET）上存在电压反灌而造成电源备份失败的问题，无需反向电流就可以关断ORING电路中的场效晶体管（MOSFET），进而达到了提高ORING电路中的可靠性的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的二极管实现ORING电路原理示意图；

图2是根据相关技术的控制器实现MOSFET ORING电路及电流走向示意图；

图3是根据相关技术的控制器内部比较器部分原理示意图；

图4是根据相关技术的比较器的滞回工作曲线的示意图；

图5是根据本发明实施例的通信电源的控制装置的结构框图；

图6是根据本发明实施例的通信电源的控制方法流程图；以及

图7是根据本发明优选实施例的运算放大器控制MOSFET的ORING电路示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图5是根据本发明实施例的通信电源的控制装置的结构框图，如图5所示，该装置包括：分压器10、运算放大器20以及告警检测电路30。其中，分压器10，由场效晶体管和与场效晶体管串联的匹配电阻组成，用于从辅助电源上分压；运算放大器20，与分压器连接，用于根据场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断；告警检测电路30，与分压器10和运算放大器20连接，用于在检测到场效晶体管关断时，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号。

在本实施例中，场效应晶体管为金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）。

在本实施例中，运算放大器的正输入端与MOSFET的源极连接，运算放大器的负输入端与MOSFET的漏极连接。

在本实施例中，运算放大器通过将检测得到的MOSFET的源极和漏极之间的输入端电压与预先设定的电压阈值做比较的方式，控制MOSFET的导通或关断。

在本实施例中，在输入端电压小于电压阈值的情况下，运算放大器输出低电平，关断MOSFET，否则，运算放大器输出高电平，保持MOSFET的导通状态。

图6是根据本发明实施例的通信电源的控制方法流程图，如图6所示，该方法主要包括以下步骤（步骤S602-步骤S604）：

步骤S602，运算放大器根据分压器中场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断，其中，分压器是由场效晶体管和与场效晶体管串联的匹配电阻组成的，用于从辅助电源上分压；

步骤S604，告警检测电路在检测到场效晶体管已经关断的情况下，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号。

优选地，场效应晶体管为金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）。

在本实施例中，运算放大器的正输入端与MOSFET的源极连接，运算放大器的负输入端与MOSFET的漏极连接。

在本实施例中，运算放大器根据场效晶体管的电压控制场效晶体管的导通和关断，包括：运算放大器通过检测方式得到MOSFET的源极、漏极之间的输入端电压；在输入端电压小于预先设定的电压阈值的情况下，运算放大器输出低电平，关断MOSFET，否则，运算放大器输出高电平，保持MOSFET的导通状态。

采用上述实施例提供的通信电源的控制装置及方法，运算放大器能够控制场效晶体管的导通和关断，解决了场效晶体管（MOSFET）上存在电压反灌而造成电源备份失败的问题，无需反向电流就可以关断ORING电路中的场效晶体管（MOSFET），进而达到了提高ORING电路中的可靠性的效果。

下面结合优选实施例对上述实施例提供的通信电源的控制装置以及通信电源的控制方法进行进一步的说明。

以下描述的优选实施例提供的能够通过运算放大器（以下简称运放）控制的分立器件（主用包括分压器）实现无反灌ORING电路的装置主要有以下特点：A、以MOSFET代替传统的二极管实现电源的1+1或者N+1备份；B、采用运放控制的分立器件为核心控制电路。通过对ORING电路中的MOSFET进行控制，可以实现其可靠导通和关断，进而达到了无反灌ORING电路的目的。

图7是根据本发明优选实施例的运算放大器放控制MOSFET的ORING电路示意图，如图7所示，通信电源的控制装置主要通过以下构成方式实现：

首先，以ORING电路的输出电压负端为参考基准，MOSFET和匹配电阻串联作为分压器件从辅助电源分压，分压后接入运放的负端，运放的正端直接经过匹配电阻从辅助电源分压后接入。

运放通过检测正负输入端的电压差值（以下简称压差），将输出电压作为MOSFET的门极控制端，控制MOSFET的导通和关断。大电流时，运放可以作为比较器起到导通作用；小电流时，运放工作在线性区，输出电压值决定了MOSFET的内阻，进而构成反馈环路后实现了可靠的导通。当电流较小时，运放的输入端压差会相对更小，因此MOSFET工作在线性区，输出电压则受运放的自身特性影响，一般由运放电路增益决定。关断时，则无需反向电流，只要上述的压差低于阈值就可以进行有效的关断，从而实现了无反灌的ORING电路。

该优选实施例可以应用在大功率大电流场合中，在实际应用中，可以采用一个或多个MOSFET来构成ORING电路，当采用MOSFET为多个时，可以采用并联MOSFET的方式，以下仅以采取两个MOSFET并联的方式构成的ORING电路为例进行说明（此时，内阻可以减小到不足2mΩ）。

从图7可以看出，运放的输入负端INA-和输入正端INA+分别接MOSFET的漏极和源极，检测MOSFET两端的压降，当检测到的压降大于电阻R33两端的电压时，即INA-端电压低于INA+端电压时，运放输出高电平，MOSFET导通。

在整个工作过程中，MOSFET的内阻Rdson较小，导通压降很低，当运放的输入端压差较小的时候，运放工作在线性区，输出由输入电压的压差和运放的增益决定，二者的乘积决定了输出电压的值，此时输出电压值不能完全达到VCC，因此空载的时候MOSFET的驱动电压会比较低。在电流一定的情况下，驱动电压降低，Rdson变大。由此可见，整个工作过程是一个动态调节的负反馈过程。

Rdson较小->导通压降低->驱动电压低->Rdson增加，在这个负反馈的作用下，MOSFET可以有效的可靠导通，通过计算可以得知其功耗也在允许的范围之内。

由以上分析可知，运放输出低电平关断MOSFET的条件是：运放正输入端电压Vin+<运放负输入端电压Vin-，以输出的-48V为参考零点，计算两个电压如下：

Vin+=VCCB*R39/（R38+R39）（VCCB为辅助电源）；

设MOSFET的导通压降为Vm，方向为从右到左，由基尔霍夫电压定律可以得出：Vin-=VCCB-（VCCB+Vm）*R32/(R33+R32+R34)，取R32=R38，R39=R34

由Vin+<Vin-可以得出Vm<VCCB*R33/（R34+R32）运放即可输出低电平，实现关断MOSFET。即，导通压降只要小于一个可设置的正值就可以有效关断MOSFET，从而避免反灌电压。

反之，当Vm>VCCB*R33/（R34+R32）时Vin+>Vin-，运放有输出。Vin+与Vin-之间的压差小的时候运放工作在线性区，输出电压较低，MOSFET的Rdson会相对较大，为了确保MOSFET可以可靠的工作，可以对其压降和功耗进行考虑：通过运放的放大倍数和辅助电源VCCB可以计算出，毫伏级别的压差VB就可以使运放输出达到VCCB。

由前述分析可以得到如下结论：

A、Vm<VCCB*R33/(R34+R32)，Vgs=0，Rdson无穷大，Pw=0；

B、VCCB*R33/（R34+R32）<Vm<VCCB*R33/（R34+R32）+VB，Vgs<VCC，Rdson随驱动电压增加而减小，Pw=Vm*Id；

C、Vm>VCCB*R33/（R34+R32）+VB，Vgs=VCC，Pw=Id*Id*Rdson，其中，Pw为功耗，Vgs为MOSFET驱动电压，Id为导通电流。

在实际应用中，可以通过选择合理的参数来确保MOSFET在没有完全导通时其功耗仍然满足热耗要求。

在对无反灌ORING电路的测试过程中，可以采用电源1+1的备份方式（两个电源并联），通过对两个电源的MOSFET的驱动电压以及即将关断电源的输入端电压进行监测可以看出，两个电源的驱动电压是可以迅速切换的，MOSFET可以顺利导通和关断，当输入端驱动电压迅速降低时迅速执行关断操作，进而实现无反灌ORING电路。

上述优选实施例提供的方案，相对于通过控制器实现MOSFET ORING电路相比，取得了无需反向电流也可以关断ORING电路中的MOSFET的进步，达到了ORING电路中小内阻MOSFET可靠导通和关断的效果，提高了ORING电路的可靠性。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：采用通过运算放大器控制场效晶体管的导通和关断的方式，解决了场效晶体管（MOSFET）上存在电压反灌而造成电源备份失败的问题，无需反向电流就可以关断ORING电路中的场效晶体管（MOSFET），进而达到了提高ORING电路中的可靠性的效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明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保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通信电源的控制装置，其特征在于，包括：

分压器，由场效应晶体管和与所述场效应晶体管串联的匹配电阻组成，用于从辅助电源上分压；

运算放大器，与所述分压器连接，用于根据所述场效应晶体管的电压控制所述场效应晶体管的导通和关断；

告警检测电路，与所述分压器和所述运算放大器连接，用于在检测到所述场效应晶体管关断时，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号；

其中，通过设置所述辅助电源和所述匹配电阻的参数，使得所述场效应晶体管的导通压降小于一个可设置的正值，其中，所述正值能有效关断所述场效应晶体管。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述场效应晶体管为金属氧化层半导体场效应晶体管MOSFET。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述运算放大器的正输入端与所述MOSFET的源极连接，所述运算放大器的负输入端与所述MOSFET的漏极连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述运算放大器通过将检测得到的所述MOSFET的源极和漏极之间的输入端电压与预先设定的电压阈值做比较的方式，控制所述MOSFET的导通或关断。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述输入端电压小于所述电压阈值的情况下，所述运算放大器输出低电平，关断所述MOSFET，否则，所述运算放大器输出高电平，保持所述MOSFET的导通状态。

6.一种通信电源的控制方法，其特征在于，包括：

运算放大器根据分压器中场效应晶体管的电压控制所述场效应晶体管的导通和关断，其中，所述分压器是由所述场效应晶体管和与所述场效应晶体管串联的匹配电阻组成的，用于从辅助电源上分压；

告警检测电路在检测到所述场效应晶体管已经关断的情况下，发出指示当前通信电源处于停止工作状态的告警信号；

其中，通过设置所述辅助电源和所述匹配电阻的参数，使得所述场效应晶体管的导通压降小于一个可设置的正值，其中，所述正值能有效关断所述场效应晶体管。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述场效应晶体管为金属氧化层半导体场效应晶体管MOSFET。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述运算放大器的正输入端与所述MOSFET的源极连接，所述运算放大器的负输入端与所述MOSFET的漏极连接。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运算放大器根据所述场效应晶体管的电压控制所述场效应晶体管的导通和关断，包括：

所述运算放大器通过检测方式得到所述MOSFET的源极、漏极之间的输入端电压；

在所述输入端电压小于预先设定的电压阈值的情况下，所述运算放大器输出低电平，关断所述MOSFET，否则，所述运算放大器输出高电平，保持所述MOSFET的导通状态。